（長(zhǎng)江水利委員會(huì)網(wǎng)絡(luò)與信息中心，湖北武漢 430010）

1 概述

視頻會(huì)商系統(tǒng)是利用電視技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)在兩地或多個(gè)地點(diǎn)召開電視會(huì)議，同時(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸圖片、文字、語音和圖像，進(jìn)行遠(yuǎn)程教育和會(huì)商的多媒體系統(tǒng)［1］。視頻會(huì)商系統(tǒng)作為政務(wù)信息化的重要組成部分，承擔(dān)著各級(jí)政府部門內(nèi)部及相互之間溝通、會(huì)商、決策的重要職責(zé)，各級(jí)政府的指示精神和重要事務(wù)需要通過此系統(tǒng)進(jìn)行上傳下達(dá)［2］。

視頻監(jiān)控是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，可獲得有效數(shù)據(jù)、圖像或聲音信息，對(duì)突發(fā)性異常事件的過程進(jìn)行及時(shí)監(jiān)視和記憶，用以提供高效、及時(shí)地指揮和調(diào)度、險(xiǎn)情處置等。部署建設(shè)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，有利于第一時(shí)間掌握工程現(xiàn)地施工資料，實(shí)時(shí)對(duì)可能或正在發(fā)生的汛情、險(xiǎn)情、災(zāi)情進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視，提高工程現(xiàn)場(chǎng)管理決策效率，對(duì)保障工程安全具有重要作用［3］。

通過近幾年國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)以及相關(guān)信息系統(tǒng)的建設(shè)，長(zhǎng)江水利委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)江委”）逐步建立起了較完善的視頻會(huì)商和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，保障了防汛指揮長(zhǎng)會(huì)商、洪水模型調(diào)度、應(yīng)急演練等會(huì)議的順利召開和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人對(duì)重點(diǎn)水庫及斷面的實(shí)時(shí)畫面調(diào)閱指揮，尤其在2020年長(zhǎng)江流域性大洪水的防汛調(diào)度工作中發(fā)揮了不可替代的作用，為方案商討、指令下達(dá)、調(diào)令監(jiān)督等工作提供了重要保障。

但是，由于視頻會(huì)商和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸帶寬較高，且對(duì)線路的傳輸延遲較敏感，一般均采用租用專線的方式進(jìn)行傳輸，存在以下問題：

（1）造價(jià)高昂，存在性能瓶頸。會(huì)商系統(tǒng)建設(shè)初期需投入較高的經(jīng)費(fèi)，尤其是MCU設(shè)備價(jià)格昂貴，且會(huì)議容量受限于單臺(tái)MCU的性能，一旦設(shè)備損壞則無法召開多點(diǎn)會(huì)議。

（2）租用費(fèi)用高，利用率較低。傳統(tǒng)會(huì)商和監(jiān)控需要租用運(yùn)營(yíng)商專線，每年線路租賃費(fèi)是一筆不小的開支，且為保證視頻傳輸質(zhì)量，一般線路租用后只能用于該業(yè)務(wù)，難以與其他業(yè)務(wù)共享帶寬，線路利用率不高。

（3）部署不便。由于線路開通時(shí)即指定了線路的兩端位置，因此線路租用后僅限于兩端間的數(shù)據(jù)傳輸，無法在臨時(shí)有需要時(shí)增加會(huì)商或監(jiān)控的接入，影響了現(xiàn)地指揮和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像傳輸?shù)撵`活性需求。

（4）組網(wǎng)方式不靈活。隨著智能設(shè)備不斷普及，越來越多的用戶傾向于使用個(gè)人手持設(shè)備參與會(huì)商或使用手持設(shè)備采集現(xiàn)場(chǎng)的音視頻信息，而傳統(tǒng)的會(huì)商和監(jiān)控方式則難以滿足這類需求。

本文探討采用移動(dòng)互聯(lián)和應(yīng)急通信技術(shù)作為傳統(tǒng)視頻會(huì)商和視頻監(jiān)控的傳輸輔助手段，為防汛抗旱工作提供更加可靠、靈活、便利的保障措施。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于移動(dòng)互聯(lián)和應(yīng)急通信技術(shù)的會(huì)商監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。

