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應急通信指揮車
1通用型應急通信指揮車
常見的應急通信指揮車一般采用先進的衛星通信技術、圖像采集、處理和傳輸技術及計算機通信技術等,組成一個功能較為完備的移動指揮中心.該系統在處理緊急突發事件(如地震救援)中機動靈活、快速反應,把現場情況通過車載衛星系統傳送到遠程指揮中心,實現現場與指揮中樞之間的遠程圖像監控、語音調度和數據查詢等,使得指揮中樞決策人員如臨其境,及時獲取現場信息,保證了決策的準確性.為實現事件現場與遠程指揮中心聯動提供了可靠的通信保障.這種應急通信指揮車通常被稱為通用型應急通信指揮車.
2適用于城市軌道交通的應急通信指揮車
適用于城市軌道交通的應急通信指揮車與通用型應急通信指揮車有所不同,因為城市軌道交通典型的事故場景與通用型應急通信指揮車的應用場景不盡相同.通用型應急通信指揮車主要用于地震救援、科學考察等沒有基礎通信網絡可以利用的情況.因此它的遠程通信主要依靠衛星鏈路來實現.城市軌道交通則不同,這里我們把毀滅性地震造成的災害排除在外,而將典型的救援場景設定為在軌道交通地下隧道中發生列車脫軌、相撞、火災和爆炸等突發事件時的緊急救援.這也是軌道交通最困難的救援場景.假設當事故發生時,應急通信指揮車迅速開赴現場,停靠在事故發生隧道的相鄰地下車站的出入口,通過單兵背負的音視頻信號采集設備將現場情況發回應急通信指揮車,并由指揮車上傳至軌道交通應急指揮中心.與通用型應急通信指揮車不同的是:此時不必使用成本高昂的衛星通信.
因為軌道交通車站出入口必定存在各個移動通信運營商網絡信號的良好覆蓋.因此借助3G公網實現現場音、視頻信息的上傳及指揮中心調度指令的下達是一個經濟合理的技術方案.
要求車載通信系統的制式及設備與軌道交通原有的通信系統相互兼容,實現互聯互通,這也是軌道交通應急通信指揮車不同于通用型應急通信指揮車的另一個重要原因.之所以這樣要求,是因為當地鐵隧道發生事故時,其相鄰車站的通信設備有可能并未毀壞,這種情況下應急通信指揮車就可以通過光纜迅速便捷地接入軌道交通專用傳輸系統從而實現與應急指揮中心的信息傳輸.
此外,軌道交通專用無線通信采用800MHz頻段TETRA數字集群通信系統,各車站設兩載頻基站,能夠提供一個控制信道和7個通話信道.當隧道中發生事故時,相鄰車站基站即使還能正常工作,也沒有能力承載因事故救援而突發的巨大話務量.因此,要求軌道交通應急通信指揮車配備車載TE-TRA基站,至少以單站集群的方式來補充原系統信道的不足(視車載TETRA基站與原系統設備的兼容程度,有可能通過專用傳輸系統提供的傳輸通道接入原軌道交通TETRA交換控制中心,從而提供更多的系統功能),這樣就可以充分利用軌道交通原有無線通信終端設備,使其在應急救援中盡可能發揮作用.尤其是重慶軌道交通警用無線通信也納入800MHzTETRA數字集群通信系統(為警用通信設置專門的虛擬用戶群組)的情況下,讓既有的TE-TRA終端設備可以在應急救援中加入通信,就顯得尤為重要.
通信系統構成與功能及技術指標
能夠滿足軌道交通應急救援功能需求的應急通信指揮車通信系統如圖1所示.軌道交通應急通信指揮車系統由軌道交通應急指揮中心設備和車載設備兩部分組成.其中車載設備又分為5個子系統:視頻通信、公網/專網通信接入、TETRA數字集群通信、廣播及供電子系統.
1系統功能
1軌道交通應急指揮中心設備
應急指揮中心設備應能通過有線和無線鏈路與應急通信指揮車之間實現語音、圖像、數據通信.可動態監控現場情況,指揮和部署各種救援力量.中心的設備由可視化調度設備、解碼單元、綜合控制管理平臺(含軟件)及用戶終端組成,應能實現與軌道交通控制中心既有專用電話系統及視頻平臺間的互聯互通.應急指揮中心設備采用平臺化理念進行設計,內部結構實現層次化、模塊化和標準化.系統軟件采用NGN體系架構,具有高度可靠性、良好兼容性和靈活的擴展能力.
