淺析地鐵應(yīng)急通信的關(guān)鍵技術(shù)范文

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具體實(shí)現(xiàn)方式

（1）通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)獲取現(xiàn)場(chǎng)消防人員的位置信息。采用射頻識(shí)別技術(shù)，根據(jù)地鐵站廳、站臺(tái)的無(wú)線電磁兼容環(huán)境，在地鐵出入口、閘機(jī)口、樓梯、站臺(tái)等裝有攝像機(jī)的重點(diǎn)部位合理布設(shè)RFID讀取器（RFID讀取器的有效識(shí)別距離3～5m），要求RFID信號(hào)在實(shí)施消防救援行為的路徑上有效覆蓋；同時(shí)，在站臺(tái)層和站廳層的合理位置布設(shè)無(wú)線匯聚點(diǎn)AP（AirPoint，其有效識(shí)別距離為200m），可匯接全部RFID讀取器的無(wú)線信號(hào)，并經(jīng)網(wǎng)線將該信號(hào)上傳到設(shè)于站內(nèi)機(jī)房的RFID上位機(jī)。當(dāng)佩戴RFID卡的消防員經(jīng)過(guò)不同的RFID信號(hào)覆蓋區(qū)域時(shí)，會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的RFID讀取器，RFID讀取器與無(wú)線匯聚點(diǎn)AP聯(lián)合動(dòng)作，會(huì)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地獲取地鐵救援人員的位置、姓名等信息。

（2）現(xiàn)場(chǎng)救援人員位置信息及站內(nèi)視頻監(jiān)控圖像與地鐵控制中心的匯接傳輸。一是各地鐵站內(nèi)的視頻監(jiān)控信號(hào)均匯接到地鐵運(yùn)營(yíng)控制中心，并在控制中心的大屏幕上顯示。在地鐵運(yùn)營(yíng)控制中心機(jī)房?jī)?nèi)安裝消防視頻圖像綜合集成系統(tǒng)，包括流媒體分發(fā)服務(wù)器（MTS）、視頻網(wǎng)關(guān)服務(wù)器（MGS）和多點(diǎn)控制單元（MCU）。將各地鐵站內(nèi)的視頻監(jiān)控信號(hào)（模擬／數(shù)字）接入消防視頻圖像綜合集成系統(tǒng)。二是將各地鐵站機(jī)房?jī)?nèi)的RFID上位機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)，在地鐵運(yùn)營(yíng)控制中心機(jī)房?jī)?nèi)安裝RFID服務(wù)器和RFID感知服務(wù)器。被消防員觸發(fā)的RFID讀取器的ID（以下稱“位置ID”）和消防員佩戴的電子標(biāo)簽的ID（以下稱“人員ID”）會(huì)沿著AP→RFID上位機(jī)→RFID服務(wù)器→RFID感知服務(wù)器的路徑，被RFID感知服務(wù)器所獲取。服務(wù)器用于接收第三方設(shè)備信息（如RFID信息，包括卡號(hào)、天線號(hào)、基站號(hào)、上傳時(shí)間等），并將接收到的信息過(guò)濾后轉(zhuǎn)換為物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議格式。RFID的信息要求是實(shí)時(shí)性的，如果經(jīng)服務(wù)器驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)接收到的信息與服務(wù)器時(shí)間不匹配，服務(wù)器會(huì)將其丟棄。以感知服務(wù)為核心，連接多類服務(wù)器或同類多個(gè)服務(wù)器，可便于系統(tǒng)接入各種安防子系統(tǒng)。而且，如果某個(gè)服務(wù)器死機(jī)，僅丟失此服務(wù)器對(duì)應(yīng)的第三方接入信息，不會(huì)影響系統(tǒng)的整體運(yùn)行。

