基于音视频融合的应急指挥系统设计与应用.pdf

33SCIENCE ANDTECHNOLOGYOFJILINCOMMJNICATIONS2023年第2 期吉林交通科技基于音视频融合的应急指挥系统设计与应用刘阳郭禹宏吉林省交通信息通信中心（长春130021)【内容摘要】为解决视频会议系统无法有效支撑内网省、市、县的日常行政会议要求及无法满足应急指挥调度的需求问题，结合新一代技术发展，提出了基于音视频融合技术的应急指挥系统开发设计原则、架构设计及应用案例，证明了音视频融合技术的有效性和适用性。【关键词】应急指挥系统设计应用音视频融合引言近年来，世界范围内突发灾害事件频繁发生，除传统的地震、洪水、火灾等自然灾害和事故灾害外，疾病传播、生态灾害等新型灾害事件也呈现多发态势。在突发灾害下，快速、有效的应急组织保障可以显著减少生命与财产损失，可以将灾害造成的损失降低到最小。随着信息技术、互联网技术、智能终端设备的快速发展，基于音视频的通信、传播得到了快速的发展，是应急指挥调度有效的技术手段和实施方式。然而，由于终端设备的多样化、通信协议的多元化、通信网络与安全网关的多制式、调度场景的不确定性以及突发灾害下通信可靠性和持续性的不稳定性，设计和研发具备平战结合、内外网互通、兼容多元异构网络及设备的音视频指挥调度系统成为当前应急管理信息化建设的主要任务和技术挑战。1系统设计原则(1)先进性随着大数据、云技术的成熟与普及，虚拟化部署、云计算架构已经成为信息化建设的主流技术。各类基于云计算技术的业务平台已经在政府及相关部门中得到了普及和应用。因此应急指挥融合系统采用最先进的云计算架构及全球顶尖的视频算法，能够符合行业的发展趋势及视频会议的未来方向。(2）安全性系统从设计、部署到运行的各个阶段，以及网络、系统、用户数据及媒体等多个层面和环节具有完善的安全加密机制，可有效抵制网络病毒和黑客的攻击，保障用户信息及业务内容的安全。（3）可靠性系统具备完善的灾备体系，所有服务器多活部署，支持故障自动迁移；能够保证7 x24小时不间断地稳定可靠运行。（4）可扩展性系统设计考虑未来网络和业务的发展，具有灵活性、弹性的扩展空间，能够方便地实现系统的业务扩展、规模扩展及技术升级。（5）易操作性以用户为中心，改进传统音视频系统复杂的操作步骤，实现操作极简体验，降低系统大规模部署的复杂度。(6)易维护性系统提供数据化、自动化管理工具。自动生成后台及设备运行数据报表，用于大数据分析。各单位管理员使用统一账号和管理界面。(7)开放性系统遵循开放性原则，采用开放的接口协议与开发平台，为用户提供统一的开放接口。2系统架构设计2.1系统物理架构应急指挥调度系统应实现省-市-县三级单位覆盖，可通过互联网VPN通道满足PC、智能手机、移动单兵等互联网接人。并支持智能终端、智能手机、PC端、车载、移动单兵、无人机、智能眼镜等通过34刘阳等指挥系统设计与应用品中2023年第2 期交通专有云视频平台专网加密互联网管理服务器接人服务器媒体服务器语吉融合服务器媒体服务裤H323DMCU绿撼服务器融合服务器务装监控#合服务器应急通讯车原有视讯系统融合省厅基层单位无人机市局区县局内部指挥调度智能手电筒移动单兵APP图1系统物理架构设计示意图互联网、移动3G/4G接人，以实现视频业务的快速互联和全方位音视频协同。系统物理架构具体如图1。2.2系统逻辑架构在采用基于先进的SVC柔性视频编码架构，逻辑结构上向下兼容H.323/SIP系统，达到视频系统互联互通目标，实现系统的有效融合、集中管控和使用。基于音视频算法网络适应能力，在广度和深度上支持在任何时间、任何地点，通过任何设备、任何网络获得声音、视频和数据。实现了应用的扩展与创新，提升了日常工作的沟通效率与业务水平，并提高应急处置和调度能力。系统逻辑结构设计具体如图2。系统逻辑结构分为云视频平台层、运营管理与业务监控层、网络接入层、终端接入层以及业务应用业务应用各级机构管理应用联动处突应急应用普惠民生服务应用终端接入应急指无人机智能云视频终端PC手机PAD挥车眼镜IP电话APPSDKPSTN视频监控网络接入行业专网电子政务外网加密互联网3G/4G/5G卫星、微波PSTN负载均衡开放融合能力业务服务器集群信令服务器集群信息安全保障运营平台及业务监控终端管理会议管理接入服务鉴权服务媒体服务器集群媒体转发服务云平台API媒体转码服务用户管理日志管理呼叫服务H.323服务媒体存储服务直播服务通讯录管理CDR管理SIP服务GBT28181服务点播服务AI服务终端SDK消息总线0数据中心存储资源池数据库资源池计算资源池图2系统逻辑结构设计示意图352023年第2 期刘阳等指挥系统设计与应用层，具体如下：云视频平台层：采用通用服务器虚拟化方式实现系统平台部署。云视频平台层从数据中心调取与业务服务、信令服务及媒体服务相关的数据运营管理与业务监控层：实现系统的资源管理、用户管理、业务管理、运营管理、定制服务管理，保证系统持续稳定运行。