3G在城市監(jiān)控救援中的應用

崔樂考

濟南市公安消防支隊，山東 濟南 250101

圍繞重大危險源，突發(fā)的事件和自然災害，構建實現圖像、語音、數據的實時傳輸，機動直觀、反應快速的城市視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)，通過對資源的優(yōu)化組合，形成跨平臺可視監(jiān)控指揮體系，能有效地增強城市監(jiān)控和處置重特大災害事故的正確決策、快速反應、統(tǒng)一指揮、協(xié)同作戰(zhàn)能力。第三代移動通信技術的發(fā)展應用，為我們建立視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)奠定了堅實的通信技術基礎。

1 3G移動通信技術的特點

3G指是將無線通信與互聯(lián)網通信等結合的第三代移動通信技術。CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA被認為是3G的三大主流應用技術標準。在技術上cdma2000和WCDMA是FDD的標準，而TD-SCDMA則是一個TDD標準。

1.1 CDMA2000

CDMA2000是從CDMA1演進而來的第三代移動通信技術。CDMA2000標準是一個體系結構，稱為CDMA2000 family，它同樣還包含一系列的子標準。其技術特點如下：前反向同時采用導頻輔助相干解調；在擴頻碼選擇采用相同M序列，通過不同的相位偏置區(qū)分不同的小區(qū)和用戶；射頻帶寬從1.25MHz到20MHz可調；快速前向和反向功率控制；下行信道中采用公共連續(xù)導頻方式進行相干檢測，提高系統(tǒng)容量；在下行信道傳輸中，定義直擴和多載波傳輸兩種方式，碼片速率分別為3.6864Mcps和1.22Mcps，多載波方式能很好地兼容IS-95網絡；支持F-QPCH，可延長手機待機時間;核心網絡給予ANSI-41網絡的演進，并保持與ANSI-41網絡的兼容性；支持軟切換和更軟切換；設計了兩類碼復用業(yè)務信道，基本信道用于傳送語音、信令和低速數據，是一個可變速率信道，補充信道用以傳送高速率數據，在分數據傳送上應用了ALOHA技術，改善傳輸性能；在同步方式上CDMA2000與IS-95相同，基站間同步采用GPS方式。

CDMA2000繼承了IS-95窄帶CDMA系統(tǒng)的技術特點，可以在窄帶CDMA網絡中更換或增加部分網絡設備過渡到3G。

1.2 WCDMA

WCDMA的主要技術指標是支持高速數據傳輸（慢速移動時384kb/s，室內走動時2Mb/s），異步BS，支持可變速傳輸，幀長10ms，碼片速率3.84Mb/s。其主要特點如下：支持異步和同步的基站運行方式，組網方便、靈活；上行為BPSK，下行為QPSK;解調方式：導頻輔助的相干解調；采用DS-CDMA接入方式；在話音信道采用卷積碼（R=1/3，K=9）進行內部編碼和Veterbi解碼，在數據信道采用ReedSolomon編碼，在控制信道采用卷積碼（R=1/2，K=9）進行內部編碼和Veterbi解碼；適應多種速率的傳輸，可靈活地提供多種業(yè)務，并根據不同的業(yè)務質量和業(yè)務速率分配不同的資源，同時對多速率、多媒體的業(yè)務可通過改變擴頻比（對于低速率的32kb/s、64kb/s、128kb/s的業(yè)務）和多碼并行傳送（對于高于128kb/s的業(yè)務）的方式來實現；上、下行快速、高效的功率控制大大減少了系統(tǒng)的多址干擾，提高了系統(tǒng)容量，同時也降低了傳輸的功率；核心網絡基于GSM/GPRS網絡的演進，并保持與GSM/GPRS網絡的兼容性；BTS之間無需同步因BS可收發(fā)異步的PN碼，即BS可跟蹤對方發(fā)出的PN碼，同時MS也可用額外的PN碼進行捕獲與跟蹤，因此可獲得同步，來支持越區(qū)切換及宏分集，而在BTS之間無需進行同步；支持軟切換和更軟切換：扇區(qū)間軟切換、小區(qū)間軟切換和載頻間硬切換。

