基于多卡绑定单兵通信的地震灾情获取平台设计探讨

黎斌 李正 曾文敬 江西省地震局 南昌市 330026

0 引言

破坏性地震发生后会对地震通信设施造成破坏，导致地震通信受阻，对灾情信的传递、救援力量和救援物资的分配造成很大的障碍,给救灾工作的开展带来很大困难[1-2]。为适应新时期处理地震灾情任务要求，加强对地震突发事件灾害现场应急通信保障能力，提高应对突发事件及救援力量的可视化指挥调度能力。为此，基于3G/4G网络和卫星网络的无线视频传输应急指挥解决方案，以及先进技术支撑的灾情获取应急通信队伍，实现在任何地方都能够及时提供应急通信保障，最终满足应急指挥的可视化需求。

地震灾情获取平台是面向地震现场的灾情信息管理系统。灾情发生后，第一时间采用航拍图传系统，摄像机、移动智能手机、平板等移动通讯设备，基于3G/4G移动通信网络、WiFi无线通信网络、便携式卫星通信网络，采用实时音视频传输技术、地理信息技术、多媒体信息采集技术、即时信息互动技术、信息推送技术等先进技术，实现生动直观的现场视频通讯、专业立体的调查分析、灵活多变的沟通互动等地震灾情速报工作新模式。本文主要对基于多卡绑定单兵通信的地震灾情获取平台设计探讨。

1 多卡绑定单兵通信设备分析

多卡绑定单兵通信设备（以下简称“单兵通信设备”）在地震应急救援，灾情科考等方面有广泛的应用，是重大自然灾害及突发事件应急处理的常备设备，在各行各业都有广泛的应用。

单兵通信设备将前方摄像机拍摄的现场视频通过运营商的3G/4G网络发送到后端3G/4G指挥调度服务平台，单兵通信设备支持SDI、CVBS、HDMI多种信号输入，采用先进的H.264压缩方式，支持全高清1080P格式。同时，也具备前后方的语音双向通话功能，以及将卫星定位信息回传至后端指挥调度中心，实现前端设备的精确定位。

单兵通信设备具有设备便携小巧，支持多卡多运营商（移动、联通和电信的3G/4G卡）混插（捆绑）模式，支持全高清1080P格式传输，支持卫星定位及双向语音对讲功能。

单兵通信设备可接入摄像机信号，可通过自身的3G/4G或者便携式卫星站的节点WIFI将信号同步传送到后方地震应急指挥中心，来协调指挥前方的工作。

2 多卡绑定单兵通信的地震灾情获取平台设计

2.1 多卡绑定单兵通信设备

通过内置的3G/4G信号卡，借助多卡捆绑多运营商共享优势，压缩编码把现场高清信号传输至省地震应急指挥中心，便于指挥中心可以清晰准确判断现场情况，利用现场不同的采集信号源，如摄像机、无人机、手机现场画面，通过多卡绑定单兵通信设备实时传输至省地震应急指挥中心，并可通过解码方式分发到指挥大屏。

现场音视频通过高清接口连接至多卡绑定单兵通信设备，多卡绑定单兵通信设备通过内置的3G/4G信号卡，借助运营商网络，传输高清图像及音频至省地震应急指挥中心，通过单兵通信设备系统客户端及专用软件，将摄像机视频画面进行大屏显示，音频进行扩声显示。

2.2 平台网络拓扑图

图1 平台网络拓扑图

2.3 平台设计

多卡绑定单兵通信设备将摄像机等信源采集的信号进行编码，通过3G/4G/WIFI等方式将视音频数据传输到后端服务器，服务器整合前端传输的信号，并输出TS流到解码器，解码器解码输出SDI基带信号，SDI信号输出大屏监看或收录。

单兵通信设备传输系统组成如图2所示。

图2 多卡绑定单兵通信设备传输系统组成

前端设备要求防护性好，适应颠簸环境，采集视频并实施回传。网络设备支持3G/4G网络，多手机卡捆绑，同时支持多种制式网络，并要求前端采集传输设备无线带宽大，稳定性能好，以此保证在各种应急突发现场可以稳定工作。指挥中心设备搭建布控型监控设备，使得指挥中心与前端双向视频，前端采集的视频需通过解码器解码后可以在大屏观看。

3 多卡绑定单兵通信的地震灾情获取平台设计的几个特性

3.1 先进性

3.1.1 多网络、多运营商、多链路捆绑传输技术

系统采用先进的多网络、多运营商、多链路捆绑传输技术，可以整合卫星带宽、4G网络将单个传输设备的多个传输链路进行捆绑，能够很好的解决一定区域内3G/4G用户过多造成的运营商网络带宽不足等常见问题，此技术具有如下特点：

多通道同时工作（3G/4G和卫星带宽），可以分担带宽，降低单通道传输压力，对抗传输的不移定性；多卡互为备份，单卡掉线后自动重连，自动恢复，重连过程中由其他卡分担带宽；多运营商互为备份，弥补单运营商信号覆盖范围不足的问题；

图3 多卡多运营商捆绑码率

多卡及多运营商绑定以后能突破单卡的带宽限制，实现更高带宽（高码率）传输，同时允许用户后台控制，手动/自动选择单个或多个传输信道。

混合运营商捆绑传送模式示意图如图4所示：

图4 多卡多运营商捆绑传输示意图

3.1.2 高清广播级画质

从前端现场画面的高清采集，到后端指挥人员、指挥中心的高清呈现，在网络坏境有限的情况，系统采用H.264编解码技术及优化的动态网络传输技术，也可高清呈现，为指挥人员更好的判断现场情况与协同作战提供了真实、有效的判断依据，多种视频格式自适应，可灵活应对不同采集设备、输出设备。

系统画质直观效果如下图5所示（左为其他传输产品、右为本方案传输产品）

图5 系统画质直观效果

3.1.3 信源信道联合编码

系统根据网络情况调整编码，提升对网络环境的适应性，保证传输画面的流畅性。解决了公众网络环境不可靠，传输效果不理想的问题。

3.2 支持Hotspot功能

多卡绑定单兵通信设备可通过WIFI共享3G/4G/LAN网络给现场手机/Pad/笔记本电脑上网。现场手机/Pad/笔记本电脑反过来可通过该网络连接到设备，方便的进行参数控制和状态查看，可显示每张卡的制式、信号强度等信息，以及每张卡的码率和总码率等。

图6 多卡绑定单兵通讯共享方式

3.3 可靠性

多卡绑定单兵通信设备采用多网络、多运营商、多链路捆绑传输，解决对于一定区域内3G/4G用户过多，运营商网络带宽不足等问题，对抗传输的不稳定性。

系统支持CBR（固定码率编码）和VBR（动态码率编码）两种编码方式，动态码率时可根据网络实时调整编码码率，以保障流畅性。

信源信道联合编码，根据网络情况调整编码，提升对网络环境的适应性，保证传输画面的流畅性，解决了公众网络环境不可靠，传输效果不理想的问题。

支持高强度的纠错机制，保障传输稳定连续，设备支持冗余配置，减少单个设备遇到通信故障造成的整个通信链路中断。

4 结束语

本文主要探讨了基于多卡绑定单兵通信的地震灾情获取平台的设计方案，通过该平台的建立将实现江西省地震应急指挥中心指导市、县防震减灾工作，对省级以下（含省级）地震台站实行统一规划、资源共享、处理震情突发事件，和向公众提供社会紧急救助服务的联合行动平台,从而在防震减灾工作中发挥出一定的社会服务效应。