可視化中控在電力應(yīng)急指揮中心的應(yīng)用

王文彬，王文革，楊 揚

(河南省電力通信自動化公司，河南 鄭州 450052)

近幾年來，局部惡劣天氣給電力的安全生產(chǎn)帶來巨大的挑戰(zhàn)。為了保障電力生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定運行，國家電網(wǎng)在2008年發(fā)布了《國家電網(wǎng)公司應(yīng)急指揮中心建設(shè)規(guī)范》，并以此為標(biāo)準在各級電力公司逐步建立起應(yīng)急指揮體系。應(yīng)急指揮中心包含了電力各相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)以及為各個系統(tǒng)提供支持的基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)?；A(chǔ)支撐系統(tǒng)包括綜合布線系統(tǒng)、拾音及擴聲系統(tǒng)、視頻采集及顯示系統(tǒng)、會議電視及會議電話系統(tǒng)、通信與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)等。電力應(yīng)急指揮涵蓋的系統(tǒng)多、交互性強，涉及大量信號的接入、組織和投送。需要對多種終端、信號交換和處理設(shè)備、展示終端、以及環(huán)境設(shè)施進行控制。針對不同的事故、不同的工作模式、處置流程中不同的階段，需要關(guān)注的信息和組織方式是不一樣的，而需要使用的指揮中心設(shè)施也不一樣。要實現(xiàn)這些功能主要依靠中控系統(tǒng)實現(xiàn)。

現(xiàn)在應(yīng)急指揮中心中控系統(tǒng)接入的系統(tǒng)包括大屏幕、RGB矩陣、AV矩陣、會場攝像機、會場燈光、麥克、窗簾控制、數(shù)字機頂盒、DVD等設(shè)備。在使用過程中中控系統(tǒng)采用多級菜單的操作方式，對于一些需要并發(fā)處理的設(shè)置，往往有些力不從心，操作人員處理起來有些手忙腳亂。特別是一些大型反事故演習(xí)的現(xiàn)場操作，往往需要多次練習(xí)、周密計劃，才能達到比較好的效果，這樣對操作人員提出了更高的要求，增加了工作難度。根據(jù)實際應(yīng)用需要，對現(xiàn)有中控系統(tǒng)進行升級改造，提高智能化水平、增加并發(fā)處理能力，擴展模式記憶功能，使系統(tǒng)能按預(yù)先設(shè)定的模式進行自動的組合，還應(yīng)具有各種信號的預(yù)覽功能，在信號投放前提前預(yù)覽，保證應(yīng)用效果。

1 中央控制系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)是對聲、光、電等各種設(shè)備進行集中控制的設(shè)備[1－4]。它常應(yīng)用于多媒體教室、多功能會議廳、指揮控制中心、智能化家庭等，用戶可通過控制面板、計算機、觸摸屏等設(shè)備，通過系統(tǒng)軟件控制投影機、展示臺、影碟機、錄像機等設(shè)備。中控系統(tǒng)按各部分功能一般可以分為本地界面層、網(wǎng)絡(luò)控制層、處理運算層、功能模塊層和用戶設(shè)備層。應(yīng)急中心中控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 應(yīng)急中心中控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本地界面層主要包括控制面板、觸摸屏等，它是人機交互的界面，一般通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，在界面層可以預(yù)先設(shè)定一些場景，通過一鍵完成場景設(shè)置。網(wǎng)絡(luò)控制層利用有線和無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各個設(shè)備硬件的互聯(lián)。處理運算層是中控系統(tǒng)的中樞，系統(tǒng)所有的控制數(shù)據(jù)流、控制代碼、計算、存儲、輸入輸出信息都在該層完成。功能模塊層介于用戶設(shè)備層和處理運算層之間，包括調(diào)音模塊、調(diào)光模塊、紅外模塊、輸入輸出模塊和通信模塊等。用戶設(shè)備層主要指用戶購置的強弱電、影音、顯示、數(shù)碼設(shè)備等。

應(yīng)急中心中央控制系統(tǒng)接入的受控設(shè)備包括聲音控制、燈光控制、窗簾、幕布、投影機、等離子屏、視頻矩陣、攝像機、DVD、機頂盒等，通過手持無線觸摸屏可以實現(xiàn)控制，操作人員坐在觸摸屏前，便可操作整個系統(tǒng)。

中控系統(tǒng)通過控制界面實現(xiàn)了設(shè)備間的通信和集中控制，其核心設(shè)備是中控主機，一般采用內(nèi)嵌的處理器，可編程邏輯電路，提供RS－232接口、紅外發(fā)射接口和數(shù)字輸入輸出控制口，還包括繼電氣控制接口、網(wǎng)絡(luò)控制接口。中控一般都具備以下功能:具有良好的人機界面，可以迅速高效地控制應(yīng)急中心的各種設(shè)備。具有多種控制接口，包括以太網(wǎng)、RS－232、RS－485、紅外、射頻等。中控系統(tǒng)支持多種信號源和多種顯示方式。

