顧 禹,朱 政,李美玲

(中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院,北京 100094)

隨著經(jīng)濟(jì)上行,全國(guó)違法活動(dòng)面寬、線廣,不同地區(qū)面對(duì)的違法活動(dòng)不同,所面臨的執(zhí)法目標(biāo)也不同,面對(duì)違法活動(dòng)危險(xiǎn)性大,不確定因素多,任務(wù)靈活多變等特點(diǎn),目前國(guó)內(nèi)外執(zhí)法部門,多采用執(zhí)法記錄儀等單一傳感器作為前出傳感器獲取語音、視頻等信息,執(zhí)法記錄儀不具備隱蔽執(zhí)法,獲取警力身體狀況的能力,依靠商用4G通信手段作為通信橋梁,依托單一運(yùn)營(yíng)商通信,不具備多網(wǎng)融合調(diào)度能力,不具備全國(guó)大范圍執(zhí)法活動(dòng)的開展條件。

為此,在現(xiàn)階段,本著解決急需問題,不搞重復(fù)建設(shè)的要求,提出一種基于多傳感器集成作為信息獲取的技術(shù)手段,多網(wǎng)融合調(diào)度作為指揮橋梁,全域應(yīng)急指揮作為最終目的集群指揮系統(tǒng),提升執(zhí)法部門的整體指揮執(zhí)法能力。

作者針對(duì)執(zhí)法任務(wù)指揮的難點(diǎn),采用系統(tǒng)工程的方法[1],開展頂層設(shè)計(jì),構(gòu)建一個(gè)全集全要素的執(zhí)法系統(tǒng)。該系統(tǒng)為執(zhí)法部門在行動(dòng)階段提供信息獲取、指揮調(diào)度、通信保障、后臺(tái)數(shù)據(jù)處理分析等能力,從執(zhí)法部門的裝備存量到增量統(tǒng)籌協(xié)調(diào)設(shè)計(jì),滿足執(zhí)法部門長(zhǎng)期發(fā)展需要,并保證一段時(shí)期內(nèi)的先進(jìn)性。

1 集群指揮系統(tǒng)工作原理

集群指揮系統(tǒng)采用云服務(wù)架構(gòu)[2],以存儲(chǔ)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和計(jì)算服務(wù)器構(gòu)成的服務(wù)器群為基礎(chǔ),接入視頻服務(wù)器,應(yīng)用項(xiàng)目專屬研制的公網(wǎng)TD-LTE技術(shù)通信服務(wù)的多網(wǎng)融合通信調(diào)度管理服務(wù)器,北斗指揮通信網(wǎng)構(gòu)成云服務(wù)平臺(tái)[3-4]。在應(yīng)用層面以搭載不同平臺(tái)的執(zhí)法信息處理終端作為客戶端,支持開放架構(gòu)協(xié)議,可根據(jù)任務(wù)需求靈活集成攝像望遠(yuǎn)鏡、智能眼鏡、遠(yuǎn)距離語音獲取設(shè)備等傳感器,集指揮調(diào)度,信息通信,信息處理,綜合顯示,任務(wù)規(guī)劃為一體,通過指揮中心局域網(wǎng)、公網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、北斗通信網(wǎng)絡(luò),集成為開放式云服務(wù)架構(gòu),形成多客戶端/多服務(wù)器工作模式[5]。

在云服務(wù)架構(gòu)中,客戶端可靈活分配,客戶端數(shù)量根據(jù)執(zhí)法需求增加或減少,客戶端功能通過加載或運(yùn)行不同的顯控程序配置為不同用途的執(zhí)法終端,原理如圖1所示。

