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应急通信指挥车

1通用型应急通信指挥车

常见的应急通信指挥车一般采用先进的卫星通信技术、图像采集、处理和传输技术及计算机通信技术等,组成一个功能较为完备的移动指挥中心.该系统在处理紧急突发事件(如地震救援)中机动灵活、快速反应,把现场情况通过车载卫星系统传送到远程指挥中心,实现现场与指挥中枢之间的远程图像监控、语音调度和数据查询等,使得指挥中枢决策人员如临其境,及时获取现场信息,保证了决策的准确性.为实现事件现场与远程指挥中心联动提供了可靠的通信保障.这种应急通信指挥车通常被称为通用型应急通信指挥车.

2适用于城市轨道交通的应急通信指挥车

适用于城市轨道交通的应急通信指挥车与通用型应急通信指挥车有所不同,因为城市轨道交通典型的事故场景与通用型应急通信指挥车的应用场景不尽相同.通用型应急通信指挥车主要用于地震救援、科学考察等没有基础通信网络可以利用的情况.因此它的远程通信主要依靠卫星链路来实现.城市轨道交通则不同,这里我们把毁灭性地震造成的灾害排除在外,而将典型的救援场景设定为在轨道交通地下隧道中发生列车脱轨、相撞、火灾和爆炸等突发事件时的紧急救援.这也是轨道交通最困难的救援场景.假设当事故发生时,应急通信指挥车迅速开赴现场,停靠在事故发生隧道的相邻地下车站的出入口,通过单兵背负的音视频信号采集设备将现场情况发回应急通信指挥车,并由指挥车上传至轨道交通应急指挥中心.与通用型应急通信指挥车不同的是:此时不必使用成本高昂的卫星通信.

因为轨道交通车站出入口必定存在各个移动通信运营商网络信号的良好覆盖.因此借助3G公网实现现场音、视频信息的上传及指挥中心调度指令的下达是一个经济合理的技术方案.

要求车载通信系统的制式及设备与轨道交通原有的通信系统相互兼容,实现互联互通,这也是轨道交通应急通信指挥车不同于通用型应急通信指挥车的另一个重要原因.之所以这样要求,是因为当地铁隧道发生事故时,其相邻车站的通信设备有可能并未毁坏,这种情况下应急通信指挥车就可以通过光缆迅速便捷地接入轨道交通专用传输系统从而实现与应急指挥中心的信息传输.

此外,轨道交通专用无线通信采用800MHz频段TETRA数字集群通信系统,各车站设两载频基站,能够提供一个控制信道和7个通话信道.当隧道中发生事故时,相邻车站基站即使还能正常工作,也没有能力承载因事故救援而突发的巨大话务量.因此,要求轨道交通应急通信指挥车配备车载TE-TRA基站,至少以单站集群的方式来补充原系统信道的不足(视车载TETRA基站与原系统设备的兼容程度,有可能通过专用传输系统提供的传输通道接入原轨道交通TETRA交换控制中心,从而提供更多的系统功能),这样就可以充分利用轨道交通原有无线通信终端设备,使其在应急救援中尽可能发挥作用.尤其是重庆轨道交通警用无线通信也纳入800MHzTETRA数字集群通信系统(为警用通信设置专门的虚拟用户群组)的情况下,让既有的TE-TRA终端设备可以在应急救援中加入通信,就显得尤为重要.

通信系统构成与功能及技术指标

能够满足轨道交通应急救援功能需求的应急通信指挥车通信系统如图1所示.轨道交通应急通信指挥车系统由轨道交通应急指挥中心设备和车载设备两部分组成.其中车载设备又分为5个子系统:视频通信、公网/专网通信接入、TETRA数字集群通信、广播及供电子系统.

1系统功能

1轨道交通应急指挥中心设备

应急指挥中心设备应能通过有线和无线链路与应急通信指挥车之间实现语音、图像、数据通信.可动态监控现场情况,指挥和部署各种救援力量.中心的设备由可视化调度设备、解码单元、综合控制管理平台(含软件)及用户终端组成,应能实现与轨道交通控制中心既有专用电话系统及视频平台间的互联互通.应急指挥中心设备采用平台化理念进行设计,内部结构实现层次化、模块化和标准化.系统软件采用NGN体系架构,具有高度可靠性、良好兼容性和灵活的扩展能力.