目前中控系統(tǒng)的主流產(chǎn)品都是將被控設(shè)備簡單地集成到一起，設(shè)備越多系統(tǒng)越龐大，只有專業(yè)人員才會使用這樣的系統(tǒng)。而且在應(yīng)急指揮時，它需要同時實現(xiàn)多設(shè)備、多信號的控制，中控系統(tǒng)從邏輯上都無法實現(xiàn)。傳統(tǒng)中控系統(tǒng)的擴展性不強，如果要接入新設(shè)備，需要中控廠家對系統(tǒng)進行重新開發(fā)。筆者在使用過程中覺得中控系統(tǒng)不能預(yù)覽所操作的信號，使控制人員對操作效果無法控制;傳統(tǒng)的中控系統(tǒng)操作界面比較單一，基本上是多層菜單的形式，需要專業(yè)人員經(jīng)過培訓(xùn)才行，而且還缺乏并行處理能力，在進行特定場景設(shè)置時效率比較低，不能根據(jù)應(yīng)急預(yù)案的要求，自定義批量操作，滿足應(yīng)急指揮多、快、準的應(yīng)用需求。因為硬件集成和操作設(shè)計上的局限，使依靠應(yīng)急中心硬件系統(tǒng)本身，很難解決這些問題。為了解決這樣的應(yīng)用困局，發(fā)揮應(yīng)急指揮中心的真正價值，需要建設(shè)可視化的智能中控系統(tǒng)。

2 可視化智能中控系統(tǒng)

電力應(yīng)急指揮涉及大量的信號接入，傳統(tǒng)的中控系統(tǒng)已無法完全滿足實際應(yīng)用的需要。新的可視化智能控制系統(tǒng)整合了指揮中心的中控系統(tǒng)、大屏幕系統(tǒng)、視頻信息和計算機顯示信息，為突發(fā)事故應(yīng)急提供一個現(xiàn)代化的平臺，提高應(yīng)急指揮中心的運行能力，保證對突發(fā)應(yīng)急事故的快速響應(yīng)。因此，可視化智能控制系統(tǒng)應(yīng)該具有以下7個特征:1)可視化智能中控系統(tǒng)不僅要對會場各設(shè)備實現(xiàn)集成，還要在不影響操作便捷性的原則下，發(fā)揮各個設(shè)備的各項功能;2)可視化智能中控系統(tǒng)要具備易擴展性。會場增加新設(shè)備時，非專業(yè)人員也能夠通過簡單的配置就將新設(shè)備接入控制系統(tǒng);3)系統(tǒng)要能夠使控制人員在控制信號前，知道信號的狀態(tài)，比如投放某路視頻信號或者計算機信號前，能先預(yù)覽此信號是否正常，保證投放的準確性;4)系統(tǒng)必須是一個開放的系統(tǒng)。它不僅要能夠調(diào)用別的系統(tǒng)或者給別的系統(tǒng)發(fā)送命令，還要支持被別的系統(tǒng)調(diào)用。通過和其他系統(tǒng)的聯(lián)動實現(xiàn)使用者所需要的整體應(yīng)用;5)系統(tǒng)能夠基于應(yīng)急指揮的預(yù)案或者腳本，進行預(yù)定義模式，實現(xiàn)一鍵式信號的選擇、組織和展示功能;6)可視化智能中控系統(tǒng)將指揮中心及支撐設(shè)施形象化、直觀化，使操作人員能夠直觀的進行相關(guān)操作，不用具備專業(yè)的硬件知識;7)指揮過程硬件控制一體化，對指揮場景的多硬件實現(xiàn)聯(lián)動控制，減少演練過程中的設(shè)備控制人員，提高事件的快速響應(yīng)能力，通過和各軟件系統(tǒng)的聯(lián)動，實現(xiàn)應(yīng)急指揮中心應(yīng)用軟硬件一體化。

為了實現(xiàn)項目的這些目標(biāo)，可視化智能中控系統(tǒng)應(yīng)該滿足3個可視化:1)是場景可視化，將整個控制室制作成為高仿真的3D場景，作為應(yīng)用聯(lián)動智能控制系統(tǒng)的主要操作界面，通過鼠標(biāo)和鍵盤實現(xiàn)對三維場景的視角變化操作。三維場景中的各設(shè)備通過操作，能夠根據(jù)各設(shè)備的情況進行相應(yīng)的動畫，能夠直接在三維場景中對各可控設(shè)備進行操作，操作內(nèi)容和設(shè)備的情況相符合;2)信號可視化，所有的信號包括計算機信號、視頻信號在控制端即可實現(xiàn)實時預(yù)覽，并可同時進行多路信號的預(yù)覽，信號可通過拖拽到三維場景實現(xiàn)投放?？刂剖业男盘柾斗徘闆r能在三維場景中實時看到;3)流程可視化，在電力公司中，大部分的應(yīng)急處置都制定了相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)急演練也有詳細的應(yīng)急演練腳本，所以可視化智能控制系統(tǒng)應(yīng)將預(yù)案或者腳本以流程化的方式對應(yīng)急處置或者應(yīng)急演練過程予以展現(xiàn)和技術(shù)支持。