圖1 集群指揮系統(tǒng)工作原理

2 集群指揮系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

集群指揮系統(tǒng)軟件開發(fā)的總體架構(gòu)應(yīng)遵循構(gòu)件化的架構(gòu),其中,核心層采用成熟的商用操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng);中間層采用構(gòu)件式的控件,鏈接核心層和應(yīng)用層,為應(yīng)用層管理軟件、地圖影像態(tài)勢(shì)顯示軟件[6]、信息處理分析軟件、視頻監(jiān)控處理軟件等提供后臺(tái)服務(wù);應(yīng)用層軟件可根據(jù)實(shí)際使用情況,部署在警力模塊、車載模塊、指揮模塊的執(zhí)法終端、指揮臺(tái)、視頻顯示設(shè)備、信息處理服務(wù)器等如圖2所示。

圖2 集群指揮系統(tǒng)總體架構(gòu)

1) 核心層

核心層是系統(tǒng)的公用基礎(chǔ)支撐,包括Windows計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、Linux服務(wù)器操作系統(tǒng)、Android移動(dòng)終端操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、Mysql數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)等。

2) 中間層

中間層是用戶應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)平臺(tái),與應(yīng)用無關(guān),屏蔽硬件設(shè)施和操作系統(tǒng)差異,為用戶提供中間件平臺(tái)(即設(shè)備支持中間件),同時(shí)為其提供部分公共服務(wù)中間件(即通用支撐中間件)。設(shè)備支持中間件包括設(shè)備管理器、窗口管理及可視化控件、專用操控模塊消息中間件、綜合圖形圖像顯示、表頁顯示、故障診斷測(cè)試。通用支撐中間件包括態(tài)勢(shì)顯示、多層疊加顯示、數(shù)據(jù)訪問中間件、消息中間件。

3) 應(yīng)用軟件層

警力模塊包括視頻、語音通信軟件、態(tài)勢(shì)可視化軟件、通用集成框架軟件、傳感器管理軟件、通信資源管理軟件等。

車載模塊包括視頻、語音通信軟件、態(tài)勢(shì)可視化軟件、通用集成框架軟件、傳感器管理軟件、通信資源管理軟件、二級(jí)權(quán)限指揮調(diào)度軟件、警戒入侵報(bào)警軟件、人臉識(shí)別軟件、語音識(shí)別軟件、警力數(shù)據(jù)庫管理軟件、方案擬制軟件、故障診斷軟件。

指揮模塊應(yīng)用軟件包括視頻、語音通信軟件、基于地圖影像系統(tǒng)態(tài)勢(shì)可視化軟件、一級(jí)權(quán)限指揮調(diào)度軟件、警戒入侵報(bào)警軟件、人臉識(shí)別軟件、語音識(shí)別軟件、警力管理軟件、器材管理軟件、方案擬制軟件。

3 多傳感器信息集成設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用多種傳感器,如攝像望遠(yuǎn)鏡、智能眼鏡、智能手環(huán)、遠(yuǎn)程語音獲取設(shè)備、穿墻雷達(dá)探測(cè)儀、隔墻偵聽設(shè)備,由于上述設(shè)備均是市場(chǎng)上成熟貨架產(chǎn)品,因此需要軟件工程師進(jìn)行二次開發(fā)。對(duì)涉及傳感器進(jìn)行逐一梳理分析,按照數(shù)據(jù)傳輸方式分為USB、有線網(wǎng)口、藍(lán)牙、WIFI。按照數(shù)據(jù)傳輸類型分為視頻、語音、短消息、定位、指揮命令交互信息等多種數(shù)據(jù)格式,針對(duì)不同傳感器的傳輸方式和數(shù)據(jù)格式的特點(diǎn)提出多傳感器集成技術(shù),設(shè)計(jì)傳感器信息集成模塊,以滿足多源數(shù)據(jù)集成使用需求[7-9],如圖3所示。

圖3 傳感器信息集成模塊

該模塊各個(gè)傳感器的接口需要進(jìn)行二次開發(fā),統(tǒng)一設(shè)計(jì),接入信息集成模塊。將視頻統(tǒng)一編碼標(biāo)準(zhǔn)的H.264碼流和音頻流統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為PCM格式。將定位信息、指揮命令、生命體征信息等以UDP數(shù)據(jù)報(bào)的格式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分發(fā),確保集群指揮中心各個(gè)節(jié)點(diǎn)接收,完成信息綜合處理,為指揮員任務(wù)指揮提供輔助決策支撐。