2应急通信指挥车车载设备

1)视频通信子系统.系统由单兵摄像机、发射机和接收机,车载3G视频服务器、硬盘录像机、头枕显示器及野战光缆等组成.系统通过单兵摄像机实时采集现场图像并经单兵发射机采用无线(COFDM)方式传到接收机.为保证单兵发射机与接收机之间可靠的无线通信,本方案采用野战光缆将接收机引至现场附近区域,野战光缆另一端连接车载3G视频服务器.接收机将视频图像信息上传至应急通信指挥车存储和显示,并经编码压缩后通过3G公网发送到应急指挥中心.接收机与应急通信指挥车间除具备视频传输功能外,还可以进行话音通信.

2)公网/专网通信接入子系统.应急通信指挥车与应急指挥中心之间的传输通道主要依靠3G无线公网.通过车载3G视频服务器,除能将现场实时图像上传至应急指挥中心外,还能与应急指挥中心建立语音通话,确保应急指挥中心对现场的指挥调度.车载3G无线视频服务器选用双网多卡无线视频服务器.采用多信道捆绑技术、网络编码自适应技术等,支持双向语音传输,支持高清图片的实时抓拍,支持本地音、视频实时存储,支持GPS轨迹定位,可解决超远距离图像传输.在邻近地铁车站通信设施正常时,可通过野战光缆,直接将车载通信网络接入到轨道交通专用通信网络中,实现与应急指挥中心、各车站之间的语音、数据和视频通信.

3)TETRA数字集群通信子系统.应急通信指挥车配备具有单节点工作能力的便携式800MHz频段TETRA数字集群基站,可为指挥车及周边的TETRA终端提供无线调度通信服务.该基站兼容地铁既有的TETRA数字集群终端,无论事故隧道相邻车站的TETRA基站是否损坏,均可使用野战光缆将车载基站提供施主信号的便携式光纤直放站部署在事故隧道口或隧道中.在相邻车站基站损坏的情况下,为事故现场的TETRA终端提供TETRA入网通信的条件;在相邻车站基站未损坏的情况下,可以扩充信道数量,提高呼叫的接通率,改善服务质量.当应急通信指挥车车载TETRA基站与原轨道交通TETRA系统达到最理想的兼容状态(同一厂商生产的设备并采用相同的软件版本)且事故隧道相邻车站的专用通信传输系统正常工作的情况下,可以通过传输通道将车载TETRA基站接入原轨道交通TETRA中心交换控制设备,以提供更加完备的系统功能.

4)广播子系统.系统主要由功放、喇叭和有线话筒等组成.可将车上所有音源根据需要在车内和车外播放,还可实现车内监听、车外广播.

5)供电子系统.为保证应急通信指挥车在复杂条件下的可靠供电,采用市电、取力发电机、UPS逆变等3种供电方式.各种供电方式都要求进行电源净化和稳压处理.供电系统应具有防雷击功能、漏电保护功能.同时还具有过、欠压保护和过流保护功能.确保电源系统和用电设备的安全.市电供电拥有最高优先级.供电系统除为应急通信指挥车供电外,还应配备便携式发电机,为无线视频接收机、光纤直放站远端机等前端设备供电.

3系统主要技术指标

3.1通信指挥车与指挥中心间的视频传输本方案利用移动通信公网作为应急通信指挥车与应急中心之间视频图像的主要传输途径.因此其传输质量指标主要依赖公网的服务质量指标.此外,本方案选用的3G视频服务器采用双通道集群捆绑技术、网络带宽自适应技术和H.264+视频压缩编码优化技术,可以提升传输通道的带宽并根据网络参数的变化自动调整视频帧率(最高可达25帧/s),使数据流控技术更适合低带宽网络传输专业的图像,色彩还原度高.其具体指标如下.

1)视频输入:1路~4路(可选同传);传输分辨率:D1,PAL制704@576;NTSC制704@480;Hafe-D1,PAL制704@288;NTSC制704@240;CIF,PAL制352@288;NTSC制320@240.

2)帧率:CIF帧率1~25帧/s可调(实际帧率视3G网络状况而定).