（3）人員ID及其位置ID通過(guò)3G傳送至全勤指揮部的可視化指揮終端，該終端完成位置ID的3D虛擬現(xiàn)實(shí)，同時(shí)完成位置ID與該位置下的視頻監(jiān)控圖像的匹配關(guān)聯(lián)。RFID感知服務(wù)器經(jīng)與電信運(yùn)營(yíng)商的APN專線接入3G網(wǎng)絡(luò)（WCDMA／CDMA2000），全勤指揮部的可視化指揮終端內(nèi)插3G上網(wǎng)卡，被RFID感知服務(wù)器所獲取人員ID及其位置ID通過(guò)3G可推送至全勤指揮部的可視化指揮終端。可視化指揮終端內(nèi)存有各地鐵站點(diǎn)的3D立面圖，以及各地鐵站內(nèi)視頻監(jiān)控IP與RFID讀取器ID的關(guān)聯(lián)列表。可視化指揮終端接收到人員ID及其位置ID后，一是完成人員ID及其位置ID的3D立面圖顯示；二是完成其位置ID與地鐵站內(nèi)視頻監(jiān)控的IP列表的比對(duì)，匹配出與該位置ID（某RFID讀取器）相對(duì)應(yīng)的視頻監(jiān)控的IP（站內(nèi)某視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)）。如果可視化指揮終端采用瘦客戶端，RFID讀取器ID與監(jiān)控視頻IP的匹配將在地鐵運(yùn)營(yíng)控制中心機(jī)房?jī)?nèi)完成，可視化指揮終端將只接收到被消防員觸發(fā)的位置信息和該位置下的視頻，其他消防員的位置信息無(wú)法看到；如果可視化指揮終端采用胖客戶端，可視化指揮終端將同步某個(gè)地鐵站內(nèi)所有的RFID讀取器的ID信息，同時(shí)，想看哪路視頻，只需點(diǎn)擊相應(yīng)的圖標(biāo)直接向消防視頻圖像綜合集成系統(tǒng)調(diào)用即可。胖客戶端方式需要在3G網(wǎng)絡(luò)中傳輸RFID讀取器的ID和監(jiān)控視頻的IP信息，由于信息量非常小，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)可忽略。所以，胖客戶端方式要優(yōu)于瘦客戶端方式。

（4）在全勤指揮部的可視化指揮終端上獲取所需的地鐵視頻監(jiān)控圖像，在應(yīng)急突發(fā)事件綜合集成管理平臺(tái)上3D實(shí)景模擬。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)或接警途中的指揮需要，指揮員可在可視化指揮終端上實(shí)時(shí)看到地鐵站點(diǎn)3D立面圖上閃動(dòng)的代表消防員位置的圖標(biāo)，一旦點(diǎn)擊某個(gè)圖標(biāo)，可視化指揮終端就會(huì)自動(dòng)將與該圖標(biāo)關(guān)聯(lián)的視頻監(jiān)控IP通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至地鐵運(yùn)營(yíng)控制中心，位于地鐵運(yùn)營(yíng)控制中心機(jī)房?jī)?nèi)的消防視頻圖像綜合集成系統(tǒng)的MCU收到該IP后，立即向MTS索取該IP下的視頻圖像信號(hào)，并通過(guò)3G將圖像推送至可視化指揮終端。現(xiàn)場(chǎng)指揮部指揮員既可通過(guò)點(diǎn)擊圖上或列表中的攝像頭來(lái)選擇性地調(diào)用前端視頻，也可按照3D地圖上標(biāo)注的人員位置信息點(diǎn)擊調(diào)用該位置下的實(shí)景3D模擬，瀏覽查詢消防滅火系統(tǒng)、疏散通道、消防電梯等已有的地鐵內(nèi)部資源，實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮的可視化。

關(guān)鍵技術(shù)