网络接人层：充分考虑系统中基于各种网络的业务应用，提供政府专网、电子政务外网、加密互联网、移动3G/4G、卫星微波以及语音网络等接入能力。终端接人层：解决多种场景覆盖问题，满足软硬终端接人以及现有视频系统融合需要，实现多种终端方式的接人。业务应用层：针对不同的业务单位和应用场景，利用云视频平台实现管理类、应急类以及对外普惠民生服务类的各种视讯协作、业务融合应用。2.3系统功能实现（1）多元设备接人通过云视频平台和各种接人方式实现实时的多方音视频交互，满足各种远程多媒体互动的需求。为真实呈现交互的效果，系统提供强大的交互方式，实现全景会议模式：1)多画面功能。会议召开后可灵活选择多画面显示模式；子画面按需轮询；通过语音激励方式实现VIP显示模式。2）三屏三显。对于大型指挥中心或者会议室场景，一台智能终端支持三块显示屏同时显示“会场多画面+辐视频流+发言人图像”，显示模式可通过终端遥控器灵活选择。3）通过字幕和短消息功能实现另一个维度的信息交互。（2）直播、录播、点播该系统具备高清云直播功能，通过人性化的UI人口，普通业务人员可以快捷地通过手机、Pad、P C创建直播活动，并方便通过邮件、短信等方式分享，支持万人同时观看。另外系统的云录播功能支持对会商、培训和应急指挥等业务进行全程高清录制。用户选择任意多路现场的画面随时手动录像，也可以根据预约设定触发录像。用户经授权可根据终端名称、录像时间、录像地点、录像事件特征，随时查询检索视频文件，按需点播视频资源。录制内容加密后通过分段式存储在云端，进行统一管理。（3）纵横双向视频覆盖基于云平台扁平化的系统架构，该系统摒弃了传统视频会议系统MCU树状级联方式，可任意扩展交通系统内下级接人节点及政府平行单位可视接入点的数量，解决视频应用横向贯通困难的问题。先进的平台架构及扩展能力可全面满足视频应用特别是应急指挥工作的纵向及横向部署，实现“纵向到底、横向到边”的视频全覆盖应用模式。（4）实现统一管理后台管理员需要对系统整体可用性和容量资源做统一的管理和规划，云管控平台通过高度的自动化完成系统级操作，减少运维工作量，增强管理合规性。根据加人系统的终端和用户自动生成分级架构的通讯录自动推送至终端界面，用户可按单位、机构查找通讯录并实现一键呼叫。平台及系统软件持续更新、时刻保持技术先进性，更新的版本由云端自动推送到终端，无需系统管理人员操作。所有平台资源统一管理调度，使用者无需关注平台容量，各单位资源复用以提升系统使用效率且保证更高的可用性。(5)指挥调度H.323终端终端呼叫子系统网关服务器管理网关1网关NMCU媒体流信令流图3融合视频会议系统设计示意图36刘阳等设计与应用指裤系统2023年第2 期吉林省交通运输厅“互联网交通运输指挥中心林省交通运香林省交通运糖运输指挥中心图4指挥中心应急演练指挥调度平台融合视频会议和视频监控系统，支持触控屏操作，实现一体化的音视频通信应用，实现调度对象终端和监控前端的统一管理。支持指挥中心与调度对象之间的双向音视频互动；支持监控图像的一键调度选看，指挥员可以远程巡查各监控点的现场情况。在指挥中心能够快速进行决策和调度。（6）融合视频会议系统专有云视频平台具备良好互通兼容能力，系统具备向下兼容能力，支持H.265、H.2 6 4S V C、H.2 6 4A V C视频编解码，G.711、G.7 2 2 音视频解码。通过融合服务器转换为标准的H.323协议与现有视频系统兼容互通，充分利旧现有视频会议系统。可兼容主流厂商设备互通，包括：宝利通、思科、华为、中兴、科达。3音视频融合系统应急指挥案例为加强应急设备系统的日常使用与维护管理，保障突发事件时应急设备及系统的正常使用，2 0 2 3年3月省交通运输厅应急管理办公室组织开展应急演练。此次演练吉林省交通运输厅指挥中心作为应急指挥调度中枢，分别对执法局、高建局、公路局、运管局、航道局、海事局、应急保障中心、吉高集团及白山市交通运输局等9 个单位的应急设备及系统进行了测试，采取逐一呼叫的方式，通过音视频融合系统呼叫上述单位的应急手持终端和应急指挥调度终端，经测试上述单位的专网会议系统全部呼叫成功，演练过程中声音、图像传输流畅，应急指挥调度畅通无阻，如图4所示。在突发事件应急处置的过程中，可对多个单位同时呼叫，为突发事件的应急指挥调度提供了保障。4结语音视频融合系统可满足突发事件现场信息感知、风险区域监控调度、即时协同会商、应急处置指挥调度等功能的多样化应用需求，与应急指挥“快速响应、准确下达、融合通信、移动指挥”的目标要求契合。音视频融合技术作为应急指挥系统的核心技术，可实现高清视频及数据安全、高品质大规模共享，高度符合以视频化方式资源接入的应急指挥应用场景，并在应急演练中体现出了显著的技术优势。（收稿日期：2 0 2 3.5.17）