廈門(mén)兩類(lèi)地震現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)圖像傳輸系統(tǒng)的對(duì)比分析

卓 群,潘震宇,劉仲達(dá),丁俊芳

(廈門(mén)市地震遙測(cè)中心,福建廈門(mén) 361003)

廈門(mén)兩類(lèi)地震現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)圖像傳輸系統(tǒng)的對(duì)比分析

卓 群,潘震宇,劉仲達(dá),丁俊芳

(廈門(mén)市地震遙測(cè)中心,福建廈門(mén) 361003)

地震現(xiàn)場(chǎng)圖像傳輸對(duì)于全面了解震災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況有著重要作用。通過(guò)對(duì)廈門(mén)市地震局兩套地震現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)圖像傳輸系統(tǒng)進(jìn)行比較,提出改進(jìn)設(shè)想。

地震現(xiàn)場(chǎng);圖像;傳輸系統(tǒng);分析;廈門(mén)

0 引言

破壞性地震發(fā)生后,政府最主要的職能就是做好地震應(yīng)急決策,及時(shí)開(kāi)展應(yīng)急救援工作。決策則需要各種基礎(chǔ)信息的支持,其中地震災(zāi)害動(dòng)態(tài)視頻信息是最重要的內(nèi)容。直觀、連續(xù)、生動(dòng)的動(dòng)態(tài)圖像,對(duì)于政府部門(mén)和專(zhuān)家全面了解震災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況有著無(wú)可替代的作用,是政府部門(mén)應(yīng)急決策的重要依據(jù)。地震現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)圖像處理傳輸技術(shù)是目前重要的技術(shù)研究之一[1-4]。

廈門(mén)市地震局近幾年對(duì)地震現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)圖像傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了探索,并形成了兩種實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案,以下就這兩種實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析,并提出有關(guān)改進(jìn)設(shè)想。

1 地震現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)圖像傳輸系統(tǒng)需求分析

1.1 系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性需求

由于地震災(zāi)害具有突發(fā)性,無(wú)法像交通監(jiān)控或現(xiàn)場(chǎng)直播那樣建立許多固定或相對(duì)固定的中繼站,必須建立相對(duì)小型的可移動(dòng)的車(chē)載通信中繼。

1.2 通信的可靠性需求

為保證在復(fù)雜的災(zāi)情面前信息傳遞能通暢可靠,信息傳輸手段的選擇應(yīng)考慮在現(xiàn)有公用通信手段遭受破壞情況下仍能保證通信暢通,因此必須提供微波或者衛(wèi)星的傳輸通道。微波通信方式必須考慮城市建筑及地形對(duì)圖像傳回指揮中心的遮擋作用及各種電磁干擾的影響,應(yīng)選擇具有較強(qiáng)繞射性能同時(shí)受干擾不大的頻段。

1.3 技術(shù)相對(duì)先進(jìn)性的需求

2 微波圖像傳輸方式

2.1 微波圖像傳輸方式總體框架

微波圖像傳輸方式分為2個(gè)部分:①現(xiàn)場(chǎng)微波圖像傳輸。工作人員攜帶輕便的圖像拍攝系統(tǒng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng),通過(guò)攝像發(fā)射機(jī),用無(wú)線(xiàn)發(fā)送的方式將圖像傳送到現(xiàn)場(chǎng)指揮車(chē)上并顯示出來(lái),同時(shí)也將實(shí)施行動(dòng)錄像以固件(錄像帶)形式存儲(chǔ);②數(shù)傳圖像(現(xiàn)場(chǎng)指揮車(chē)至指揮中心)傳輸。指揮車(chē)上的實(shí)時(shí)圖像(模擬信號(hào)),通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式(轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)發(fā)送),或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)接駁寬帶等有線(xiàn)方式傳回指揮中心,供更高一層次的決策人員參考。指揮車(chē)裝備有可伸縮的直立天線(xiàn),最大高度10m。指揮中心接收使用全向四環(huán)陣天線(xiàn)(圖1)。

圖1 微波圖像傳輸方式總體框架圖

2.2 主要設(shè)備選型

(1)現(xiàn)場(chǎng)圖像實(shí)時(shí)傳輸選用國(guó)產(chǎn) KD1100L信道機(jī),工作頻率為1275MHz。一般情況下,取發(fā)射功率-29dbm,隨機(jī)小型拉桿天線(xiàn)增益 Gt=0db,指揮車(chē)接收天線(xiàn)(螺旋定向)增益 Gr=10db,無(wú)阻擋狀態(tài)下,極限靈敏度取-95dbm,理論上可傳送距離79km,一般可靠靈敏度(取-70dbm)理論上可傳送距離可達(dá)4.5km?？紤]現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件及其他損耗,在1km范圍內(nèi)應(yīng)可以保證有效傳送信號(hào)。