2應急通信指揮車車載設備
1)視頻通信子系統.系統由單兵攝像機、發射機和接收機,車載3G視頻服務器、硬盤錄像機、頭枕顯示器及野戰光纜等組成.系統通過單兵攝像機實時采集現場圖像并經單兵發射機采用無線(COFDM)方式傳到接收機.為保證單兵發射機與接收機之間可靠的無線通信,本方案采用野戰光纜將接收機引至現場附近區域,野戰光纜另一端連接車載3G視頻服務器.接收機將視頻圖像信息上傳至應急通信指揮車存儲和顯示,并經編碼壓縮后通過3G公網發送到應急指揮中心.接收機與應急通信指揮車間除具備視頻傳輸功能外,還可以進行話音通信.
2)公網/專網通信接入子系統.應急通信指揮車與應急指揮中心之間的傳輸通道主要依靠3G無線公網.通過車載3G視頻服務器,除能將現場實時圖像上傳至應急指揮中心外,還能與應急指揮中心建立語音通話,確保應急指揮中心對現場的指揮調度.車載3G無線視頻服務器選用雙網多卡無線視頻服務器.采用多信道捆綁技術、網絡編碼自適應技術等,支持雙向語音傳輸,支持高清圖片的實時抓拍,支持本地音、視頻實時存儲,支持GPS軌跡定位,可解決超遠距離圖像傳輸.在鄰近地鐵車站通信設施正常時,可通過野戰光纜,直接將車載通信網絡接入到軌道交通專用通信網絡中,實現與應急指揮中心、各車站之間的語音、數據和視頻通信.
3)TETRA數字集群通信子系統.應急通信指揮車配備具有單節點工作能力的便攜式800MHz頻段TETRA數字集群基站,可為指揮車及周邊的TETRA終端提供無線調度通信服務.該基站兼容地鐵既有的TETRA數字集群終端,無論事故隧道相鄰車站的TETRA基站是否損壞,均可使用野戰光纜將車載基站提供施主信號的便攜式光纖直放站部署在事故隧道口或隧道中.在相鄰車站基站損壞的情況下,為事故現場的TETRA終端提供TETRA入網通信的條件;在相鄰車站基站未損壞的情況下,可以擴充信道數量,提高呼叫的接通率,改善服務質量.當應急通信指揮車車載TETRA基站與原軌道交通TETRA系統達到最理想的兼容狀態(同一廠商生產的設備并采用相同的軟件版本)且事故隧道相鄰車站的專用通信傳輸系統正常工作的情況下,可以通過傳輸通道將車載TETRA基站接入原軌道交通TETRA中心交換控制設備,以提供更加完備的系統功能.
4)廣播子系統.系統主要由功放、喇叭和有線話筒等組成.可將車上所有音源根據需要在車內和車外播放,還可實現車內監聽、車外廣播.
5)供電子系統.為保證應急通信指揮車在復雜條件下的可靠供電,采用市電、取力發電機、UPS逆變等3種供電方式.各種供電方式都要求進行電源凈化和穩壓處理.供電系統應具有防雷擊功能、漏電保護功能.同時還具有過、欠壓保護和過流保護功能.確保電源系統和用電設備的安全.市電供電擁有最高優先級.供電系統除為應急通信指揮車供電外,還應配備便攜式發電機,為無線視頻接收機、光纖直放站遠端機等前端設備供電.
3系統主要技術指標
3.1通信指揮車與指揮中心間的視頻傳輸本方案利用移動通信公網作為應急通信指揮車與應急中心之間視頻圖像的主要傳輸途徑.因此其傳輸質量指標主要依賴公網的服務質量指標.此外,本方案選用的3G視頻服務器采用雙通道集群捆綁技術、網絡帶寬自適應技術和H.264+視頻壓縮編碼優化技術,可以提升傳輸通道的帶寬并根據網絡參數的變化自動調整視頻幀率(最高可達25幀/s),使數據流控技術更適合低帶寬網絡傳輸專業的圖像,色彩還原度高.其具體指標如下.
1)視頻輸入:1路~4路(可選同傳);傳輸分辨率: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)幀率:CIF幀率1~25幀/s可調(實際幀率視3G網絡狀況而定).
3)碼率:碼率可調,視3G網絡帶寬而定(支持EVDO、WCDMA通信模式);典型碼率420kbps左右(2路CDMA2000帶寬情況下);典型碼率700kbps左右(2路WCDMA帶寬情況下);自動調整圖像組(GOP)長度,自適應網絡帶寬.