WCDMA繼承了第二代移動通信體制GSM標準化程度高和開放性好的特點，標準化進展順利，網絡運營商可以通過在GSM網絡上引入GPRS網絡設備和新業(yè)務，培育數據業(yè)務消費群體，逐步過渡到3G。

1.3 TD-SCDMA

TD-SCDMA較前兩種技術標準略顯稚嫩，其主要技術特點如下：

信號帶寬為1.23MHz；碼片速率為1.28Mchip/s；采用智能天線技術，提高了頻譜效率；采用同步CDMA技術，降低上行用戶間的干擾和保持時隙寬度；接收機和發(fā)射機采用軟件無線電技術；采用聯(lián)合檢測技術，降低多址干擾；多時隙，具有上下行不對稱信道分配能力，適應數據業(yè)務；采用接力切換，降低掉話率，提高切換的效率；語音編碼：AMR與GSM兼容；核心網絡基于GSM/GPRS網絡的演進，并保持與它們的兼容性；基站間采用GPS或者網絡同步方式，降低基站間干擾。

2 3G視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)基本流程

通過3G公共網絡或因特網（專網）加3G公共網絡，連接城市監(jiān)控指揮中心、單位、重點部位、災害現場移動指揮中心及各個單兵等移動或固定監(jiān)控點，進行音像數據傳送，達到進行實時的遠程音像數據傳送和移動監(jiān)控指揮的目的。監(jiān)控中心可以任意調看一臺或多臺監(jiān)控設備拍攝的現場實時圖像。監(jiān)控中心網絡視頻服務器可根據線路速率及監(jiān)控需要來調整圖像質量和傳送速率。網絡視頻服務器和終端設備加電啟動后會自動撥號接入3G網絡，保持24小時在線，遠程客戶直接訪問視頻服務器即可實現視頻瀏覽。如果通訊連接丟失，監(jiān)控設備可以快速恢復連接并且再次發(fā)送圖像。終端用戶可利用計算機、PDA等有線或無線監(jiān)控、監(jiān)視設備、通過3G來觀看遠程監(jiān)控設備實時傳回的現場圖像, 也可通過因特網來觀看實時圖像。還可以通過網絡對它進行遠程設置和控制及聲音對講。

2.2 視頻監(jiān)控指揮組網模式

利用3G進行視頻監(jiān)控指揮組網非常靈活，主要有以下4種模式：

1）點對點的多媒體通信模式：3G終端設備通過通信網絡基站與其他的3G終端實現一對一的通信。

2）點對多點的多媒體通信模式：3G終端設備通過通信網絡基站和因特網（或專網）將多媒體信息發(fā)送到服務器，其他的3G終端設備通過通信網絡基站訪問該服務器，實現現一點對多點的多媒體交互通信。

3）多點對一點的多媒體通信模式：多個3G終端設備通過通信網絡基站將信息同時傳送到一個多媒體服務器上，實現一點同時接受多點的多媒體交互信息。

4）多點對多點的多媒體通信模式：多個3G終端設備通過通信網絡基站將信息同時發(fā)送一個多媒體服務器上，多個3G終端設備通過通信網絡基站同時訪問多媒體服務器，實現多點之間的多媒體信息交互通信。

2.3 3G視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)設備的主要性能

3G主要用于網絡通信或視頻通話等基礎應用，主要終端設備有3G手機、上網卡、3G網絡攝像機、數據傳輸終端和3G無線網絡視頻服務器等。

設備支持手機所需的流媒體標準，媒體流在中心不用落地，一站直達客戶端。支持TD-SCDMA、WCDMA、EVDO三種國內通信標準之一。采用視頻H.264壓縮編碼，MPEG-4編解碼技術，具備D1（圖像清晰度為720×576象素）至CIF分辨率可調、根據畫面內容自動調節(jié)網絡編碼，支持多種網絡傳輸協(xié)議，支持動態(tài)域名解析，支持雙向語音對講，支持多路報警

