0 引言

在应急管理部成立后，对于地震发生后应急指挥调度工作的高效性和灵活性提出了更高的要求（黎斌等，2020）。应急管理部已融合建设了多套专线视频会议系统，这些会议系统在应急指挥调度中发挥了重要作用（林向洋等，2019）。目前，中国地震局应急指挥中心负责运维地震应急中关键性的支撑软硬件系统，其中，硬件主要包括数字会议系统、显示系统、音视频混合矩阵系统、视频会议系统、中央控制系统和综合布线系统等。应急指挥涵盖的系统多，交互性强，涉及大量音视频信号的接入、拼接、组合和投送，因此，需要对多套视频会议终端、音视频混合信号处理设备、多形式显示终端和环境设施进行集中控制。但是，在不同的应用场景和应急的不同阶段，需要处理的信息、数据和音视频流的控制和组织方式会有所不同。

中国地震局应急指挥中心原中控系统为对接入的各系统进行控制，这包括音视频（AV）矩阵、大屏幕拼接、视频会议终端控制（或遥控器）和会场环境（灯光、空调等）等系统软件或WEB控制界面。这样的控制方式呈现出多系统堆叠、操作繁冗和菜单多级化的弊端，增加了实际使用过程中信号并发处理、矩阵转发和场景模式切换等操作复杂的实操难度和事故风险。针对这一问题，根据实际应用需要，在中国地震台网中心信息化工程的背景下，依托国家重点研发计划“地震应急信息快速可视化技术研究”子课题的支持，2019年底完成了对中国地震台网中心原有中控系统的可视化设计和功能升级改造。从框架设计、定义模块到功能集成，实现了场景设计和快速切换功能，开发出信号预览、回显和信息流标签功能，提高了中控系统的智能化可视化水平和多系统信号并发综合处理能力。新系统具有操作简单快捷的特点，可满足应急指挥调度时快速应对和紧急处置的需要。

1 原中央控制系统

中央控制系统简称中控系统，是对声、光、电等各种设备进行集中控制的核心设备，通常应用于多功能综合会议厅、指挥调度中心、多媒体教室和智能家庭等。通过控制终端、平板触摸屏和计算机等设备，利用应用软件集中控制多个独立的设备、系统和环境，如计算机、影碟机、摄像机、视频展台等现代视听设备，视频会议、会议录播、AV矩阵、大屏幕显示和扩声音响等音视频系统，以及电动窗帘、灯光、幕布等环境设备，以实现资源综合调配、影音实时互传和场景模式切换等视听应用功能（汤旻安等，2007；王嘉楠等，2015；撒卫平等，2018）。

中国地震局应急指挥中心原中控系统接入的受控设备系统包括音频系统、视频矩阵、LED大屏显示系统、液晶辅助显示系统、视频会议系统、摄像机、计算机终端、无线图形传输系统和照明空调环境系统等，通过以太网、RS-232、RS-485、红外和射频等多种控制端口，中控系统完成设备系统间的通信和控制（缪小军等，2015）。应急指挥中心原中控系统结构如图 1所示。

原中控系统只是将各被控系统和设备进行简单集成，随着关键设备系统的不断拓展建设，设备控制的类型和数量大大增加，应对综合指挥调度的应用场景越来越多，多系统多设备并行操作的要求不断增高，只有专业人员才能应用这种较复杂的中控系统。特别是在应急指挥时，需要同时实现多设备、多系统和多信号的控制，原中控系统缺少应用场景的设计和快速切换功能，控制逻辑的实现较繁冗，很难满足应急指挥调度快速准确的要求。应急管理部成立后，更加需要较多系统间的信号源切换和实时传送（林向洋等，2019），为了解决上述问题，充分发挥地震应急指挥中心的调度职能，需要建设可视化的智能中控系统。

2 可视化智能中控系统 2.1 功能需求

应急管理部成立后，中国地震局应急指挥中心拓展建设了2套专用的视频会议系统用于指挥调度工作和政务会议。但由于建设网络与地震行业网之间的物理隔离，各类信号、数据和信息只能通过中控系统进行物理层面的切换转发，因此原中控系统无法完全满足实际应用需求。

