双向视频联动系统在水利应急指挥中的应用探讨

赵 峥，韩汝春

（1.水利部水文局，北京 100053；2.北京金水信息技术发展有限公司，北京 100053）

0 引言

应急指挥系统是指政府及其他公共机构在突发事件的事前预防、事发应对、事中处置和善后管理过程中，通过建立必要的应对机制，采取一系列必要措施，保障公众生命财产安全，促进社会和谐健康发展的系统[1]。

应急指挥系统是个复杂的系统工程，涉及到公共安全、监控管理、报警联动、计算机、通讯、监控等多个专业领域。如何利用当前最新信息技术和各种信息化系统的资源构建协调统一、功能齐全，反应灵敏、运转高效的突发公共事件应急指挥平台，切实提高处置突发公共安全事件的能力，是当前应急指挥系统建设中的一个重要课题。

针对水利应急指挥，水利部已经建设异地会商、工程视频监控、防汛会商等业务系统，即将建设 3G 险情移动采集和应急指挥等业务系统。然而，这些系统分属不同的流域机构、省市、系统，各自独立运行，虽然在应急指挥时可以发挥作用，但是无法实现协调统一和资源共享。

利用双向视频联动系统，可以把上述相关系统有机结合为统一的双向视频应急指挥平台，为水利应急指挥提供统一指挥、功能齐全、反应灵敏、运转高效的应急指挥系统。

1 水利应急指挥的特点

水利应急指挥，是为了应对突发性的洪水灾害、水污染事件，有计划地分蓄洪和特大旱灾等涉水的重大公共事件，实现多部门，多种指挥方式之间的协调统一，高效运转的指挥。

水利突发事件具有涉及面广、影响大、持续时间长等特点，因此需要充分了解应急指挥的需求，坚持以人为本、预防为主，以保障公众生命财产安全为根本，全面加强建设应急指挥体系，最大限度地减少水利突发事件发生时的人员伤亡和经济损失，促进水利事业全面、协调和可持续发展[2]。

水利应急指挥分为3个阶段，即事件突发前、发生时和发生后，对于不同的阶段，应急指挥的需求不同。

突发事件发生前应急指挥的需求主要为事先监视和预测；可能发生的突发事件尽量提前预测；已经发生的灾害尽可能早地发现，并根据可能发生的灾情制定对应的应急预案，同时向相关部门、人员发出预警信息。

突发事件发生时的第一要务是抢险，抢险工作是紧急的、需要广泛协同的高强度群体行为。此时应急指挥系统的主要任务包括：支持现场指挥、视频转播、抢险人员共通及上报、对外联络等。

突发事件发生后，将转入恢复重建工作。灾害评估和统计分析工作需要的数据也需要相应系统收集。

2 水利应急指挥需求分析

现有的系统无法满足目前水利应急指挥的实际需求，主要体现在以下几点：

1）系统各自为政，缺乏整体平台。多种业务系统，多个控制中心，需配置多个不同控制中心用户和前方终端，无法统一调度，无法形成满足需要的可视化流程。信息获取、系统间共享操作和管理都比较复杂，给使用带来极大的不便。同时，全部指挥信息不集中、调用不便捷，指挥操作难免分散，指挥流程不可避免地变长，应变能力变差。

2）信息不对称，交流不充分。在现有平台下，只能由前方人员向指挥中心单向回传视频，配合电话说明情况。应急现场人员、远程领导或专家、指挥中心三者之间，既不能双向可视，又不能信息共享。信息传递不全面、不充分，视频设备使用不随意、不灵活，造成信息不对称。

3）视频资源有限零散，无法实现资源共享。因此，整合现有水利应急指挥相关系统，搭建统一水利应急指挥平台，可以极大地提升水利应急指挥能力。

3 双向视频联动系统简介

双向视频联动系统基于固定和移动互联网络技术，以多方视频通话（固定或移动）为核心，将卫星定位、移动视频监控、无线视频会议、信息融合发布等多种技术深度集成融合，构成综合应急指挥平台。

3.1 主要技术特点

1）多终端多网络双向视频沟通。Android 终端，笔记本，iPhone，Ipad，单兵，DV 摄像机，Web 摄像头，视频会议前端等均可以作为前方终端设备接入到固定或移动指挥中心，指挥中心可以对前端信号进行录制保存，并可以对前方终端进行分组，有选择地向各组前方终端广播所需信息。