可視化智能控制系統(tǒng)采用3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)，基于真實的環(huán)境仿真三維模型，作為應(yīng)用聯(lián)動智能控制系統(tǒng)的主操作界面，通過服務(wù)器實現(xiàn)了多路視頻信號和計算機信號預(yù)覽，保證了投放信號的準確性，可視化智能控制系統(tǒng)通過程序?qū)崿F(xiàn)對會場設(shè)備狀態(tài)的預(yù)定義，一鍵式調(diào)用，滿足會場的日常應(yīng)用，系統(tǒng)將長時間的、復(fù)雜的控制過程預(yù)案化、流程化，實現(xiàn)一鍵式的流程控制。

3 可視化智能中控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能

可視化智能中控系統(tǒng)與傳統(tǒng)中控系統(tǒng)相比突出體現(xiàn)了可視化控制、智能化應(yīng)用、良好的并發(fā)性、易于擴展和狀態(tài)預(yù)定義性。系統(tǒng)將整個控制設(shè)備及應(yīng)用以分層結(jié)構(gòu)予以邏輯化，整個系統(tǒng)邏輯分層如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)邏輯分層

通過分層結(jié)構(gòu)，能使系統(tǒng)適應(yīng)絕大多數(shù)的控制室需要，并通過在各層的擴容或選擇來實現(xiàn)對具體某控制室的自定義化，以最優(yōu)的效率來實現(xiàn)控制。

可視化智能中控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)分為4層，最底層是操作系統(tǒng)層，運行主流的操作系統(tǒng)，然后是存儲層用來存儲本地文件，平臺層是為整個系統(tǒng)提供框架支撐，包括開發(fā)所需的框架如 java，.net等，以及用于3D設(shè)計的VRML，3DMAX等。最上層是應(yīng)用層，在這一層實現(xiàn)三維展示與控制、現(xiàn)場導(dǎo)播、預(yù)案管理以及系統(tǒng)維護。系統(tǒng)對各個被控設(shè)備建立基于功能特點的業(yè)務(wù)模型，設(shè)備的控制協(xié)議包含在這個模型里，基于這個模型，系統(tǒng)可以實現(xiàn)對設(shè)備的狀態(tài)判斷、定義和改變。在此基礎(chǔ)上，建立整個控制室狀態(tài)的業(yè)務(wù)模型，實現(xiàn)控制室狀態(tài)的預(yù)定義和執(zhí)行。

軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)的三維可視化場景是系統(tǒng)信息的主要載體和用戶的主要操作界面，系統(tǒng)可采用3D MAX和Virtools技術(shù)[5]相結(jié)合的三維場景開發(fā)方法。應(yīng)用3D MAX構(gòu)建指揮中心的3D模型和3D場景，利用Virtools平臺的行為控制功能對指揮中心的3D模型進行動態(tài)交互。具體過程是先利用3D MAX創(chuàng)建指揮中心的三維場景模型，再利用MAX2Virtools導(dǎo)出插件將MAX下的模型導(dǎo)入到Virtools下，在利用Virtools下的行為控制模塊實現(xiàn)漫游功能，實現(xiàn)如行走、轉(zhuǎn)向、后退等操作，為用戶提供高度虛擬現(xiàn)實的三維操作場景。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層協(xié)議基于標(biāo)準化的TCP/IP協(xié)議，數(shù)據(jù)基于本地存儲，采用XML文件形式存放;系統(tǒng)通過底層接口開發(fā)接入大屏幕系統(tǒng)，對其實現(xiàn)有效控制，系統(tǒng)需要配置高性能服務(wù)器，保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

可視化智能控制系統(tǒng)主要的功能有:

1)高仿真三維模型

三維指揮場景作為系統(tǒng)的主要操作界面，以虛擬現(xiàn)實的手段為用戶提供直觀的操作。三維場景可以根據(jù)用戶的需要改變觀察視角，系統(tǒng)支持通過三維場景中的設(shè)備模型對實際設(shè)備進行操作，三維設(shè)備模型與實際設(shè)備相對應(yīng)，針對不同設(shè)備具有不同的遙控器可進行操作，同時具有設(shè)備信號源定位、拖拽投放信號等功能。