(2)數(shù)字信道機(jī)選用美國(guó)L EDR-400S型機(jī),工作頻率為375.025MHz和385.025MHz,標(biāo)準(zhǔn)輸出功率30dbm,八木發(fā)射天線(xiàn),增益 Gt=6db,中心臺(tái)網(wǎng)接收采用全向四環(huán)陣天線(xiàn),接收天線(xiàn)增益 Gr=10db,接收極限靈敏度Prmin=100dbm,在阻擋不嚴(yán)重的情況下,理論上可以保證傳輸距離10km以上。

(3)視頻數(shù)據(jù)處理調(diào)制解調(diào)器選用德國(guó)VCS公司VIDE J ET系列產(chǎn)品,速率1024kbps。

(4)信號(hào)轉(zhuǎn)換配用交換機(jī)及頻道分配器,可同時(shí)接8個(gè)接口,使現(xiàn)場(chǎng)或中心均能方便接入寬帶網(wǎng)、電腦或其他顯示設(shè)備,互不干擾。

2.3 實(shí)際使用效果

(1)現(xiàn)場(chǎng)微波圖像傳輸。在車(chē)臺(tái)與攝像機(jī)相距百米,并且相隔三、四堵墻壁的情況下,圖像質(zhì)量清晰,但偶有網(wǎng)紋或馬賽克干擾;現(xiàn)場(chǎng)工作人員攜帶設(shè)備進(jìn)入演練現(xiàn)場(chǎng)兩堵倒塌的樓板下面時(shí),傳回的圖像仍清晰但有雪花干擾。實(shí)測(cè)中,攝像發(fā)射機(jī)與車(chē)臺(tái)在無(wú)阻攔情況下,保持圖像清晰無(wú)干擾,最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)8km。

(2)車(chē)臺(tái)至指揮中心圖像傳輸。使用無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí),在現(xiàn)場(chǎng)附近選擇相對(duì)開(kāi)闊沒(méi)有直接遮擋或甚至與中心存在直視的城市樓群間隙,輔之越野車(chē)上的高架天線(xiàn)(可升至10m并轉(zhuǎn)動(dòng)方向),通過(guò)微調(diào),在全市6個(gè)區(qū)均能實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高質(zhì)量的圖像傳輸,但受到鄰近通行車(chē)輛的干擾也明顯(出現(xiàn)瞬間馬賽克或紋線(xiàn)雪花)。如果附近有強(qiáng)電磁干擾,例如在漳州廈門(mén)大學(xué)校區(qū)測(cè)試時(shí),明顯受到漳州港區(qū)碼頭調(diào)度通訊電磁干擾,出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象相對(duì)較多。

3 海事衛(wèi)星圖像傳輸方式

2009年廈門(mén)局另外建立了一套采用Inmarsat-BGAN系統(tǒng)加視頻終端的圖像傳輸系統(tǒng),以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式組網(wǎng)。Inmarsat-BGAN系統(tǒng)屬于海事衛(wèi)星通信系統(tǒng),是目前世界上最先進(jìn)的移動(dòng)衛(wèi)星通信設(shè)備。同其他衛(wèi)星通信系統(tǒng)最大的區(qū)別:它具有寬帶業(yè)務(wù),能夠同陸地 IP數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái),充分利用IP網(wǎng)絡(luò)組建一個(gè)用戶(hù)自己的獨(dú)立的局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

3.1 海事衛(wèi)星圖像傳輸方式總體框架

海事衛(wèi)星圖像傳輸方式同樣分為2個(gè)部分。①現(xiàn)場(chǎng)有線(xiàn)圖像傳輸。工作人員攜帶輕便的圖像拍攝系統(tǒng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng),通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)將圖像傳送到現(xiàn)場(chǎng)指揮車(chē)上的視頻服務(wù)器,同時(shí)也將實(shí)施行動(dòng)錄像以固件(硬盤(pán))形式存儲(chǔ);②數(shù)傳圖像(車(chē)臺(tái)至指揮中心)傳輸。指揮車(chē)上視頻服務(wù)器與海事衛(wèi)星設(shè)備BGAN700連接,通過(guò)海事衛(wèi)星傳到指揮中心,供更高一層次的決策人員參考。指揮中心使用與現(xiàn)場(chǎng)指揮車(chē)相配套的海事衛(wèi)星設(shè)備及視頻服務(wù)終端接收?qǐng)D像(圖 2)。

圖2 海事衛(wèi)星圖像傳輸方式總體框架圖

3.2 主要設(shè)備選型

(1)海事衛(wèi)星終端設(shè)備選用 BGAN700。BGAN700支持2種IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù):①標(biāo)準(zhǔn)IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),使用共享數(shù)據(jù)通道時(shí)發(fā)送和接收速率最高均可達(dá)492kbps;②高級(jí)IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(保證速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)),發(fā)送和接收均有32,64,128,256kbps 4種速率可選。