傳統(tǒng)的視頻會(huì)商系統(tǒng)要求在單位內(nèi)部安裝視頻會(huì)議終端、MCU設(shè)備，通過水利網(wǎng)與水利部和各流域相關(guān)單位進(jìn)行會(huì)商。而傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)則要求在單位內(nèi)部安裝視頻監(jiān)控平臺(tái)服務(wù)器，通過運(yùn)營(yíng)商專線接入前端視頻監(jiān)控點(diǎn)位，這些都對(duì)線路帶寬占用有較高的要求。

采用移動(dòng)互聯(lián)和應(yīng)急通信技術(shù)后，視頻會(huì)商和視頻監(jiān)控大大提高了接入的靈活性，并節(jié)約了帶寬的可利用率。在普通使用場(chǎng)景下，視頻會(huì)商可采用云會(huì)議方式，在家中或辦公環(huán)境等任意可接入互聯(lián)網(wǎng)的地方，采用支持云會(huì)議相關(guān)協(xié)議的云終端、手機(jī)或電腦等接入會(huì)議系統(tǒng)，即時(shí)進(jìn)行會(huì)商討論；視頻監(jiān)控可使用蜂窩網(wǎng)，通過現(xiàn)場(chǎng)配置的路由器無線接入當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)商基站，再通過運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)絡(luò)交換至單位骨干網(wǎng)后接入視頻監(jiān)控平臺(tái)，快捷接入任意有運(yùn)營(yíng)商基站覆蓋的監(jiān)控點(diǎn)位。在極端使用場(chǎng)景，如運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)不可用時(shí)，可通過在應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)部署的衛(wèi)星便攜站傳輸現(xiàn)場(chǎng)的聲音和視頻，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控圖像提取以及遠(yuǎn)程指揮。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 云會(huì)議

云會(huì)議系統(tǒng)采用云計(jì)算架構(gòu)和虛擬化技術(shù)，通過將新一代MCU利用虛擬化方式統(tǒng)一部署在云平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)集群化MCU資源池［4］。虛擬服務(wù)器與傳統(tǒng)MCU不同，傳統(tǒng)的MCU架構(gòu)是“全編全解”，而新一代MCU僅負(fù)責(zé)碼流的轉(zhuǎn)發(fā)，不再進(jìn)行編解碼處理，云會(huì)議中的各個(gè)終端根據(jù)自己的處理能力和網(wǎng)絡(luò)狀況，向服務(wù)器請(qǐng)求接收合適的碼流并解碼。

采用云會(huì)議系統(tǒng)，由于MCU采用集群化部署，大大增強(qiáng)了其容災(zāi)能力，且云會(huì)議系統(tǒng)不依賴于專線，各智能設(shè)備均能通過互聯(lián)網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)等直接接入，組網(wǎng)更加方便，接入方式更加靈活，更適應(yīng)多種移動(dòng)會(huì)商場(chǎng)景。

3.2 4G/5G蜂窩網(wǎng)

目前，作為4G標(biāo)準(zhǔn)之一的LTE技術(shù)已成為全球主流，相關(guān)產(chǎn)品正處于成熟期，網(wǎng)絡(luò)部署接近尾聲，終端也已十分豐富，4G網(wǎng)絡(luò)是全球運(yùn)營(yíng)商的主流服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，按照行業(yè)預(yù)計(jì)，在未來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，將與5G網(wǎng)絡(luò)并存，成為運(yùn)營(yíng)商的主要服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

