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防灾减灾应急指挥中心的智能化系统
陈宏源 上海市民防办公室民防大厦筹建处 程大章 同济大学社区信息化与智能建筑研究中心   中国国民经济的健康发展加快了全国的城市化进程,但是随着城市的快速发展,灾害事故影响的全面性和综合性的特点越来越明显,因此城市的防灾减灾工作不仅关系到人民群众的生命财产安全,也关系到改善投资环境,这引起了各级政府的高度重视。将防汛、防火、抗震救灾、核化事故救援、重大交通事故救援的工作综合在一个机构进行应急指挥,能有效地预防重大事故的发生,降低事故造成的损失。于是,如何建设防灾减灾应急指挥中心成为近期智能建筑工程界的一个热点话题。    上海民防大厦是一座以民防指挥、信息、通信和民防办公为主的综合性办公楼。大厦总建筑面积5万m2,地下二层,地上31层,建筑高度为132.3m。30层是民防通信中心,31层是上海市民防救灾指挥中心。民防大厦智能化系统的总体方案经大量的调研,明确了设计定位和指导思想,其智能化系统的功能需求应能满足: 〇承担上海市抗灾救灾综合协调指挥的需要 〇21世纪办公的需要 〇面向社会,为公众服务的需要    因此,上海民防大厦的智能化系统的建设除了符合智能化办公楼的基本要求外,更针对防灾减灾应急指挥中心的特殊要求,刻意地进行了大量的研究与探索。 1 以系统集成模式确保防灾减灾应急指挥中心功能的实现    大厦智能化系统以确保防灾减灾应急指挥中心特殊的功能需求为前提,其集成模式成为并行的2层结构:由指挥中心、信息中心的OA系统和CN系统的综合通信平台、民防通信、警报系统等组成综合业务信息管理自动化系统集成(MAS),由与楼宇管理相关的系统如:BA、FA、SA、PA等单独构成一基于物业管理的楼宇管理系统(BMS)集成模式。系统结构如图1所示,其中OA5个子系统与CA6个子系统由MAS协调管理,BA5个子系统和物业管理网络由BMS管理。两者的数据库可以根据权限与需要互联。
图1 并行的二层结构集成模式
  这一特殊的分层次集成共存的优点为: 1.相对的独立性带来了系统集成与调试的简化,既兼顾了各自的重点,又减少了相互间的影响,从而保证开通率; 2.二个集成系统配置兼容的SQL数据库,使二者信息的共享成为可能,系统都具有良好的开放性; 3.为MAS集成系统中指挥、通信、信息等安全、保密提供了的物理隔绝,从而保障了安全性和可靠性。    目前,MAS系统集成相关的10个子系统已全部投入使用,保障了大厦的防灾减灾应急指挥中心专用办公的需要,BMS所属6个子系统已调试开通。 2 防灾减灾应急指挥中心专用系统 2.1 民防大厦的计算机网络系统    计算机网络系统将大厦内外的各类资源,如市政府各类相关信息系统、科技网及Internet等汇集在一起,并用于防灾减灾应急指挥,成为整个民防大厦的中枢。系统的设计从其专用性及特殊性出发,兼顾了可靠、先进、成熟、安全、经济、可扩展等要求。   计算机网络管理中心主机房设在30层,选用Bay Networks公司的网络产品。网络核心层由2台Centillion 100 ATM交换机组成,它将ATM交换、以太网交换、快速以太网交换、令牌网交换和FDDI交换集于一体,使用户在交换方式或共享方式、在不同的网络传输协议、在不同的传输介质中灵活地选择。系统采用全冗余、全网状的拓扑结构,其任何部分与期货部分的ATM交换带宽高达2×155Mbps;同时,每台交换机拥有3.2Gbps的ATM交换背板和7.2Gbps的模板交换。二台交换机总共可有20.8Gbps的ATM交换能力。两台Digital数据服务器以NT Cluster技术,通过双绞线冗余分别接至两台交换机的100M端口上,数据库平台为SQL Sever 6.5。    在重要楼层,采用Centillion 50 ATM/LAN为接人设备,作为部门级的ATM交换机,各带有2个155M的多模端口和16个100M以太端口。在某些楼层通过100M端口连接Baystack 450以太交换机,每台配有24个100M/10M交换端口。另外,通过光纤收发器连接Baystack 450,以满足大厦机关专用办公网络的需求。    为满足广域网的连接,系统配置一台ASN路由器,通过ISDN BRI模板,连接市政府和其他抗灾救灾专用信息网。