2）全、半双工音频兼容。高效整合半双工通讯模式的对讲机集群系统和全双工通讯的电信语音通话设备，实现 PTT 方式的无障碍沟通。

3）多业务系统信息融合管理。融合指挥中心现有的各种业务系统，将各系统中的网页、视频、图片、视频流信息，快速全局或局部捕获后，即时向前方终端广播。增强指挥中心系统关联性和利用率，提高信息处理效率。

3.2 通信协议

在同一个服务器中同时使用行业内2种应用最广的协议 H.323和 SIP，相互补充。

H.323符合通信领域传统的设计思想，进行集中、层次控制，采用 H.323协议便于与传统的通讯系统相联。

SIP 协议借鉴了其它因特网标准和协议的设计思想，在风格上遵循因特网一贯坚持的简练、开放、兼容和可扩展等原则，比较简单。SIP 独立于低层协议，一般使用 UDP 等无连接的协议，用信用层的可靠性机制保证消息的可靠传输。

在支持会议电话方面，H.323由 MCU（多点控制单元）集中执行会议控制功能，所有参加会议的终端都向 MCU 发送控制消息，特别是对于具有附加特性的大型会议，MCU 可能会成为瓶颈。且 H.323不支持信令的组播功能，其单功能限制了可扩展性，降低了可靠性。而 SIP 设计上为分布式的呼叫模式，具有分布式的组播功能，不仅便于会议控制，而且简化了用户定位、群组邀请等，并且能节约带宽。但是 H.323的集中控制便于计费，对带宽的管理也比较简单有效。

双重协议的使用将 H.323和 SIP 结合、互补，既提高了传输质量与可管理性，又可以支持不同类型的移动会议终端。

3.3 编码技术

1）视频编码 H.264。H.264/MPEG-4AVC（H.264）是 1995年自 MPEG-2视频压缩标准发布以后的新一代的视频压缩标准。它既保留了以往压缩技术的优点和精华，又具有许多其他压缩技术无法比拟的优点。通过该标准，在同等图象质量下的压缩效率比以前提高了2倍以上。

双向视频联动系统根据网络的实际带宽，可以自动调节实现 DV，VGA，QVGA，CIF 和 QCIF 的视频质量。

2）音频编码 Speex。Speex 是基于 CELP（语音编码算法）并且专门为码率在 2～44kbps 的语音压缩而设计的编码方式，具有强化立体编码、数据包丢失隐蔽、可变比特率、语音捕捉、非连续传输、定点运算、感官回声消除和噪音屏蔽等特点。

相对于其它编解码器，Speex 很适合网络应用，在网络应用上有着独特的优势。同时，Speex 还是GNU 工程的一部分，在 BSD 协议中得到了很好的支持。直观的效果是使用更少的网络资源可以传输优于一般网络语音的宽带声音。

3.4 应急指挥中的实际需求

由于灾难性突发事件发生的地点、范围、时间、灾难强度等诸多不确定性，应急指挥系统必然是一个十分复杂的系统工程，应急指挥面临以下 2种实际情况：

1）抢险地点多，抢险指挥中心在多个地方，抢险人员和物资涉及多个部门。应急指挥需要在多个抢险地点，多个指挥中心之间进行随时的双向视频会商，而且根据任务的不同，分不同的组分别会商。

2）灾难性突发事件发生时，将会启动许多相关应急指挥系统，视频、图片、音频、文字、数字等各种信息交织在一起，如果可以将这些系统有机融合，合理组织相关信息，分发给相关人员，将极大地提高应急指挥的效率。

双向视频联动系统整合 H.323和 SIP2种通讯协议的优点，构建基于双向视频传输之上的应用平台，正是基于应急指挥系统的实际需求。

双向视频联动系统支持以无线（3G、微波、卫星等）配置视频会议终端，终端设备支持平板电脑、智能手机、PAD 手持终端等便携终端。可以方便地配置多种形式的移动视频会议终端，可以随时随地呼入系统，实施双向视频会商。

双向视频联动系统可以融合其它相关应急指挥系统，并可以对视频、图片、音频、文字、数字等相关信息进行分类整理后，广播或发送给参与应急指挥的相关人员。

4 双向视频联动系统在水利应急指挥中的应用

水利部已建设了异地会商（视频会议）和防汛会商系统等业务应用系统，流域机构、省、市、自治区也相继建设了工程视频监控、视频会议、防汛会商等应急指挥系统。随着国家防汛抗旱指挥系统二期工程的实施，水利部将实施工程视频监控和移动应急指挥系统，380个地级市将配置 3G 图像传输设备，同时为国家防办配置110套简易移动采集设备。

