3G在城市监控救援中的应用

2011-08-15崔乐考

科技传播 2011年4期

崔乐考

济南市公安消防支队，山东济南 250101

围绕重大危险源，突发的事件和自然灾害，构建实现图像、语音、数据的实时传输，机动直观、反应快速的城市视频监控指挥系统，通过对资源的优化组合，形成跨平台可视监控指挥体系，能有效地增强城市监控和处置重特大灾害事故的正确决策、快速反应、统一指挥、协同作战能力。第三代移动通信技术的发展应用，为我们建立视频监控指挥系统奠定了坚实的通信技术基础。

1 3G移动通信技术的特点

3G指是将无线通信与互联网通信等结合的第三代移动通信技术。CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA被认为是3G的三大主流应用技术标准。在技术上cdma2000和WCDMA是FDD的标准，而TD-SCDMA则是一个TDD标准。

1.1 CDMA2000

CDMA2000是从CDMA1演进而来的第三代移动通信技术。CDMA2000标准是一个体系结构，称为CDMA2000 family，它同样还包含一系列的子标准。其技术特点如下：前反向同时采用导频辅助相干解调；在扩频码选择采用相同M序列，通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户；射频带宽从1.25MHz到20MHz可调；快速前向和反向功率控制；下行信道中采用公共连续导频方式进行相干检测，提高系统容量；在下行信道传输中，定义直扩和多载波传输两种方式，码片速率分别为3.6864Mcps和1.22Mcps，多载波方式能很好地兼容IS-95网络；支持F-QPCH，可延长手机待机时间;核心网络给予ANSI-41网络的演进，并保持与ANSI-41网络的兼容性；支持软切换和更软切换；设计了两类码复用业务信道，基本信道用于传送语音、信令和低速数据，是一个可变速率信道，补充信道用以传送高速率数据，在分数据传送上应用了ALOHA技术，改善传输性能；在同步方式上CDMA2000与IS-95相同，基站间同步采用GPS方式。

CDMA2000继承了IS-95窄带CDMA系统的技术特点，可以在窄带CDMA网络中更换或增加部分网络设备过渡到3G。

1.2 WCDMA

WCDMA的主要技术指标是支持高速数据传输（慢速移动时384kb/s，室内走动时2Mb/s），异步BS，支持可变速传输，帧长10ms，码片速率3.84Mb/s。其主要特点如下：支持异步和同步的基站运行方式，组网方便、灵活；上行为BPSK，下行为QPSK;解调方式：导频辅助的相干解调；采用DS-CDMA接入方式；在话音信道采用卷积码（R=1/3，K=9）进行内部编码和Veterbi解码，在数据信道采用ReedSolomon编码，在控制信道采用卷积码（R=1/2，K=9）进行内部编码和Veterbi解码；适应多种速率的传输，可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源，同时对多速率、多媒体的业务可通过改变扩频比（对于低速率的32kb/s、64kb/s、128kb/s的业务）和多码并行传送（对于高于128kb/s的业务）的方式来实现；上、下行快速、高效的功率控制大大减少了系统的多址干扰，提高了系统容量，同时也降低了传输的功率；核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与GSM/GPRS网络的兼容性；BTS之间无需同步因BS可收发异步的PN码，即BS可跟踪对方发出的PN码，同时MS也可用额外的PN码进行捕获与跟踪，因此可获得同步，来支持越区切换及宏分集，而在BTS之间无需进行同步；支持软切换和更软切换：扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换。

WCDMA继承了第二代移动通信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点，标准化进展顺利，网络运营商可以通过在GSM网络上引入GPRS网络设备和新业务，培育数据业务消费群体，逐步过渡到3G。

1.3 TD-SCDMA

TD-SCDMA较前两种技术标准略显稚嫩，其主要技术特点如下：

信号带宽为1.23MHz；码片速率为1.28Mchip/s；采用智能天线技术，提高了频谱效率；采用同步CDMA技术，降低上行用户间的干扰和保持时隙宽度；接收机和发射机采用软件无线电技术；采用联合检测技术，降低多址干扰；多时隙，具有上下行不对称信道分配能力，适应数据业务；采用接力切换，降低掉话率，提高切换的效率；语音编码：AMR与GSM兼容；核心网络基于GSM/GPRS网络的演进，并保持与它们的兼容性；基站间采用GPS或者网络同步方式，降低基站间干扰。