由ASN的双10M以太模板,直接连接网络核心交换机,确保专用信息的通讯速度。远程访问服务器使用一台Bay Remote Annex 2000,通过10Mbps接入核心交换机,该服务器有16个异步接口,可提供160用户的PSTN拨号接人服务。网络系统选用国家公安部推荐使用的“华堂”防火墙,它运行在Linux操作系统上,使用三块网卡把网络分成外部子网、内部子网和共享子网,科技网由此安全接入。另接有Sun Ultra 60 Web服务器,提供Web、E-mail、FTP域名服务。 2.2 民防信息中心系统    民防信息中心系统作为上海市防灾减灾指挥的综合协调和指挥中心,需将市政府信息中心及来自公安、消防、地震、气象、事发现场等重要信息送至民防信息中心后,将这些各有关部门汇总的图象信息和相关数据信息及时进行分类、判别、处理,供决策指挥人员迅速掌握灾情,分析研究,决策指挥。系统既是民防大厦计算机网络系统的一个网段,又是一个相对独立的指挥局域网。主要由四部分组成: (1)显示和控制系统。指挥室大屏显示由3台高亮度背投影机、大屏控制器、RGB矩阵等组成。可显示视频信号、VGA信号、RGB信号,并实现分屏显示,拼接显示等。视频切换/控制矩阵系统为一套24×24的系统,用来切换控制本会议室4个摄像前端、一个高空了望前端,能与市政府联网调用其他的图象资源,并对可控前端进行PTZ控制。 (2)计算机信息系统 所有的系统管理控制都由一台高性能的中央控制计算机来完成。根据终端的请求,控制大屏显示系统MAX-1000系统和大屏控制器,可随意切换视频信号、VGA信号到大屏幕。 (3)桌面指挥系统 指挥室会议桌上每个位置均有电源插座、话筒卡座插口、RJ45电话插口、RJ45数据插口、VGA插口。会议管理系统包括中央管理单元、主席控制单元、会议代表单元、自动调音台、功放、音箱、喇叭等。可配合大屏显示系统实现音视频同步切换。 (4)监控系统 对大厦顶部20倍受焦的高空嘹望摄像机和室内6倍变焦摄像机进行PTZ控制。 2.3 民防大厦电视会议系统    按照“一次规划,分步建设”的原则,目前已建成可连接12个终端,最多可扩容至32个工作点的多点控制单元MCU、主会场系统(房间式384k ISDN)、二个分会场系统(房间式128k ISDN)。今后可扩展与其他会议电视网的级联以及大厦主会场系统、20个区县民防办分会场系统、大厦内部十个桌面系统。终端设备要求同时支持ISDN和LAN两种网络环境。    系统采用Picture Tel产品建立在Intel PC平台上,具有高性能、稳定、安全、可扩展优点。会议电视网采用星型结构,用ISDN进行网络连接。多点控制单元Montage 570能同时支持多个不同的电视会议,每个会议包含多个用户。有综合诊断、中心控制、三种图象切换方式、语音速率可调等功能。三个会议室选用Venue 2000 Model 50会议电视终端,另外选择文档摄像机传输静态实物资料和文件。桌面系统选用Picture Tel 550提供30帧/秒的高性能全动态图象质量。    系统支持H.243主席控制协议、能同时实时监视对方及本端会场情景,传输速率56~2048Kbps分级可调,并具有高质量的回声抑制、自动增益控制、画中画功能、主辅摄像机云台控制、自动调整光圈和焦距、视频满足H.261,QCIF或FCIF格式、多个视频I/O口、系统自检等功能。 2.4 民防大厦国际会议中心系统    大厦有8个会议室,可适用于多种类型国际国内会议、中小型研讨会和各类培训及学术活动,采用了集计算机、通讯、自动控制、多媒体图象、音响等技术于一体的会议自动化管理系统。主会议厅面积有302个席位,主席台设可移动席位8至10个和一个可移动立式演讲台。采用飞利浦公司DCN(数字式会议网络)系统,用简单的网络系统处理、传送数字信号。系统将会议发言、同声翻译、摄像、音响、大屏幕显示等各自独立的子系统有机地连接成一体,由计算机和AMX集成控制器根据需要选择各子系统的工作。系统的主席机、代表机由专用总线以串接方式连接至控制室的中央控制器(CCU),经调音台送到会场的主扩声系统。主会议厅设计4路同声传译通道,配置4台译员机转泽。主席台中央安装一台3048mm(120英寸)背投反射式投影机,具有宽视角和较高增益。