1IOTPP物聯(lián)網(wǎng)感知協(xié)議

SIP（會(huì)話初始協(xié)議）在電信軟交換領(lǐng)域、企業(yè)統(tǒng)一通信領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，它具有簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)展、便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。IOTPP協(xié)議是結(jié)合實(shí)際情況對(duì)SIP協(xié)議的裁剪與優(yōu)化。該協(xié)議提供以下核心能力。（1）傳感信息訂閱。向感知服務(wù)器訂閱傳感信息，實(shí)時(shí)獲取傳感信息通知。（2）傳感信息。感知源向感知服務(wù)器傳感信息。（3）傳感信息轉(zhuǎn)發(fā)。感知服務(wù)器獲取感知源的傳感信息，通知給傳感信息訂閱者。圖1是IOTPP協(xié)議采用的基本通信模型。圖1IOTPP協(xié)議采用的基本通信模型在圖1中，PUBLISH請(qǐng)求和NOTIFY請(qǐng)求可以攜帶MessageBody，用以承載狀態(tài)源狀態(tài)信息。200消息響應(yīng)用于確認(rèn)收到消息請(qǐng)求。此消息模型適用于UDP和TCP傳輸協(xié)議。基本模型在使用TCP協(xié)議時(shí)可能會(huì)遇到高頻率并發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的情況，這種場(chǎng)景在RFID應(yīng)用和GPS應(yīng)用時(shí)會(huì)出現(xiàn)。由于PUBLISH消息或者NOTIFY消息在收到200消息響應(yīng)前是不允許再次發(fā)送的。因此，如果200消息響應(yīng)接收產(chǎn)生較長(zhǎng)時(shí)延，可能會(huì)造成PUBLISH請(qǐng)求或NOTIFY請(qǐng)求的擁塞，造成感知服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)緩沖被后續(xù)新接收的請(qǐng)求信息覆蓋，從而造成數(shù)據(jù)丟失。基于以上情況，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)信息時(shí)，如果以數(shù)據(jù)傳送為主要目的，并不強(qiáng)調(diào)信令的作用，則可以采用以數(shù)據(jù)傳輸為主要目的的通信模型，見(jiàn)圖2所示。圖2以數(shù)據(jù)傳輸為主的通信模型由于TCP協(xié)議本身能夠保證數(shù)據(jù)的有序性和完整性，因此可以丟棄200消息響應(yīng)，使協(xié)議盡可能以數(shù)據(jù)傳輸為主，以提高協(xié)議性能。在改進(jìn)模型中，采用了非SIP標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，因此不提供基于PUBLISH消息的鑒權(quán)認(rèn)證和基于SIP消息轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

2適用于移動(dòng)指揮的圖像編解碼技術(shù)

地鐵站內(nèi)視頻監(jiān)控圖像信號(hào)作為應(yīng)急突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)或接警途中指揮的重要依據(jù)，必須保證視頻信號(hào)的清晰度和流暢度。目前，視頻監(jiān)控通常以D1（704×576）作為標(biāo)準(zhǔn)的分辨率，所占用的傳輸帶寬為768～2048kbps。3G無(wú)線傳輸帶寬僅為150～200kbps，遠(yuǎn)達(dá)不到傳輸D1分辨率視頻的要求。因此，需要在采用H．264編碼壓縮算法的基礎(chǔ)上，降低編碼復(fù)雜度，提高編碼實(shí)時(shí)性，側(cè)重解決在無(wú)線傳輸模式下提高視頻編碼系統(tǒng)的連續(xù)性、實(shí)時(shí)性和圖像數(shù)據(jù)重建質(zhì)量。無(wú)線傳輸過(guò)程中另一個(gè)最重要的問(wèn)題是在有限的帶寬下盡可能傳輸高質(zhì)量的視頻，這就需要在現(xiàn)有編碼模式下優(yōu)化算法，提高編碼效率，提高壓縮比。在現(xiàn)有的無(wú)線傳輸環(huán)境下要想傳輸D1格式的全幀率視頻是很難達(dá)到的，即使勉強(qiáng)傳輸，在接收端收到的視頻也會(huì)出現(xiàn)丟幀、卡頓、失真等問(wèn)題。解決抑制跳幀和連續(xù)跳幀的方法：一是I幀量化參數(shù)的選取，在控制I幀以及整個(gè)GOP的碼率，使其盡量減少跳幀；二是及時(shí)注意緩存區(qū)的狀態(tài)，避免其突然達(dá)到極度飽和的狀態(tài)，在緩存區(qū)達(dá)到極度飽和狀態(tài)前，有效地釋放緩存區(qū)空間，減少大量的連續(xù)跳幀出現(xiàn)；三是避免重要圖像被無(wú)選擇跳過(guò)，需要對(duì)跳幀有提前預(yù)判功能，在緩存區(qū)即將達(dá)到飽和之前，先跳過(guò)一些相對(duì)不重要的圖像，以使相對(duì)重要的圖像得以保留。另外，在現(xiàn)場(chǎng)指揮部端的視頻圖像重建質(zhì)量同樣十分重要，而重建圖像的質(zhì)量對(duì)傳輸差錯(cuò)非常敏感，由此對(duì)圖像編碼提出了抗差錯(cuò)的要求。可采用卷積和包交織編碼，將網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的突發(fā)差錯(cuò)轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)計(jì)獨(dú)立的差錯(cuò)。針對(duì)無(wú)線傳輸系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)分為重要數(shù)據(jù)和非重要數(shù)據(jù)，在接收端檢測(cè)重要數(shù)據(jù)信息的差錯(cuò)，并據(jù)此來(lái)控制發(fā)送端的重發(fā)機(jī)制，僅當(dāng)重要數(shù)據(jù)丟包超過(guò)一定閾值時(shí)才要求發(fā)送端重發(fā)，減少數(shù)據(jù)重傳造成的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和網(wǎng)絡(luò)擁塞，保證重建圖像質(zhì)量。