2 3G视频监控指挥系统

2.1 系统基本流程

通过3G公共网络或因特网（专网）加3G公共网络，连接城市监控指挥中心、单位、重点部位、灾害现场移动指挥中心及各个单兵等移动或固定监控点，进行音像数据传送，达到进行实时的远程音像数据传送和移动监控指挥的目的。监控中心可以任意调看一台或多台监控设备拍摄的现场实时图像。监控中心网络视频服务器可根据线路速率及监控需要来调整图像质量和传送速率。网络视频服务器和终端设备加电启动后会自动拨号接入3G网络，保持24小时在线，远程客户直接访问视频服务器即可实现视频浏览。如果通讯连接丢失，监控设备可以快速恢复连接并且再次发送图像。终端用户可利用计算机、PDA等有线或无线监控、监视设备、通过3G来观看远程监控设备实时传回的现场图像, 也可通过因特网来观看实时图像。还可以通过网络对它进行远程设置和控制及声音对讲。

2.2 视频监控指挥组网模式

利用3G进行视频监控指挥组网非常灵活，主要有以下4种模式：

1）点对点的多媒体通信模式：3G终端设备通过通信网络基站与其他的3G终端实现一对一的通信。

2）点对多点的多媒体通信模式：3G终端设备通过通信网络基站和因特网（或专网）将多媒体信息发送到服务器，其他的3G终端设备通过通信网络基站访问该服务器，实现现一点对多点的多媒体交互通信。

3）多点对一点的多媒体通信模式：多个3G终端设备通过通信网络基站将信息同时传送到一个多媒体服务器上，实现一点同时接受多点的多媒体交互信息。

4）多点对多点的多媒体通信模式：多个3G终端设备通过通信网络基站将信息同时发送一个多媒体服务器上，多个3G终端设备通过通信网络基站同时访问多媒体服务器，实现多点之间的多媒体信息交互通信。

2.3 3G视频监控指挥系统设备的主要性能

3G主要用于网络通信或视频通话等基础应用，主要终端设备有3G手机、上网卡、3G网络摄像机、数据传输终端和3G无线网络视频服务器等。

设备支持手机所需的流媒体标准，媒体流在中心不用落地，一站直达客户端。支持TD-SCDMA、WCDMA、EVDO三种国内通信标准之一。采用视频H.264压缩编码，MPEG-4编解码技术，具备D1（图像清晰度为720×576象素）至CIF分辨率可调、根据画面内容自动调节网络编码，支持多种网络传输协议，支持动态域名解析，支持双向语音对讲，支持多路报警

联动，图像无闪烁，连续性好，可实现图像最高帧率25帧/秒（PAL制式）。

在网络上可以设置多个分控图像工作站，满足多个用户的需要，可以组成多级监控系统。方便使用、操作管理简单：既可以安装客户端软件，也可以直接通过WEB 方式进行远程监控指挥和远程管理，图形化界面。

可利用网络隧道、128位加密算法、防火墙/VPN、加密锁、权限管理、安全认证、实时时钟等技术，保证监控系统和录像资料不被越权使用和破坏。

3 在城市监控救援中的应用

3G多媒体传输主要解决了音像数据远程移动传输，可以在现场执法、监控和可视化指挥中发挥重要的作用。

1）执法人员可采用PC、PDA、手机和无盘站等多种设备通过3G移动网络接入城市监控执法系统，随时随地查阅单位的注册备案情况，对违法行为进行现场违法证据采集录入、法律文书的制作等，可有效的提高监督执法的准确性、证据的有效性、处罚的公正性。

2）利用3G多媒体传输系统建成城市远程监控系统，不仅可将各重点单位建筑物内独立的自动报警系统联网，而且综合运用数字视频监控、地理信息系统等信息技术，在监控中心内对所有联网单位、场所情况进行实时监测、对自动设施进行集中管理。同时公安监督分管人员可以远程利用3G手机、PDA等移动终端设备随时查看值班室、重点部位、重点设施的实际运行状态，实现典型的智能化视频监控系统的功能。

3）目前的现场通信主要是依靠无线语音对讲、少量数据的传输，对于现场实时图像的移动传输还不多，3G多媒体监控指挥系统可以解决现场到指挥车、指挥中心图像语音的实时传输。上级指挥员在赶往现场行使过程中可以通过3G手机、PDA或其他终端设备及时看到第一到场人员发送灾害现场的视频，使指挥员和指挥中心对现场灾情的了解更直观，实现可视化指挥，为指挥决策提供了更有力直观的依据。

4）在灾害现场可以利用多个3G单兵无线图像传输设备，近距离的将灾害现场的各个方向的图像、语音实时传回到通信指挥车、现场指挥中心和上级指挥中心，通过对灾害现场全面的了解，制定合理的救援方案。