采用美国AMX Axcents合并式中央控制器为核心的多媒体集成控制,通过触摸屏对会场的摄录放像、录音、投影、灯光、LD、MD、音响等设备进行控制。 2.5 综合通信平台系统    防灾减灾应急指挥中心的通信系统,是集成了有、无线通信调度,计算机网络应用,计算机实时控制,语音处理等内容的综合性系统,包括DS300调度机、数字录音系统、多路传真系统以及调度平台等。系统对于处理应急事件具有很强的统一调度和指挥功能,自动化程度高,具有一点对多点通信、有无线转换及调度灵活等特点。    系统核心是一套基于DS300调度机的设备,采用全套系统双备份。在调度机上配置的用户接口有普通用户电路和专线用户电路。环路中继接口连接各种不同的通信网,如电信网三个路由局、军网、市府政务网的ISDN接口的TA语音连接、2M数字中继接口与大厦用户程控交换机连接。    通信平台是独立的功能性局域网,采用C/S模式,所有的客户之间、客户与服务器之间的通信均采用通信服务器通道管理以及网络消息格式管理。系统的调度台系统有二个计算机调度台和一个调度通信服务器组成。调度台通过网络连接,用Win Socket网络通信的方式与设立在调度通信服务器的模块进行逻辑连接,以串行方式进行通信。    系统有8个通道的数字录音设备,由PC机控制2个硬盘为交替主/备存储介质。另有8个通道的多路传真设备,由PC机控制,一个硬盘作为传真文件存储介质,一个语音卡作为传真文件的信号接受、鉴别设备。 2.6 民防警报系统    利用民防有线通信网、无线通信网控制发放各种警报信号,并能插入广播、电视和利用公共通信网同步发放各种信号。系统包括警报终端、警报控制中心、数据库和信息管理、多媒体演示四个部分。警报控制系统数据库服务器与综合通信平台共享DEC服务器。在通信值班室和指挥中心值班室分别设立警报中央控制台,具有控制警报发送的功能。指挥中心控制台兼作系统的维护终端。系统通过有线和无线两种方式由公网与各区县的终端控制器进行双向通讯。    防灾减灾应急指挥中心专用系统集成了通信(包括有线、无线)、数据库、GIS等方面的技术,实现即寻呼方式、CDPD方式和Tel/ISDN方式下的警报发放功能。可靠性高,支持对远程警报设备和终端系统的检测功能,支持回视自动校时等功能。对警报信息采用动态加密,安全性和抗干扰性高。具有完善的数据库信息管理功能,包括警报信息、警报点信息、警报发送信息等。采用GIS显示和操纵警报处理,具有良好的用户界面。经过试运行,系统性能良好、运行稳定正常,有良好的可移植性和可扩展性。在上海市2000年警报试鸣演习中获得了良好的效果,基本符合新一代民防警报综合控制的需要,达到国内先进水平,在采用PDCD方式实现警报信息的发放和管理方面处于国内领先。 2.7 综合布线系统    采用模块化的组合方式,把话音、数据、图象等用统一的传输媒介进行综合,组成标准、灵活、开放的布线系统,能适应和支持通信及计算机网络,适合话音、数据计算机、局域网(LAN)、光纤分布数据接口(FDDI)、异步传输模式(ATM)、图象传输和其他连接的需要。系统为二级拓扑结构,由设备间、垂直主干、水平布线、工作区、电信间五个子系统组成。大区电脑总机房设在30层,电话总机房设在6层。设备间子系统中主要设备由总配线架及相关网络设备(HUB、服务器、交换机等)组成。数据主干采用6芯室内多模光纤,话音主干采用3类25对UTP接人每层的电信间配线架,形成星型拓扑连接方式。水平布线系统的数据和话音钢缆均为超5类4对非屏蔽双绞线,能支持超过100Mbps的高速传输。工作区信息插座选用西蒙最新的第三代MX型信息模块,总计3544个信息点。 3 楼宇管理系统集成    楼宇管理自动化系统(BMS)实现了对大厦设备总体运行的智能化综合管理。系统采用控制总线及现场总线两级网结构的集散控制方式,以及BACnet和LonMark标准通讯协议,使不同系统间的集成更方便。控制总线连接系统文件服务器,监控工作站等计算机系统,用于工作现场监视和现场数据汇总处理保存。现场总线连接数字式直接控制器( DDC)、现场智能传感器、执行器,用于现场设备的控制、调节。而控制总线与现场总线之间,利用网桥互联,实现现场数据的上造及人工操作指令的下传。控制总线的通讯速率可高达10MbPS,现场总线的通讯速率可高达7838.8kbps。监控站的计算机担负系统的总体协调和管理;分散在楼宇各个部分的DDC控制器就地布置,减少了现场布缆,直接与现场各种设备相连并实施监测与控制。现场总线使用LonTalk通讯协议,其点对点的通讯方式可以使事件发生后的动作响应时间大大缩短,为大厦控制的实时性提供了可靠保证。系统可用手提便携式计算机对控制器实现在线就地就近编程,可在网络的任意一节点上观察和操作网络中任意一个控制器,为系统的调试,检修和运行维护提供方便。