4 集群指揮系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

集群指揮系統(tǒng)由指揮模塊、車載信息綜合處理終端、警力模塊組成。警力模塊將多種具有特定能力的傳感器及設(shè)備進(jìn)行有機(jī)組合,通過靈活集成配置,使其具備多種信息偵聽獲取能力,輔助4G、北斗定位、衛(wèi)星通信等手段,確保任何地區(qū)均可通信,按需定制開發(fā)專屬軟件APP,滿足信息獲取、態(tài)勢(shì)顯示、通信資源管理、視頻語音通信,其通常由警力背負(fù);指揮中心分兩級(jí),具備一級(jí)指揮權(quán)限可調(diào)度所有資源、器材、人員分配管理,能夠擬制任務(wù)執(zhí)行方案,下發(fā)任務(wù)指揮命令,作為云平臺(tái)的部署端,提供大數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù),通過有線網(wǎng)接入指揮通信網(wǎng)絡(luò),其部署于固定指揮中心;指揮車作為二級(jí)指揮權(quán)限可調(diào)度所屬任務(wù)警力,通過無線的方式整合多種通信資源,具備視頻通信管理、態(tài)勢(shì)顯示、指揮調(diào)度功能,在與指揮中心斷網(wǎng)時(shí),可離線完成視頻、數(shù)據(jù)、人臉識(shí)別、語音識(shí)別對(duì)比等信息分析處理,隨時(shí)調(diào)整任務(wù)執(zhí)行方案,以適應(yīng)執(zhí)法行動(dòng)中突發(fā)的各類狀況[10]。系統(tǒng)組成如圖4所示。

圖4 集群指揮系統(tǒng)模塊組成

1) 信息獲取功能主要由警力和車載模塊的各類傳感器的信息采集實(shí)施,采集執(zhí)法現(xiàn)場(chǎng)的視頻、語音和位置信息,形成執(zhí)法態(tài)勢(shì),供指揮決策使用。

2) 指揮功能根據(jù)任務(wù)配置相應(yīng)數(shù)量及種類平臺(tái),搭載在指揮中心、執(zhí)法車上,根據(jù)執(zhí)法態(tài)勢(shì),突發(fā)情況,可對(duì)行動(dòng)的兵力部署進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃、監(jiān)控和調(diào)度,對(duì)行動(dòng)的執(zhí)行單元進(jìn)行指揮。

3) 信息傳輸功能主要依托公網(wǎng)通信多家運(yùn)營(yíng)商、北斗衛(wèi)星通信,實(shí)現(xiàn)通信融合,保障任何天氣、環(huán)境下均可不間斷通信及信息傳輸?shù)臅r(shí)效性[11]。

4) 信息處理對(duì)獲取的信息進(jìn)行人臉識(shí)別、車牌識(shí)別、語音分析對(duì)比,實(shí)現(xiàn)信息的有效利用,為指揮員下一步行動(dòng)提供輔助決策。

5) 建立各類信息庫,包括嫌疑犯人臉/語音特征數(shù)據(jù)庫、集群車輛信息庫、集群警員基本信息庫、任務(wù)執(zhí)行信息庫、器材管理信息庫等。

5 集群指揮系統(tǒng)工作方式

集群指揮系統(tǒng)的典型工作方式分為指揮工作流程和執(zhí)法工作流程。

5.1 集群指揮系統(tǒng)指揮工作流程

執(zhí)法行動(dòng)指揮調(diào)度戰(zhàn)位設(shè)在指揮模塊的指揮中心。在執(zhí)法行動(dòng)前,首先根據(jù)任務(wù)性質(zhì)、規(guī)模進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃,確定參加任務(wù)的集群成員,及使用設(shè)備并進(jìn)行設(shè)備登錄實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證。根據(jù)執(zhí)行任務(wù)區(qū)域的通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量,自適應(yīng)選擇通信信道,確定指揮關(guān)系,并進(jìn)行任務(wù)計(jì)劃傳達(dá)。各協(xié)同警力按照任務(wù)規(guī)劃要求,確立自己身份,建立指揮關(guān)系[11]。