这些系统和设备是水利应急指挥的重要组成部分，由于它们分属不同的系统和地区，在应急指挥中无法实现统一联动、信息共享的功效，制约了应急指挥的时效性。双向视频联动系统具有良好的可扩展性和融合性，可通过双向视频联动系统进行整合，构建水利双向视频应急指挥平台。

4.1 系统组成

双向视频联动系统主要由指挥中心和前方终端组成，系统结构如图1所示。

图1 双向视频联动系统结构

指挥中心包括：双向、单向视频服务器和指挥员终端。根据需要指挥中心可以实现多极级联，也可以接入视频会议、视频监控系统和其它应用系统共享图像和数据等信息。

系统核心配置如下：

1）双向视频服务器。用于提供前方终端接入，视频呼叫服务，指挥端登陆和后台管理服务。

2）单向视频服务器。用于接收前方单向视频回传终端的视频信息，提供给双向视频通信系统指挥端整合调用。

3）指挥员终端。用于接受前方终端接入请求，控制和管理多人视频连线，融合、广播各种信息，录制视频等。

4）前方终端 用于接入的设备，包括 PAD 手持、便携、车载、单向视频等终端。

4.2 系统级联

双向视频联动系统指挥中心可以进行多级级联，根据水利应急指挥的需要，系统可以实现水利部、省级、地市级指挥中心3级级联，系统指挥中心级联结构如图2所示。

图2 系统级联结构

4.3 系统配置与融合

双向视频联动系统具有良好的可扩展性和融合性，通过有线或无线的通信方式可以方便地配置视频会议和监控终端，也可以融合其它视频会议、视频监控和业务应用信息等系统，系统融合示意图如图3所示。

图3 系统融合示意图

以双向视频联动系统为核心的双向视频水利应急指挥平台配置方案如下：

1）水利部指挥中心设备配置与系统融合。指挥中心配置双向视频服务器和指挥员终端，同时，国家防办购置的110套移动采集终端配置为视频会议终端。

水利部异地会商系统的终端通过 SIP 直接呼叫双向视频服务器建立链接，接入水利应急指挥平台。

工程视频监控系统可以通过系统自带的多接口非编卡，接入模拟或数字的音视频信号。

2）流域（省）级指挥中心设备配置与系统融合。指挥中心配置双向视频服务器和指挥员终端，同时，各地市级防办购置的移动采集终端配置为视频会议终端，流域（省）购置的移动指挥车中的笔记本可以配置为视频会议终端。

各流域（省）的视频会议系统的终端通过 SIP 直接呼叫本地的双向视频服务器建立链接，接入水利应急指挥平台；工程视频监控系统可以通过系统自带的多接口非编卡，接入模拟或数字的音视频信号。

相关业务信息系统可以以网页形式指挥员终端调用，经过选择、组合、编辑后发布给相应双向终端。

按照上述的配置方案，部署到7个流域和防汛重点省，可以基本搭建成双向视频水利应急指挥平台。

5 结语

水利应急指挥的关键在于及时、有效地获取相关信息，组织会商，指挥应急抢险。双向视频联动系统可以快速融合图像、语音、图片、数据等信息，实时双向传输，广播发布，同时可以方便接入其它系统实现信息共享。该系统的建设必将发挥以下积极作用：

1）水利部应急、相关省、前方指挥中心可以同时，快速收集到灾情发生地的实时和其它相关信息。

2）各级领导和相关专家，无论处于何地，均可通过自己的终端与指挥中心系统相连，实现异地会商，统一部署、联动指挥作用。

3）大量移动采集终端的配置，可以实施大范围、高密度的实时监测，指挥中心可以实时监测灾情的变化，实施远程指导，及时下达命令，采取有效措施。

4）系统可以提供丰富、及时的监测数据，实时的现场视频信息，以及各种应急预案和相关信息。对于灾情发生前的实时监测、发生时的抢险指挥、灾后的恢复重建起到积极的作用。

[1] 宋劲松.突发事件应急指挥[M].北京：中国经济出版社，2011: 26-48.

[2] 秦文海，王鹏.水利应急通信体系建设模式研讨[J].水利信息化，2011（6）: 35-37.