3)码率:码率可调,视3G网络带宽而定(支持EVDO、WCDMA通信模式);典型码率420kbps左右(2路CDMA2000带宽情况下);典型码率700kbps左右(2路WCDMA带宽情况下);自动调整图像组(GOP)长度,自适应网络带宽.

3.2视频图像采集终端与指挥车端接收机之间的视频传输传输方式:采用双向IP型TDMA-OFDM全双工体制;数据速率:1~315Mbit/s(视调制方式而定);接收门限电平:灵敏度-97dBm(10-6BER@8MHz信道宽度);工作频率:325MHz;信道带宽:8MHz;OFDM子载波数:4096;调制方式:QPSK/16QAM;视频接口:1路复合视频(PAL制);音频接口:1路音频输入/输出.

3.3TETRA数字集群通信子系统本方案车载TETRA数字集群通信子系统从系统功能到技术指标,与轨道交通专用无线通信系统通常采用的TETRA数字集群通信系统并无本质区别.且轨道交通专用无线通信系统的技术指标在业界早已成为常识,因此这里不再赘述.唯一需要注意的一点就是设备选型时一定要考虑与原轨道交通专用无线通信系统设备达到最深层次的兼容.

2无线移动视频传输采用的关键技术

本方案在无线移动视频传输中采用了编码正交频分复用(CodedOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,COFDM)技术.COFDM是目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术,其基本原理就是将高速数据流通过串并转换,分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输.COFDM技术属于多载波调制技术,它的特点是各子载波相互正交,使扩频调制后的频谱可以相互重叠,从而减小了子载波间的相互干扰.COFDM技术使用了自适应调制,根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式.COFDM还采用了功率控制和自适应调制相协调的工作方式.信道好的时候,发射功率不变,可以增强调制方式,或者在低调制方式时降低发射功率.由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力,因此常被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中.它的实用价值就在于支持突破视距限制的应用,是一种对无线电频率资源充分利用的技术,可以对噪声和干扰有很好的免疫力,绕射和穿透遮挡物是COFDM技术的核心,其在无线图像传输方面的应用有以下独特的优势:

1)卓越的/绕射0与/穿透0能力,使得其适合在非可视和有阻挡的环境中实现无线图像的实时稳定传输,受环境影响小。

2)适合于高速移动中进行实时图像的无线传输.可在车辆、船舶和直升机等平台上使用,传输可靠性高.

3)传输带宽高,适合高码流、高画质的音、视频传输,图像码流一般可大于4Mbps.接收后的图像质量接近DVD画质,完全可以满足接收端后期音、视频分析、存储和编辑等具体要求.

4)在复杂电磁环境中,COFDM具备优异的抗干扰性能.其抗多径干扰、窄带干扰及信号波形间干扰性能优越.通过各个子载波的联合编码,具有很强的抗衰落能力.

本方案的特点

综上所述,轨道交通应急通信指挥车通信系统有如下特点:

1)采用公众移动通信地面网络作为应急通信指挥车与轨道交通应急指挥中心之间的视频信号的传输链路,使得应急救援中通信系统的使用成本大为降低(通用型应急通信指挥车均采用昂贵的卫星通信链路).

2)应急通信指挥车通信系统与原轨道交通通信系统的高度有机兼容与结合.

3)将视频图像采集上传至指挥车环节进行了简化和改进(通用型应急通信指挥车系统的视频图像采集终端与车载接收机之间通过中继接力的方式进行视频信号的传输,其缺点是系统组网复杂,可靠性稍逊).本方案采用野战光缆将车载接收机向事发现场尽可能前移,减少中间环节,增加通信可靠性.

4)车载TETRA数字集群通信系统增加便携式光纤直放站,通过野战光缆将光纤直放站快速布设于事故现场附近,实现车载基站射频覆盖范围的扩展,为轨道交通公安干警以及与应急救援密切相关的人员提供通信支持.

5)根据国家应急平台体系架构的规划,各地区、各专业应急指挥机构及其设施均为国家应急平台体系架构的末端组成部分.重庆轨道交通应急通信指挥车系统建成后能够成为国家应急平台体系中合格的职能单元,在轨道交通公共突发应急事件的处置中发挥应有的作用。

作者：杨秀单位：中铁第一勘察设计院集团有限公司