執(zhí)行任務(wù)的警力攜帶綜合執(zhí)法套件,前出到辦案區(qū)域。根據(jù)任務(wù)前的設(shè)定,若執(zhí)勤執(zhí)法車具有二級(jí)指揮權(quán)限,則對(duì)所轄警力通過語音進(jìn)行指揮,調(diào)取所轄警力獲得的視頻,監(jiān)視各警力的位置、生命特征參數(shù),掌握?qǐng)?zhí)法行動(dòng)進(jìn)程。

指揮中心具有一級(jí)指揮權(quán)限,根據(jù)任務(wù)規(guī)劃,實(shí)施單級(jí)指揮或多級(jí)指揮。調(diào)取所轄警力獲得的視頻,監(jiān)視各警力的位置、生命特征參數(shù),掌握?qǐng)?zhí)法行動(dòng)進(jìn)程,如圖5所示。

圖5 集群指揮工作流程圖

5.2 集群指揮系統(tǒng)執(zhí)法工作流程

根據(jù)其他來源情報(bào),指揮中心部署兵力,通信調(diào)度部署,執(zhí)法車攜警力前出,對(duì)執(zhí)法行動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行部署和指揮,警力前出攜帶單警信息綜合處理終端、攝像望遠(yuǎn)鏡、GPS跟蹤器、手持雷達(dá)生命探測(cè)儀、便攜式語音信息獲取設(shè)備、光場(chǎng)相機(jī)、穿墻聲音探測(cè)儀等技偵設(shè)備,對(duì)可疑人員、可疑車輛進(jìn)行定位、聲音獲取、對(duì)嫌疑人數(shù)量進(jìn)行偵查、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行跟拍。系統(tǒng)將獲取的現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)與執(zhí)法車、指揮中心進(jìn)行報(bào)告,并將獲取的視頻、目標(biāo)位置進(jìn)行回傳。

指揮中心獲取視頻,識(shí)別軟件對(duì)視頻，語音嫌疑人和嫌疑車輛進(jìn)行識(shí)別,與庫存嫌疑人及嫌疑車輛進(jìn)行對(duì)比,若數(shù)據(jù)不存在,可補(bǔ)充數(shù)據(jù)庫,支撐新任務(wù)。若存在,確定嫌疑人及嫌疑車輛,通過集群內(nèi)部視頻會(huì)議、語音、短消息等手段,調(diào)度執(zhí)法車及單警行動(dòng)。對(duì)光場(chǎng)相機(jī)獲取的圖片信息進(jìn)行進(jìn)一步處理,保障執(zhí)法現(xiàn)場(chǎng)全方位監(jiān)控。集群執(zhí)法工作流程如圖6所示。

圖6 集群執(zhí)法工作流程圖

6 集群指揮系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

集群指揮系統(tǒng)作為新研系統(tǒng),具備一定領(lǐng)域創(chuàng)新性,在警用領(lǐng)域應(yīng)用以下關(guān)鍵技術(shù),解決了不同運(yùn)營(yíng)商多網(wǎng)融合問題、多傳感器信息集成問題、證據(jù)特征提取問題、指揮輔助決策問題。

1) 多網(wǎng)融合調(diào)度技術(shù)