使用4G/5G網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻會(huì)商和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，具備如下優(yōu)點(diǎn)：①全天候全時(shí)段傳輸，只要有運(yùn)營(yíng)商信號(hào)覆蓋的地方，將設(shè)備連通電源，就可快捷地將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸回平臺(tái)或服務(wù)器端；②傳輸速率高，視頻會(huì)商和視頻監(jiān)控對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求較大，而目前即使采用4G網(wǎng)絡(luò)，速率也可達(dá)到下行100 Mbps、上行20 Mbps，切換到5G網(wǎng)絡(luò)后還會(huì)進(jìn)一步提升速率，保證了視頻傳輸?shù)牧鲿扯龋耆珴M足會(huì)商和監(jiān)控的使用需求；③使用成本低，相比傳統(tǒng)的租用專線傳輸，4G/5G網(wǎng)絡(luò)傳輸按需使用，費(fèi)用按流量計(jì)算，不使用時(shí)不占用資源，也無需計(jì)費(fèi)，加之業(yè)務(wù)不斷普及，流量需求量增加，流量費(fèi)也更易于與運(yùn)營(yíng)商議價(jià)，單位費(fèi)用可進(jìn)一步降低；④設(shè)備架設(shè)便捷，前端只需采用個(gè)人手機(jī)或增加1個(gè)小型的4G路由器即可打通數(shù)據(jù)鏈路，適合突發(fā)事件報(bào)道或?qū)＞€難以快速覆蓋的情況下使用。

3.3 VPDN

VPDN（Virtual Private Dial-up Network）又稱虛擬專用（或私有）撥號(hào)網(wǎng)，是虛擬專用網(wǎng)（VPN）的業(yè)務(wù)之一，是以撥號(hào)接入方式上網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封包和加密的一種網(wǎng)絡(luò)。利用IP網(wǎng)絡(luò)的承載功能結(jié)合相應(yīng)的認(rèn)證和授權(quán)機(jī)制建立起來的安全VPN，是近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展而迅速發(fā)展起來的技術(shù)［5］。VPDN可實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)流量強(qiáng)制到特定目的地，并提供必要數(shù)據(jù)安全支持。

無線VPDN基于運(yùn)營(yíng)商的LTE高速分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，利用L2TP（第二層隧道協(xié)議）隧道技術(shù)為無線移動(dòng)終端構(gòu)建的與公眾互聯(lián)網(wǎng)完全隔離的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)在任何地點(diǎn)為無線移動(dòng)終端提供到達(dá)客戶內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的無縫和安全連接［6］，滿足安全訪問內(nèi)網(wǎng)相關(guān)資源的需求。使用VPDN業(yè)務(wù)，可為每個(gè)攝像機(jī)分配1個(gè)固定的私網(wǎng)IP地址，監(jiān)控平臺(tái)均可如訪問內(nèi)網(wǎng)資源一樣的訪問各前端攝像頭，在保證高質(zhì)量視頻傳輸和數(shù)據(jù)安全的同時(shí)，提高了部署的靈活性，在視頻監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

3.4 衛(wèi)星網(wǎng)

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行通信，使用的無線電波頻率為微波頻段（300 MHz～300 GHz）。衛(wèi)星視頻會(huì)議系統(tǒng)主要用于在重大突發(fā)公共事件發(fā)生時(shí)，指揮中心與各級(jí)民政部門以及災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的協(xié)調(diào)溝通、會(huì)議會(huì)商［7］。

與其他通信技術(shù)相比，衛(wèi)星通信技術(shù)具有許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，包括：①覆蓋范圍廣。衛(wèi)星通信覆蓋面廣，適合于站點(diǎn)分散、面狀分布、遠(yuǎn)離城市和公用電信網(wǎng)覆蓋不到的邊遠(yuǎn)地區(qū)組建通信網(wǎng)，作為水庫及水文測(cè)站的通信手段尤為合適。②建設(shè)投資省。衛(wèi)星通信不需要建設(shè)中繼站，無需建通信鐵塔，一個(gè)衛(wèi)星地面站造價(jià)還不及一個(gè)微波中繼站建站投資的1/4。③安裝調(diào)試便利。衛(wèi)星地面站設(shè)備輕便，天線口徑小，架設(shè)方便，安裝及調(diào)試的時(shí)間也很短，可用于防洪搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)的指揮調(diào)度，是應(yīng)急通信手段的重要組成部分。④可靠性高。除衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器外，傳輸線路上沒有中間環(huán)節(jié)，各個(gè)小站之間相互獨(dú)立，互不影響，可靠性高。⑤傳輸質(zhì)量好。衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)2 048 kbps以上，誤碼率優(yōu)于10-7，話音的誤碼率優(yōu)于10-6。⑥抗水毀能力強(qiáng)。與地面通信系統(tǒng)相比，衛(wèi)星通信受自然災(zāi)害特別是洪水災(zāi)害損毀的概率小，單站點(diǎn)故障不影響其他遠(yuǎn)端站或全網(wǎng)的正常通信。

