无线移动多媒体应急指挥系统

2010-06-21王启龙上海铁路局合肥电务段张建平上海铁路局电务处

上海铁道增刊 2010年2期

王启龙上海铁路局合肥电务段张建平上海铁路局电务处

近年来，为适应铁路跨越式发展的需要，铁路运输生产力布局调整，整合优化运力资源，最大限度地释放运输生产力，精简行政管理人员，产生了许多大站段、大车间，人员及资源向大城市、大站场集中。而我国铁路点多线长，工务、电务、供电等基层站段作业点非常分散，生产班组遍布铁路沿线，交通、沟通不便。随着《中长期铁路网规划》的实施，将会出现列车运行速度越来越快、沿线小站越来越少，劳动生产率越来越高，运输安全压力越来越大的情况。如何在这种情况下保证行车安全，更加科学地组织、指挥、调度运输生产，是已经摆在我们面前，亟待解决的问题。

根据《中长期铁路网规划》，到2010年，我国铁路网营业里程将达到9万公里以上，其中客运专线建设规模为7000公里，复线率和电化率均达到45%。在客运专线开通运营，加快城市化进程，缓解繁忙干线运力紧张局面的同时，也对我们的铁路运输安全保障工作提出了更高的要求。首先，高密度、高速度的运输，留给我们的检修时间越来越少，我们不仅要千方百计保证设备少出故障，还要在发生故障时能快速反应，及时排除；其次，新技术新设备的上马速度大大加快，对信息的准确性和实时性依赖性强，特别是网络方面的故障，原来的故障点，现在扩大成为故障面，发生故障后的影响范围越来越大。

我们的一线职工，对新科技装备的掌握程度跟自己的知识结构有关，水平参差不齐。设备发生故障，如果现场值班人员不能及时找到故障点并排除故障，就需要车间、技术科技术人员到现场协助，这将大大增加故障延时，这种方式已不能满足目前日益紧迫的运输生产需要。解决这一矛盾，就是要在段调度中心安装一双“千里眼”，通过它，了解现场设备状态，利用段、车间的技术优势，指挥调度技术人员，协助指挥故障处理，增强处置突发事件的快速处理能力。

无线移动多媒体应急指挥系统----就是本文讨论的“千里眼”，它是一种基于COFDM技术的移动音视频传输系统。COFDM（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing），即编码正交频分复用的简称，是目前世界最先进和最具发展潜力的多载波调制技术。它的实用价值就在于支持突破视距限制的应用，是一种在无线电频谱资源方面充分利用的技术，可以对噪声和干扰有着很好的免疫力。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，真正实现了“抗阻挡”、“非视距”、“动中通”的高速数据传输，表现出卓越的“绕射”、“穿透”性能。

1 无线移动视讯传输技术现状

1.1 同类产品技术分析

目前市场上无线图像传输设备采用的主要技术有：基于公网的GPRS、CDMA、3G技术、无线局域网802.11技术、基于地面移动电视的COFDM技术和单载波频分（SC-FDMA）复用技术。

基于移动公网的GPRS传输的带宽不足，传输视频每秒只有几帧，而且出现应急事件时，信息不够详实，容易出现断点和无线接收的死角。CDMA无线传输技术同样存在这样的缺陷，在理想的状态下，CDMA下行带宽是153K，上行带宽为70～80(K)，在这种传输通道带宽之下，传输流畅的视频基本上不可能实现，对于视频监控系统而言，这种技术的应用显然不能够满足实际的应用需求。

然而针对其他较高带宽的无线传输方案，比如:无线LAN802.11(b)、802.11(g)、802.11(a)等技术，可以传输较高质量的视频，但它们大多都存在共同的缺点，如只能做到通视传输、定向传输，难以支持移动传输等，从而限制了视频监控系统的应用。