公網(wǎng)通信受基站及環(huán)境影響較大。執(zhí)法行動(dòng)常在野外環(huán)境,這些地區(qū)普遍沒有4G基站,或4G基站覆蓋不到,終端網(wǎng)絡(luò)斷網(wǎng)或時(shí)斷時(shí)續(xù),語音視頻等傳輸會(huì)中斷,雖然有北斗作為備用通信手段,但北斗目前僅能傳遞短報(bào)文,當(dāng)云層較厚時(shí),通信能力影響也較大,極易造成指揮命令不通暢,目前警用執(zhí)法信息處理終端僅支持雙卡雙待,不支持三卡,且各個(gè)卡之間切換必須手動(dòng)完成,不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)快速切換,極易造成視頻、語音缺失,證據(jù)鏈不完整,應(yīng)用多網(wǎng)融合調(diào)度技術(shù),滿足不同網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)切換,將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接收的信息進(jìn)行融合處理。

2) 多傳感器信息集成技術(shù)

由于目前警用信息獲取能力單一,裝備單機(jī)單控,信息接口多樣,信息格式多樣,雖然獲取的證據(jù)種類較多，但信息量較大,時(shí)效性差,人工檢索工作量大,證據(jù)提取難度大,不能有效地利用起來,往往不能成為有效證據(jù)。為了解決該類問題,同時(shí)從多方面、多角度獲取完整的證據(jù)視頻、語音、數(shù)據(jù)等信息,需要多種傳感器配合使用,兼顧實(shí)時(shí)上傳,提出多傳感器信息集成技術(shù),統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信息格式,滿足多種通信方式實(shí)時(shí)上傳,為后端證據(jù)提取、行動(dòng)指揮提供全面輔助決策支撐。

3) 基于深度學(xué)習(xí)的證據(jù)特征提取技術(shù)

執(zhí)法數(shù)據(jù)信息量大,檢索工作量大,實(shí)時(shí)性要求高,為了提高證據(jù)效率,提出基于深度學(xué)習(xí)算法的證據(jù)提取技術(shù),作為指揮中心的核心大腦,實(shí)時(shí)處理前端警力上報(bào)的視頻、語音及數(shù)據(jù)信息,快速提取圖像人臉特征、車牌特征、語音特征、人員活動(dòng)軌跡,關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化信息,形成完整證據(jù)鏈,輔助指揮中心快速定位可疑車輛及人員,為下一步行動(dòng)方案提供決策支撐。

4) 基于地圖影像系統(tǒng)的指揮輔助決策技術(shù)

現(xiàn)階段指揮員行動(dòng)指揮主要依靠協(xié)同警力輔助對(duì)講通知、執(zhí)法記錄儀視頻回傳等手段,指揮效率低,不能實(shí)時(shí)統(tǒng)籌指揮現(xiàn)場(chǎng),掌握行動(dòng)態(tài)勢(shì),無法實(shí)現(xiàn)合理有效指揮,及時(shí)堵住嫌疑犯銷毀證據(jù),阻斷逃跑路線,這對(duì)行動(dòng)的成功影響較大。為解決該類問題,提出集群指揮輔助決策技術(shù),應(yīng)用地圖影像技術(shù),充分利用大數(shù)據(jù)的證據(jù)提取結(jié)果,結(jié)合執(zhí)法態(tài)勢(shì),快速有效下達(dá)偵查、追擊、抓捕等命令,確保犯罪分子及時(shí)歸案。

7 結(jié)束語

集群指揮系統(tǒng)已完成階段試用,在開展的專項(xiàng)行動(dòng)中,實(shí)現(xiàn)了其全部的設(shè)計(jì)功能。結(jié)果表明,該系統(tǒng)解決了跨區(qū)域,任務(wù)復(fù)雜多樣,不確定因素多,設(shè)備集成度低,指揮能力不足的難題,為多重執(zhí)法行動(dòng)任務(wù)的指揮提供有力支撐。

未來系統(tǒng)升級(jí)迭代主要面向人工智能大數(shù)據(jù)分析處理方向,兼容無人機(jī)、無人車等平臺(tái),依托5G技術(shù),新一代北斗通信手段,以及先進(jìn)的人工智能算法等將單警、車載、指揮中心打造成網(wǎng)絡(luò)化、立體化執(zhí)法平臺(tái),快速提升一線部隊(duì)的執(zhí)法自動(dòng)化水平,具有較好推廣價(jià)值。