利用衛(wèi)星通信的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合水利系統(tǒng)防汛抗旱的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，可將衛(wèi)星通信網(wǎng)作為防汛抗旱會(huì)商系統(tǒng)的備用通信信道，提升會(huì)商系統(tǒng)的可用性，還可在緊急情況下通過衛(wèi)星鏈路召開臨時(shí)視頻會(huì)議，以解決突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)無公網(wǎng)覆蓋情況下的音、視頻傳輸問題。

3.5 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things，簡(jiǎn)稱IoT）是指通過各種信息傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過程的智能化感知、識(shí)別和管理。

通過物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人值守站點(diǎn)的信息狀態(tài)獲取，動(dòng)態(tài)掌握前端設(shè)備的運(yùn)行狀況、獲取所需要提取的數(shù)據(jù)，進(jìn)而可以更智能地對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行控制，在減輕工作量的同時(shí)，提高設(shè)備的智能化管理水平。

4 具體應(yīng)用

4.1 異地飛檢

受疫情影響，2020年初外地出差受到了一定限制。為不影響防汛檢查工作的開展，長(zhǎng)江委采用了對(duì)部分站點(diǎn)飛檢的形式檢查防汛準(zhǔn)備情況。采用云視頻會(huì)商系統(tǒng)，站點(diǎn)工作人員通過手機(jī)接入會(huì)議，共享經(jīng)手機(jī)采集的現(xiàn)場(chǎng)視音頻，并直接在現(xiàn)場(chǎng)做工作匯報(bào)，由專家在會(huì)商現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行了質(zhì)詢，提高了檢查效率，確保了工作的正常完成，保證了防汛設(shè)施在汛前準(zhǔn)備到位。異地飛檢應(yīng)用場(chǎng)景見圖2。

圖2 異地飛檢

4.2 即時(shí)討論會(huì)商

作為傳統(tǒng)視頻會(huì)商的重要補(bǔ)充手段，即時(shí)討論會(huì)商采用云視頻會(huì)議方式，支持正式會(huì)場(chǎng)、個(gè)人電腦、筆記本、手機(jī)等設(shè)備的接入，隨時(shí)召集、參與會(huì)議，音視頻清晰流暢，且不受場(chǎng)地、線路和環(huán)境的影響。會(huì)議過程中參會(huì)者可靈活調(diào)整視頻觀看布局，接收或共享發(fā)送演示文檔，便于即時(shí)與各參會(huì)人員討論。即時(shí)討論會(huì)商應(yīng)用場(chǎng)景見圖3。

圖3 即時(shí)討論會(huì)商

4.3 險(xiǎn)情現(xiàn)場(chǎng)指揮

山洪、泥石流、堰塞湖等水利系統(tǒng)突發(fā)事件大多發(fā)生在偏遠(yuǎn)地區(qū)，而現(xiàn)有的公網(wǎng)通信主要是依靠光纖通信網(wǎng)絡(luò)，極易受到災(zāi)害影響而中斷，且恢復(fù)通信需耗費(fèi)大量時(shí)間。移動(dòng)衛(wèi)星通信車或便攜式衛(wèi)星設(shè)備機(jī)動(dòng)靈活、可快速部署，能在各種惡劣環(huán)境下高效運(yùn)行工作，而且支持語音、視頻、數(shù)據(jù)的傳輸，險(xiǎn)情現(xiàn)場(chǎng)利用衛(wèi)星通信作為通信保障非常合適。圖4為應(yīng)急演練期間在水庫現(xiàn)場(chǎng)通過無人機(jī)采集視頻然后經(jīng)衛(wèi)星傳輸回長(zhǎng)江委的視頻畫面。