可视化智能中控系统应具有如下特征：①功能集成化。应对被控系统进行功能充分集成化，避免菜单多级化，以实现操作的便捷性；②开放拓展性。中控系统应是开放的，当新增设备系统时，可以通过简单的配置快速实现与原系统的无缝融合；③状态可视化。系统控制人员可以了解信号源的实时状态，以保证转发投放的准确性；④回显预览功能。系统具备实时画面回显和预览功能，保持实时操作的内容和设备实际状态的相符合，降低操作事故出现的概率；⑤预设场景功能。系统应支持不同应用场景间信号的预设和快速切换功能，以满足应急指挥的快速调度需求；⑥多平台控制功能。系统应支持多平台控制，满足不同应用场景下的控制要求，以及实现重要的热备份功能（王文彬等，2012）。

2.2 逻辑结构

中控系统按功能一般可分为本地界面层、网络控制层、处理运算层、功能模块层和用户设备层。本地界面层是指人机交互界面，主要包括计算机、平板和触摸屏等控制终端；网络控制层即通过有线和无线网络实现设备硬件间的互联；处理运算层是中控系统的中枢，包括系统所有的控制流、代码、计算存储、信息输入输出等核心功能；功能模块层介于用户设备层和处理运算层之间，包括调音、调光、红外、输入输出和数据通讯模块；用户设备层主要包括所涉及的强弱电、视听、影音、数码、显示等硬件设备。为了突出体现可视化智能中控系统数据可视化和控制智能化，实现状态显示预览功能，重点满足多进程实时并发处理和系统易拓展的要求，需要对中控系统的分层结构进行逻辑化处理，使系统通过各层的扩容或选择来实现具体的自定义功能，从而实现可视化的智能控制（汤旻安等，2007）。

可视化智能中控系统的逻辑化结构分为5层，最底层为硬件连接层，该层为应用框架的设备基础，通过控制总线、多串口端口和有线网络使所有被控硬件设备进行连接。系统层包括操作系统和存储2大部分，配置了高性能服务器，运行操作系统，并对本地文件和数据进行存储，通常采用XML形式存放文件。平台开发层为中控系统的框架支撑，可实现系统的代码建设，主要编程语音包括java、.net、C语言、3DMAX等，主要用于实现系统的具体功能。功能汇聚层介于平台开发层和应用展示层之间，即通过平台开发层的编程实现，将各受控系统和设备的功能汇聚，从而便于用户对各系统功能统一调配控制，实现硬件资源和系统功能的整合汇聚。应用展示层则是基于标准化通讯协议，主要用于在控制终端和显示终端实现场景模板制作、导播控制、各系统功能汇聚以及系统维护等。可视化智能中控系统框架逻辑分层结构如图 2所示。

2.3 设备应用结构

中国地震局应急指挥中心处于地震应急调度信息数据流汇聚的中心，地震应急和大型会议时，依托各指挥中心稳定可靠的中央控制系统实现多方各级指挥中心大量实时交互操作。中国地震局应急指挥中心可视化智能中控系统以中央控制主机设备为核心，通过逻辑化的框架结构，实现对中国地震局应急指挥中心各核心硬件系统的中央控制功能。同时，已建设完成的辅助厅具备完善的多功能会议功能，将辅助厅的视频会议系统、视频矩阵系统和音频处理器设备、计算机终端以及摄像头等系统信号接入指挥中心的中控系统，可实现音视频信息流和数据流的实时交互和设备资源的共享利用。通过应急指挥专线网络，可视化智能中控系统与应急管理部指挥中心互联互通，并通过视频会议系统实现指挥调度功能，借助双流功能建立信息和数据的上报共享机制（刘在涛等，2010；林向洋等，2017）。地震系统内的各级指挥中心通过地震行业网与中国地震局应急指挥中心进行信息数据的互通和指挥调度的上传下达（图 2）。

2.4 程序结构

中国地震局应急指挥中心可视化智能中控系统的程序逻辑架构需根据实际应用需求来决定。对于前文提到的新增跨网络多视频会议进程的综合指挥调度应用场景和并发控制处理操作需求，区别于一般的中控系统，可视化智能中控系统程序需重点解决以下几个关键问题：①信号多源性。除了需控制本地各种音视频、计算机图像、视频会议系统和录播系统等信号，还需做好通过应急指挥专线网络与应急管理部指挥中心进行各类音视频信号、计算机图像、视频会议双流信号和电视墙视频流信号的实时双向收发、交互操作控制；②信号显示方式多样性。随着应急处置工作的开展，需完成对指挥中心大屏显示系统、辅助显示系统以及视频终端信号的转发、投放和场景模板的快速切换操作；③终端易操作性。由于关联系统复杂，需要对控制终端进行模板化、场景化和可视化的设计。这一方可满足终端操作简单快捷的要求，另一方面可满足对各类信号投放状态回显和监控的需求。