3.2視頻圖像采集終端與指揮車端接收機之間的視頻傳輸傳輸方式:采用雙向IP型TDMA-OFDM全雙工體制;數據速率:1~315Mbit/s(視調制方式而定);接收門限電平:靈敏度-97dBm(10-6BER@8MHz信道寬度);工作頻率:325MHz;信道帶寬:8MHz;OFDM子載波數:4096;調制方式:QPSK/16QAM;視頻接口:1路復合視頻(PAL制);音頻接口:1路音頻輸入/輸出.
3.3TETRA數字集群通信子系統本方案車載TETRA數字集群通信子系統從系統功能到技術指標,與軌道交通專用無線通信系統通常采用的TETRA數字集群通信系統并無本質區別.且軌道交通專用無線通信系統的技術指標在業界早已成為常識,因此這里不再贅述.唯一需要注意的一點就是設備選型時一定要考慮與原軌道交通專用無線通信系統設備達到最深層次的兼容.
2無線移動視頻傳輸采用的關鍵技術
本方案在無線移動視頻傳輸中采用了編碼正交頻分復用(CodedOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,COFDM)技術.COFDM是目前世界最先進和最具發展潛力的調制技術,其基本原理就是將高速數據流通過串并轉換,分配到傳輸速率較低的若干子信道中進行傳輸.COFDM技術屬于多載波調制技術,它的特點是各子載波相互正交,使擴頻調制后的頻譜可以相互重疊,從而減小了子載波間的相互干擾.COFDM技術使用了自適應調制,根據信道條件的好壞來選擇不同的調制方式.COFDM還采用了功率控制和自適應調制相協調的工作方式.信道好的時候,發射功率不變,可以增強調制方式,或者在低調制方式時降低發射功率.由于這種技術具有在雜波干擾下傳送信號的能力,因此常被利用在容易受外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質中.它的實用價值就在于支持突破視距限制的應用,是一種對無線電頻率資源充分利用的技術,可以對噪聲和干擾有很好的免疫力,繞射和穿透遮擋物是COFDM技術的核心,其在無線圖像傳輸方面的應用有以下獨特的優勢:
1)卓越的/繞射0與/穿透0能力,使得其適合在非可視和有阻擋的環境中實現無線圖像的實時穩定傳輸,受環境影響小。
2)適合于高速移動中進行實時圖像的無線傳輸.可在車輛、船舶和直升機等平臺上使用,傳輸可靠性高.
3)傳輸帶寬高,適合高碼流、高畫質的音、視頻傳輸,圖像碼流一般可大于4Mbps.接收后的圖像質量接近DVD畫質,完全可以滿足接收端后期音、視頻分析、存儲和編輯等具體要求.
4)在復雜電磁環境中,COFDM具備優異的抗干擾性能.其抗多徑干擾、窄帶干擾及信號波形間干擾性能優越.通過各個子載波的聯合編碼,具有很強的抗衰落能力.
本方案的特點
綜上所述,軌道交通應急通信指揮車通信系統有如下特點:
1)采用公眾移動通信地面網絡作為應急通信指揮車與軌道交通應急指揮中心之間的視頻信號的傳輸鏈路,使得應急救援中通信系統的使用成本大為降低(通用型應急通信指揮車均采用昂貴的衛星通信鏈路).
2)應急通信指揮車通信系統與原軌道交通通信系統的高度有機兼容與結合.
3)將視頻圖像采集上傳至指揮車環節進行了簡化和改進(通用型應急通信指揮車系統的視頻圖像采集終端與車載接收機之間通過中繼接力的方式進行視頻信號的傳輸,其缺點是系統組網復雜,可靠性稍遜).本方案采用野戰光纜將車載接收機向事發現場盡可能前移,減少中間環節,增加通信可靠性.
4)車載TETRA數字集群通信系統增加便攜式光纖直放站,通過野戰光纜將光纖直放站快速布設于事故現場附近,實現車載基站射頻覆蓋范圍的擴展,為軌道交通公安干警以及與應急救援密切相關的人員提供通信支持.
5)根據國家應急平臺體系架構的規劃,各地區、各專業應急指揮機構及其設施均為國家應急平臺體系架構的末端組成部分.重慶軌道交通應急通信指揮車系統建成后能夠成為國家應急平臺體系中合格的職能單元,在軌道交通公共突發應急事件的處置中發揮應有的作用。
作者:楊秀單位:中鐵第一勘察設計院集團有限公司