(2)視頻服務(wù)器選用瑪雅可視電話(huà)。支持H.264等多種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn);幀速率:25fps(PAL制式),30fps(NTSC制式);最高支持704×576像素視頻分辨率;提供RJ-11和RJ-45兩種網(wǎng)絡(luò)接口;外部接口:支持RCA視頻輸入或其他與數(shù)碼攝像機(jī)連接輸入方式,支持RCA視頻輸出或其他視頻輸出方式,帶 USB2.0標(biāo)準(zhǔn)接口、標(biāo)準(zhǔn) SD卡和MMC卡接口。

3.3 實(shí)際使用效果

(1)現(xiàn)場(chǎng)圖像傳送。由于攝像機(jī)與視頻服務(wù)器之間通過(guò)視頻線(xiàn)連接,視頻服務(wù)器與海事衛(wèi)星終端設(shè)備之間通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接,受接線(xiàn)長(zhǎng)度限制,攝像機(jī)移動(dòng)范圍受到限制,現(xiàn)場(chǎng)工作范圍僅限于指揮車(chē)附近。

(2)車(chē)臺(tái)至指揮中心圖像傳輸。車(chē)臺(tái)至指揮中心通過(guò)衛(wèi)星信道進(jìn)行傳輸,理論上不受距離限制,在現(xiàn)場(chǎng)附近選擇相對(duì)開(kāi)闊地方架設(shè)BGAN設(shè)備,在全市6個(gè)區(qū)均能實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高質(zhì)量的圖像傳輸。此外通過(guò)Inmarsat-BGAN系統(tǒng)提供的寬帶業(yè)務(wù),還可直接將攝像機(jī)硬盤(pán)上的視頻通過(guò)文件傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至指揮中心。

4 兩種傳輸方式的對(duì)比

兩種方案均能滿(mǎn)足在廈門(mén)市行政區(qū)范圍內(nèi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)圖像通過(guò)指揮車(chē)中轉(zhuǎn)向指揮中心單向傳送的要求,但是各自仍存在不同特點(diǎn)。

(1)現(xiàn)場(chǎng)圖像傳輸部分。微波圖像傳輸采用無(wú)線(xiàn)方式,使得現(xiàn)場(chǎng)人員攜帶攝像機(jī)活動(dòng)范圍更大,指揮車(chē)也更易于在現(xiàn)場(chǎng)附近選擇相對(duì)開(kāi)闊較少遮擋的地點(diǎn)進(jìn)行中轉(zhuǎn)傳輸,更有利于現(xiàn)場(chǎng)情況的了解及指揮,完全能滿(mǎn)足系統(tǒng)需求分析中活動(dòng)范圍100m的要求;而衛(wèi)星圖像傳輸采用有線(xiàn)方式,攝像機(jī)活動(dòng)范圍受到極大限制,如遇到現(xiàn)場(chǎng)破壞較為復(fù)雜的情況,難于滿(mǎn)足需求分析中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)范圍的要求。

(2)車(chē)臺(tái)至指揮中心傳輸部分。微波圖像傳輸受地形及外界干擾影響較大,并且隨著城市電磁環(huán)境的惡化,可用的傳輸頻段越來(lái)越少;而衛(wèi)星傳輸具有不受距離、地形影響,干擾小的特點(diǎn),因此傳輸質(zhì)量較有保證,但是衛(wèi)星傳輸又存在延時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。

(3)現(xiàn)場(chǎng)上網(wǎng)傳送文件。微波傳輸方式雖然留有寬帶接口,但是現(xiàn)場(chǎng)基本無(wú)法提供與之匹配的寬帶傳輸條件。BGAN海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有寬帶業(yè)務(wù),能夠同陸地IP數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái),充分利用IP網(wǎng)絡(luò)組建一個(gè)用戶(hù)自己的獨(dú)立的局域網(wǎng)絡(luò)或者與Internet公網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)。

(4)費(fèi)用的比較。微波傳輸方式費(fèi)用大部分為一次性費(fèi)用;而衛(wèi)星傳輸方式除一次性投入設(shè)備費(fèi)用外,還有數(shù)據(jù)傳輸及月租金等費(fèi)用。

5 地震現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)圖像傳輸系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)想

鑒于以上2種傳輸方式優(yōu)缺點(diǎn),筆者建議揚(yáng)長(zhǎng)避短,將2種傳輸方式進(jìn)行結(jié)合:即在現(xiàn)場(chǎng)圖像傳輸采用微波方式,而車(chē)臺(tái)至地震指揮中心傳輸采用衛(wèi)星傳輸方式。