33D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

應(yīng)急突發(fā)事件綜合集成管理平臺(tái)以三維地圖為基礎(chǔ)，通過(guò)中間件產(chǎn)品，采集前端的RFID數(shù)據(jù)和監(jiān)控視頻等信息，從數(shù)據(jù)、信令控制、媒體傳輸和終端應(yīng)用層面對(duì)地鐵內(nèi)部安防系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)和消防系統(tǒng)進(jìn)行整合。再通過(guò)數(shù)據(jù)壓縮、模型抽象、數(shù)據(jù)隊(duì)列化、實(shí)體列表化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地鐵中3D場(chǎng)景漫游、3D場(chǎng)景輪巡和設(shè)備標(biāo)識(shí)等功能。將繁雜的數(shù)據(jù)表現(xiàn)為直觀的場(chǎng)景，同時(shí)通過(guò)人機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)人與虛擬環(huán)境的直接交互。（1）數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。采用實(shí)時(shí)紋理壓縮算法，避免大場(chǎng)景對(duì)內(nèi)存的過(guò)度消耗，越大的像素尺寸意味著文件也越大，并且會(huì)增加內(nèi)存的消耗。在不犧牲紋理細(xì)節(jié)的情況下，盡可能地保持紋理尺寸最小，對(duì)所用紋理圖片進(jìn)行壓縮，提高漫游過(guò)程中流暢性的同時(shí)，盡可能小地降低視覺(jué)效果。（2）模型抽象技術(shù)。將模型的關(guān)鍵信息進(jìn)行抽象化，即保留模型的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和操作，提高了人機(jī)交互過(guò)程中的便利度，同時(shí)在場(chǎng)景輪巡對(duì)于視角的定位可進(jìn)行統(tǒng)一操作。（3）模型數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)傳輸。對(duì)場(chǎng)景中模型數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，讓虛擬場(chǎng)景產(chǎn)生一種動(dòng)態(tài)的漸變過(guò)程，可以更具體地顯示出場(chǎng)景中各處的變化。（4）數(shù)據(jù)隊(duì)列化。對(duì)模型關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行隊(duì)列化操作。將模型中的數(shù)據(jù)按類型存儲(chǔ)到各自的隊(duì)列中，如模型坐標(biāo)隊(duì)列、紋理隊(duì)列等，通過(guò)隊(duì)列化將模型數(shù)據(jù)上傳保存。（5）實(shí)體列表化。將虛擬場(chǎng)景中的實(shí)體進(jìn)行列表存儲(chǔ)，在設(shè)備標(biāo)識(shí)過(guò)程中，可以直接通過(guò)實(shí)體在列表中對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)行查找操作，方便快捷。

結(jié)束語(yǔ)

該技術(shù)方案在天津地鐵二號(hào)線鼓樓站進(jìn)行了為期2周總共超過(guò)1000次的連續(xù)測(cè)試，根據(jù)測(cè)試效果微調(diào)了RFID讀取器的安裝角度和發(fā)射功率。測(cè)試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)已達(dá)到實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用的水平。天津市消防總隊(duì)隨后組織特勤3隊(duì)、4隊(duì)在地鐵二號(hào)線鼓樓站進(jìn)行了實(shí)兵演習(xí)，演習(xí)取得了預(yù)期的效果。（本文作者：吳樵單位：天津市軌道交通消防支隊(duì)）