1.2 基于COFDM的无线视讯设备技术特点

1.2.1 可在非可视和有阻挡的环境中应用

传统的微波设备，必须在可视条件（既收发两点之间必须无阻挡）下才能建立无线链接通道，在使用中受环境制约较大。而COFDM因其多载波等技术特点，设备具有“非视距”、“绕射”传输的优势，在城区、山地、建筑物内外等不能可视及有阻挡的环境中，能够以高概率实现图像的稳定传输，不受环境影响或受环境影响小。系统采用全向天线，可以在最短的时间内架设无线传输链路，采集端和接收端也可以随意移动，不受方向的限制，系统简单、可靠，应用灵活。

1.2.2 可用于高速移动中无线传输实时图像

传统的无线LAN等设备因其技术体制的原因，无法独立实现采集端和接收端在高速的移动过程中实时传输图像。若要在移动时进行无线图像传输，通常的方案是再配置附加的“伺服稳定”装置，以解决电磁波定向、跟踪、稳定等问题，但也只能在一定条件下实现移动点对固定点的传输，并且图像常常会出现中断，严重影响传输接收的效果。而对于COFDM设备，它不需要任何附加装置，就可实现固定-移动，移动-移动间的使用，非常适合安装到移动平台上。不仅传输具有高可靠性，而且表现出很高的性价比。

1.2.3 传输带宽高，适合高码流、高画质的音视频传输

高码流、高画质的音视频数据流对编码、信道速率要求十分高。一般的数字微波，扩频微波传输链路中，虽然采用MPEG-2编码，但信道多采用2M速率，而图像压缩码流只有1M左右，可能无法满足接收端后期音视频分析、存储、编辑等要求。COFDM技术每个子载波可以选择QPSK、16QAM、64QAM等高速调制，合成后的信道速率一般均大于4Mbps，因此，可以传输MPEG-2中4:2:0、4:2:2等高质量编解码图像，接收后的图像质量接近DVD画质，完全可以满足接收端后期处理要求。

1.2.4 在复杂电磁环境中，COFDM具备优异的抗干扰性能

在复杂电磁环境中，使用单载波调制技术，单个衰落或干扰能够导致整个通讯链路失败，但是在多载波COFDM技术中，仅仅有很小一部分子载波会受到干扰，并且这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错，通过各个子载波的联合编码，确保传输的低误码率，具有很强的抗干扰能力。

综合上述分析，在我段办公信息网络已经联接到班组的情况下，采用基于COFDM技术的无线移动多媒体技术，在调度中心增加这一“千里眼”，就可以让调度指挥人员对现场情况了如指掌，无论是对于故障处理、施工天窗组织实施或应急抢险都是如虎添翼。

2 系统设计

2.1 系统功能概述

无线移动多媒体应急指挥系统是一套应用于铁路运输领域的移动-固定式宽带图像/声音传输设备，由背负式可移动发射机、远端接收机和调度指挥中心构成。其中背负式发射机主要完成将摄像机的图像和声音编码调制发射功能，远端接收机完成音视频信号的接收、解调和解码并还原为图像和声音，可实时存储。调度指挥中心通过中心视频语音处理软件，根据需要调用各站的实时图像或历史图像。车间也可以通过网络调用各站本地存储的视频，供分析总结。通过该系统，段和车间不仅能增加对现场生产状态的了解，还能为各种应急处理提供更准确直观的信息，有利于调度指挥人员做出更科学、更有针对性的决断，更有效地保障行车安全。

系统主要特性如下所示：

（1）系统工作频段为 320～530(MHz)，信道带宽为 2、4、8MHz可选。避免各种可能的铁路无线信道干扰。

（2）系统工作为单工方式（单向语音）/FDD双工方式(双向语音)。

（3）系统在空中接口上，采用COFDM 调制方式。

（4）背负式发射机的视频采集为红外摄像头，能在夜间使用。

（5）背负式发射机的音视频采集设备不依赖双手。

2.2 系统详细设计

2.2.1 系统组成原理

利用COFDM技术，发射机和接收机都在移动时仍能可靠工作，而我们一般采用接收机固定（放置在信号机械室或班组值班室内），背负式发射机可在最大传输距离内任意移动。这样设计即可以解决站场室外设备的检查保养、应急处理，还能利用我段已经连接到班组的铁路办公信息网络，保证音视频的图像的质量，增加系统的稳定性，减少投资。系统组成如图1所示。