可视化智能中控系统通过平台开发层的软件架构和底层代码组成系统核心，调用第3方自定义宏，通过标准通讯协议端口调用受控系统的功能模块，完成程序的主线程的循环处理逻辑。程序的主线程处理逻辑如图 3所示。

3 可视化智能中控系统的功能和实现

中国地震局应急指挥中心依托中央控制系统对各被控系统实现集中控制，通过平台层系统编程，将各系统的功能和操作有机结合到一起，形成功能完善、操作便捷的可视化智能中控系统。区别于传统中控系统，可视化智能中控系统具有贴合地震应急指挥实际需求的可视化智能控制特点，这主要包括LED拼接屏和液晶辅助屏的管理、视频会议系统信号的管理、实时信号显示和快照回显功能、预设场景模式快速切换功能、移动端远程控制功能等。

3.1 LED拼接屏和液晶辅助屏的管理

通过可视化智能中控系统对LED大屏和液晶辅助屏进行一键开关机控制，对大屏场景模式进行实时管理和快速切换，支持已汇入分布式矩阵的AV、RGB和网络终端等多类信号源通快速投放功能，支持可投放信号源列表、大厅信号布设位置和大屏当前模式和信号源投放状态的可视化功能，支持自定义拓展模式的创建、组合和投放功能。具体控制终端界面如图 4所示。

3.2 预设场景模式快速切换功能

对于不同应用场景，视频显示模式和音频路由设置随之变化。可视化智能中控系统通过调用分布式矩阵、大屏拼接处理器和LED显示控制卡，可完成特定模式下大屏分屏方案和信息源投放，支持不同预设场景和投放信号源的实时快速切换（图 4）。

3.3 视频会议系统信号的管理

通过建立专用视频会议双流（主流和辅流）输出功能模块，可视化智能中控系统对视频会议系统的双流输入源进行快速切换，支持视频会议系统视频流、PC终端流、多摄像机位视频采集流、无线图传视频流和其他视频流等信号输入源的实时转发功能，可实现特定场景下视频会议系统间的互联互通、双流信息和数据发送等关键功能。视频会议系统专用模块如图 5所示。

3.4 实时信号显示和快照回显功能

对于视频会议系统多信号输入源的频发切换操作，原中控系统无法满足实时信号的实时反馈，易造成信号切换的混乱。可视化智能中控系统在视频会议系统输出功能模块中内嵌实时信号信息流标签，并在PC控制终端增加视频会议系统信号快照回显功能，以满足视频会议系统间信号和数据的实时状态可视化和精准投放转发的需求（图 5）。

3.5 移动端远程控制功能

为满足系统备份和灵活控制的应用需求，可视化智能中控系统支持移动Pad终端控制功能。可通过选用热点拓展模式和VPN接入等2种技术手段，实现远距离甚至跨网络的控制功能，为操作人员提供远程控制的解决方案。

4 结束语

中国地震局应急指挥中心结合地震应急指挥实际应用场景，并考虑拓展功能的需求，以原中控系统为基础，通过可视化智能编程技术，开发了一套完整的可视化智能中央控制系统。通过移动或PC控制终端，该系统实现了应急指挥中心多场景全时程的信息综合控制功能，这包括场景预设和快速切换、信息源自由投放、视频会议系统信号管理和远程控制功能等，可基本满足地震应急指挥调度和召开各级会议的需求。

随着科技水平的不断提高以及新型硬件设备和系统的建设和引进，地震应急指挥中控系统的应用场景也随之不断丰富，这使得对于应急处置和支撑功能的要求将不断提高，现有的会议中控系统将无法充分满足高度智能化的需求。今后的智能中控系统将进一步融合人工智能、神经网络、机器学习、虚拟现实和5G物联网等信息技术，具备自学记忆、自感应互联、设备侦测和状态报警等功能，同时具有更强大的接口兼容和通讯能力，系统组态及扩展更容易，人机界面也会更加智能人性化。