2)拼接屏管理

可通過可視化智能控制系統(tǒng)對大屏進行開關(guān)機控制，具有對大屏模式的管理功能，支持不同模式的自由編輯、保存、刪除，能夠快速調(diào)用模式，支持自定義臨時模式投放功能，可臨時定義模式進行自由投放，支持AV信號、RGB信號、網(wǎng)絡(luò)信號向大屏的投放，支持從信號源列表、預(yù)覽窗口、三維設(shè)備模型等多種方式向大屏投放信號，支持在三維大屏中對信號源進行圖像和文字查看。

3)設(shè)備控制管理

應(yīng)用聯(lián)動智能控制系統(tǒng)可對應(yīng)急中心內(nèi)攝像機、視頻切割器、有線電視、DVD、RGB矩陣、視頻矩陣、視頻會議信號等多種設(shè)備或信號實行控制和投放，系統(tǒng)內(nèi)置各設(shè)備控制面板，可直接對設(shè)備進行操作?？蓪尤隦GB矩陣的工作站信號，以及接入視頻矩陣的視頻會議、有線電視等信號進行快速投放。

4)信號預(yù)覽

系統(tǒng)提供對視頻信號和RGB信號的預(yù)覽功能，能同時對多路視頻信號和多路RGB信號進行預(yù)覽，并且支持預(yù)覽窗口向輸出設(shè)備進行信號拖動投放。

5)場景快照管理

對于經(jīng)常使用的會場模式，系統(tǒng)提供場景快照管理滿足應(yīng)用需要。通過本功能將需要使用的會場各設(shè)備包括拼接屏、燈光、投放信號狀態(tài)保存下來，在使用時，直接調(diào)用需要的場景即可瞬間完成整個會場設(shè)置，能在多個場景快照間迅速切換，并提供場景快照的修改、刪除和預(yù)覽功能。

6)導(dǎo)播方案管理

導(dǎo)播方案管理可以實現(xiàn)流程化控制，該功能包括導(dǎo)播方案管理和導(dǎo)播流程圖管理。導(dǎo)播方案管理是根據(jù)實際需要對使用流程進行分類，在此基礎(chǔ)上進行流程設(shè)計，方便管理和使用。導(dǎo)播流程圖管理是根據(jù)使用的情況，將不同的場景以流程的方式編輯起來，等待正式使用時進行調(diào)用。

7)PPT應(yīng)用聯(lián)動控制功能

應(yīng)用聯(lián)動智能控制系統(tǒng)具備和其他應(yīng)用系統(tǒng)的聯(lián)動功能，因為PPT是在會場常用的應(yīng)用程序，所以將PPT應(yīng)用聯(lián)動控制作為系統(tǒng)的標(biāo)準功能之一。

通過PPT，能夠?qū)崿F(xiàn)PPT和PPT聯(lián)動，PPT和信號聯(lián)動，PPT和場景快照聯(lián)動。

8)移動終端控制功能

為了滿足匯報、講解及日常應(yīng)用的需求，可視化智能控制系統(tǒng)還具備了移動終端控制功能。通過移動控制終端，不僅能進行基本的如信號投放、設(shè)備控制、場景快照、導(dǎo)播流程功能，還通過和大屏的交互，實現(xiàn)大屏信號實時回顯、大屏圖像標(biāo)注、大屏信號直接控制等功能。

9)系統(tǒng)維護管理

系統(tǒng)管理模塊能對系統(tǒng)的預(yù)案流程進行日志查詢，提供系統(tǒng)管理員對設(shè)備信號數(shù)據(jù)的維護管理功能。

10)信號源管理

信號源管理能對現(xiàn)有信號進行重命名、類別設(shè)置、分組管理等維護，可對新接入的信號進行添加和維護，并支持將場景內(nèi)設(shè)備模型與實際信號進行關(guān)聯(lián)。

4 小結(jié)

會議中央控制系統(tǒng)將向著智能控制系統(tǒng)的方向發(fā)展，它將融合人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等。中控系統(tǒng)首先應(yīng)具有智能性，不但具有自動感應(yīng)和聯(lián)動功能，還應(yīng)具有設(shè)備偵測功能，能發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常并及時告警。中控系統(tǒng)應(yīng)具有更強大的通信功能和多種接口，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行組態(tài)，使擴展更加方便。為了便于控制人員操作應(yīng)具有更加友好的人機界面和并發(fā)處理能力。中控系統(tǒng)是整個會議系統(tǒng)的控制中樞，必須具有很強的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的控制主機宜采用雙主控結(jié)構(gòu)，具有雙機熱備的功能，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。同時中控系統(tǒng)可通過軟件對各受控設(shè)備定義保護程序，延長設(shè)備使用壽命，可對各類防盜、防火等系統(tǒng)作智能集中管理，一有報警信號，系統(tǒng)就可自動對受控設(shè)備作緊急處置。

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