圖4 險(xiǎn)情現(xiàn)場(chǎng)指揮

衛(wèi)星通信網(wǎng)打通后，現(xiàn)場(chǎng)指揮部可利用視頻會(huì)議設(shè)備與后方指揮部進(jìn)行視頻會(huì)商，及時(shí)通過無人機(jī)或DV將現(xiàn)場(chǎng)圖片、視頻及采集到的各種數(shù)據(jù)傳送至指揮決策機(jī)構(gòu)，使后方指揮決策人員可直觀了解險(xiǎn)情現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)作出相關(guān)部署，大大提高險(xiǎn)情處置的效率。

4.4 臨時(shí)監(jiān)控架設(shè)

采用4G/5G無線傳輸方式，便于在野外任意位置臨時(shí)架設(shè)視頻監(jiān)控。監(jiān)控頭架設(shè)好后，通過網(wǎng)線連接4G/5G路由器，在路由器上安裝運(yùn)營(yíng)商SIM卡并經(jīng)過簡(jiǎn)單的參數(shù)配置后，即可將現(xiàn)場(chǎng)視頻傳輸回監(jiān)控平臺(tái)，無需租用昂貴的運(yùn)營(yíng)商專線，也無需復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配置，視頻傳輸清晰穩(wěn)定，滿足應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)視頻采集需求。

圖5為2020年9月長(zhǎng)江委赴川滇藏交界的巴塘水文站，在修復(fù)水毀衛(wèi)星小站的同時(shí)，通過架設(shè)2個(gè)視頻監(jiān)控?cái)z像頭和4G路由器，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻傳輸回長(zhǎng)江委，為了解站點(diǎn)水位情況提供了直觀數(shù)據(jù)。

圖5 臨時(shí)監(jiān)控架設(shè)

4.5 設(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)獲取

對(duì)于無人值守站點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的維護(hù)和狀態(tài)獲取尤為重要，不僅可實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的健康情況，也便于及時(shí)重啟設(shè)備以恢復(fù)正常工作狀態(tài)。圖6為汛期采用太陽能供電的監(jiān)控站點(diǎn)的實(shí)時(shí)電壓電流狀態(tài)獲取結(jié)果。

采用IoT技術(shù)，通過4G路由器提供的無線傳輸信道，可建立遠(yuǎn)程串口通道，在服務(wù)器上部署相關(guān)應(yīng)用程序，定時(shí)獲取設(shè)備端傳輸?shù)碾妷?、電流?shù)據(jù)，了解電池容量和充電電流。在發(fā)現(xiàn)電池欠壓時(shí)，還可通過控制電源開啟關(guān)閉、減少云臺(tái)運(yùn)動(dòng)等方式減小電源損耗，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

圖6 設(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)獲取

5 結(jié)語

移動(dòng)互聯(lián)和應(yīng)急通信技術(shù)的加入，為視頻會(huì)商和視頻監(jiān)控提供了更加便利、靈活且可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，使會(huì)商和監(jiān)控的形式多樣化，傳統(tǒng)視頻會(huì)商和視頻監(jiān)控得到了有效補(bǔ)充和延伸。2020年入汛后先后發(fā)生5次編號(hào)洪水，而借助基于移動(dòng)互聯(lián)和應(yīng)急通信技術(shù)的視頻會(huì)商和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的高效密集商討調(diào)度和實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程監(jiān)督，長(zhǎng)江流域汛前檢查工作準(zhǔn)備充足，應(yīng)急演練工作成效良好，防汛調(diào)度工作開展得有條不紊，且有效落實(shí)了調(diào)令下達(dá)工作，確保了防汛抗旱工作取得階段性勝利。

近年來，長(zhǎng)江流域多次舉行跨專業(yè)、跨系統(tǒng)的應(yīng)急演練，利用衛(wèi)星通信和移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)作為通信手段進(jìn)行會(huì)商取得了良好的效果，為可能發(fā)生的實(shí)戰(zhàn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。未來將擴(kuò)大移動(dòng)互聯(lián)和應(yīng)急通信技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用，讓系統(tǒng)延伸到采砂管理、工程監(jiān)管、水資源保護(hù)、水政執(zhí)法等各業(yè)務(wù)工作中，積極拓展系統(tǒng)的使用范圍，為長(zhǎng)江委內(nèi)各項(xiàng)業(yè)務(wù)提供強(qiáng)有力的支撐和保障。