整個(gè)系統(tǒng)包括應(yīng)急通信指揮中心、移動(dòng)應(yīng)急車(chē)、現(xiàn)場(chǎng)背負(fù)設(shè)備、便攜式攝像機(jī)和應(yīng)急傳輸網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)?shù)卣鹞丛斐捎芯€(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓時(shí),通信指揮中心采用專(zhuān)線(xiàn)或Internet公網(wǎng)接入到海事衛(wèi)星地面站。而一旦出現(xiàn)原有有線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓,現(xiàn)場(chǎng)圖像經(jīng)海事衛(wèi)星地面站落地后,仍通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā),并通過(guò)固定式海事衛(wèi)星設(shè)備接入應(yīng)急中心。一旦需要進(jìn)行地震現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,移動(dòng)應(yīng)急車(chē)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng),現(xiàn)場(chǎng)人員攜帶無(wú)線(xiàn)圖傳設(shè)備將現(xiàn)場(chǎng)圖像傳回通信指揮車(chē),應(yīng)急通信車(chē)通過(guò)海事衛(wèi)星設(shè)備接入應(yīng)急傳輸網(wǎng)絡(luò),將現(xiàn)場(chǎng)圖像和車(chē)載攝像機(jī)(便攜攝像機(jī))圖像回傳應(yīng)急指揮中心,并隨時(shí)等候接收中心的指令,實(shí)施緊急預(yù)案。整個(gè)系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)指揮所和指揮中心2個(gè)部分,并分別實(shí)現(xiàn)以下功能:

(1)現(xiàn)場(chǎng)指揮功能:實(shí)現(xiàn)地震現(xiàn)場(chǎng)與地震指揮中心網(wǎng)絡(luò)互聯(lián);采集地震現(xiàn)場(chǎng)音視頻數(shù)據(jù)并即刻回傳現(xiàn)場(chǎng)指揮所,數(shù)據(jù)同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)至地震指揮中心;接收應(yīng)急中心的音視頻數(shù)據(jù);與應(yīng)急中心互通電話(huà)和傳真(圖3)。配備無(wú)線(xiàn)視頻傳輸設(shè)備,攜帶方便,操作簡(jiǎn)便,可實(shí)現(xiàn)單人背負(fù),深入現(xiàn)場(chǎng)一線(xiàn)。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)指揮系統(tǒng)圖

(2)指揮中心功能:實(shí)現(xiàn)與事故現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)互連;提供數(shù)據(jù)、視頻、監(jiān)控和語(yǔ)音等平臺(tái)接入,為領(lǐng)導(dǎo)提供決策的輔助資源;遠(yuǎn)程控制車(chē)載攝像機(jī),并在本地錄制、回放圖像(圖4)。

圖4 地震指揮中心系統(tǒng)框圖

6 幾點(diǎn)思考

(1)視頻終端的選型

視頻終端應(yīng)具有較高傳輸分辨率,支持多種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)(如 H.261,H.263,H.263+,H.263++(自然視頻)、H.264等),具有多種通信接口,自帶后備電源,便于個(gè)人攜帶和野外操作,具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。

(2)指揮車(chē)到指揮中心傳輸方式的選擇

衛(wèi)星傳輸方式具有距離遠(yuǎn)、通信質(zhì)量好、可靠性高、傳輸環(huán)節(jié)少,不受地理?xiàng)l件和氣象的影響等優(yōu)點(diǎn),但是衛(wèi)星傳輸費(fèi)用昂貴、延時(shí)長(zhǎng)。因此,應(yīng)使系統(tǒng)具有衛(wèi)星、CDMA、3G等多種傳輸方式可供選擇,以滿(mǎn)足各種條件下的使用要求。

[1] 張玲,王希波,李永紅,等.城市地震應(yīng)急管理中的組織與過(guò)程分析[J].華北地震科學(xué),2007,25(3):53-57.

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Contrastive Analysis of Two Earthquake Dynamic Image Transmission Systems in Xiamen

ZHUO Qun,PAN Zhen-yu,LIU Zhong-da,DIN GJun-fang
(Xiamen Digital Seismic Telemetering Center,Xiamen 361003,Fujian Province,China)

It is very important to transmit images of earthquake field in time for comprehensively understanding seismic hazard.In this paper,the two earthquake image transmission systems in earthquake administration of Xiamen are contrastive analyzed and some constructive suggestions are also proposed.

earthquake,image,transmission system,analysis,Xiamen

P315.62

A

1003-1375(2010)04-0064-04

2010-05-07

卓群(1975-),男(漢族),福建廈門(mén)人,廈門(mén)市地震遙測(cè)中心工程師,主要從事地震監(jiān)測(cè)與地震應(yīng)急工作.E-mail:5901495@qq.com