图2 BMS集成系统结构示意图
  民防大厦BMS集成系统通过各种软硬件接口对11类分系统和物业管理网络成功地实现了通信连接。由通讯接口连接的主要机电设备和系统有消防、安保监控、空调机组、锅炉、电梯、能源管理等,通过数据交换和联网通讯,实现了楼宇智能化网络综合管理。其自动化设备高效合理的运行方式简单介绍如下: (1)空调冷源系统(设有一监控分站) 3台水冷离心式冷水机组以YORKTALK标准通信接口与BA系统连接。顶层(30、31层)热泵空调机组,供晚上及超常负荷时使用。系统可按时间表自动监控设备,自动报警。 (2)空调热源系统 根据锅炉供应商提供的通讯接口与BA系统进行数据通讯。按时间表自动监控设备的工作。 (3)供配电系统(设一监控分站) 变配电系统采用Westinghouse智能通讯接口,BA系统通过接口与交配电系统进行数据通讯,对重要参数(如电流、电压、频率、功率、变压器的温升等)进行监测。对低压主开关、联络开关及分路开关的状态及参数,及每层总配电箱的开关状态实行自动监视及故障报警。 (4)柴油发电机系统 BA系统对关键参数通过接口进行监视,如电压,电流,发电机的输出频率,发电机组运行状态等,参数超限或发生故障时向监控中心报警。 (5)电梯系统 大厦内共有9台日本日立电梯和2台自动扶梯。电梯系统具有智能群控功能,对外提供状态触点信号,BA系统通过触点对电梯的位置、运行方向、运行状态进行监视。 (6)自动消防系统 智能型火灾报警系统能对大厦所有消防设备(自动报警、自动设备切换、自动排烟、自动灭火等)进行联动控制。消防控制中心设置中文显示的智能型主控机和中央手动联动控制柜及中央控制系统图形终端,即时显示各区域火警动态状况。系统通过多个BUS总线连接智能型信号模块、各类火灾探测器、手动报警器、联控设备等。火灾探测器为地址编码智能型,可储存不同的环境参数设置,具有自动故障测试,低误报率。    大厦消防报警系统通过RS-232串行异步半双工通信方式和接口软件与大厦BMS系统联网;由于消防系统的特殊性,BMS对其只监不控,仅进行数据采集和系统管理。 (7)闭路电视监控系统(CCTV) 采用美国AD公司AD2052矩阵切换器、16画面处理器、控制码分配器、云台解码器、主控键盘等,根据大厦的使用功能和公安技防规定,系统共设彩色/黑白摄像机116台。CCTV系统与联网的可编程防盗巡更系统相配合,实现防盗系统,巡更系统和闭路电视监视系统的智能化联控,体现大楼整体安保的协防功能,而且即时反映各区域安保动态状况。CCTV系统具有与大厦BA系统联网的接口,通过矩阵切换器上的RS-232端口与BA系统相连,在BA系统的主控计算机上可实行对矩阵切换器的控制,显示监控图象及切换。 (8)防盗报警、巡更系统 系统采用美国“DS”公司产品,防盗报警、巡更功能合为一体。系统通过DSR-32输出模块和64路输出继电器控制箱,直接实现相关视频联动报警和灯光联动。系统设三台通讯控制主机,每台配置15个地址码模块,组成一个报警/巡更网络。安保监控中心采用SW-7400多媒体专业报警处理与管理软件,能即时反映各区域安保动态状况。    系统具有与BA系统联网的接口,当有报警、巡更信号时,通过集成软件和硬件,在BA系统的主控计算机上可实现系统报警、巡更信号的显示和记录;有相关视频联动报警时,BA系统能迅速打开报警区域的灯光,充分体现系统集成的优越性。 4 结束语    充分应用数字化、智能化与集成化的技术手段,建设城市防灾减灾应急指挥中心是一项重要的工作,也是一项探索性的研究。本文对上海民防大厦智能化工程的总结,仅是试图为智能化系统集成技术的专业应用提供一个可参考的案例。
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