聯(lián)動，圖像無閃爍，連續(xù)性好，可實現圖像最高幀率25幀/秒（PAL制式）。

在網絡上可以設置多個分控圖像工作站，滿足多個用戶的需要，可以組成多級監(jiān)控系統(tǒng)。方便使用、操作管理簡單：既可以安裝客戶端軟件，也可以直接通過WEB 方式進行遠程監(jiān)控指揮和遠程管理，圖形化界面。

可利用網絡隧道、128位加密算法、防火墻/VPN、加密鎖、權限管理、安全認證、實時時鐘等技術，保證監(jiān)控系統(tǒng)和錄像資料不被越權使用和破壞。

3 在城市監(jiān)控救援中的應用

3G多媒體傳輸主要解決了音像數據遠程移動傳輸，可以在現場執(zhí)法、監(jiān)控和可視化指揮中發(fā)揮重要的作用。

1）執(zhí)法人員可采用PC、PDA、手機和無盤站等多種設備通過3G移動網絡接入城市監(jiān)控執(zhí)法系統(tǒng)，隨時隨地查閱單位的注冊備案情況，對違法行為進行現場違法證據采集錄入、法律文書的制作等，可有效的提高監(jiān)督執(zhí)法的準確性、證據的有效性、處罰的公正性。

2）利用3G多媒體傳輸系統(tǒng)建成城市遠程監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可將各重點單位建筑物內獨立的自動報警系統(tǒng)聯(lián)網，而且綜合運用數字視頻監(jiān)控、地理信息系統(tǒng)等信息技術，在監(jiān)控中心內對所有聯(lián)網單位、場所情況進行實時監(jiān)測、對自動設施進行集中管理。同時公安監(jiān)督分管人員可以遠程利用3G手機、PDA等移動終端設備隨時查看值班室、重點部位、重點設施的實際運行狀態(tài)，實現典型的智能化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能。

3）目前的現場通信主要是依靠無線語音對講、少量數據的傳輸，對于現場實時圖像的移動傳輸還不多，3G多媒體監(jiān)控指揮系統(tǒng)可以解決現場到指揮車、指揮中心圖像語音的實時傳輸。上級指揮員在趕往現場行使過程中可以通過3G手機、PDA或其他終端設備及時看到第一到場人員發(fā)送災害現場的視頻，使指揮員和指揮中心對現場災情的了解更直觀，實現可視化指揮，為指揮決策提供了更有力直觀的依據。

4）在災害現場可以利用多個3G單兵無線圖像傳輸設備，近距離的將災害現場的各個方向的圖像、語音實時傳回到通信指揮車、現場指揮中心和上級指揮中心，通過對災害現場全面的了解，制定合理的救援方案。

4 使用中注意的問題

1）3G移動通信網覆蓋范圍廣、使用方便，但是與有線網絡相比抗干擾性能差、帶寬窄在有線網絡到達的地方盡量使用有線鏈路。

2）3G移動通信網在一定范圍內基站數量有限，帶寬容量有限，災害現場當大量的移動終端聚集時可能引起網絡帶寬不穩(wěn)定、變化大，造成網絡堵塞發(fā)生。

3）高質量無線圖像傳輸要求相對較高帶寬，可采用2卡甚至多卡捆綁有效增加帶寬。

5 結論

隨著3G移動通信網絡的不斷發(fā)展完善，新的3G系統(tǒng)設備不斷出現，3G在城市管理和應急救援指揮中的應用將越來越多，會有力地促進城管、治安、消防、工商等執(zhí)法工作的規(guī)范化，提高城市管理和應急救援的處置水平。

[1]劉良華.移動通信技術[M].北京：科學出版社，2009，4.

[2]梁篤國，張艷霞，鄭澤民，曹寧.網絡視頻監(jiān)控技術及應用[M].北京：人民郵電出版社，2009，9.

[3]陳芳烈，章燕翼.現代電信百科[M].杭州：浙江科學技術出版社，2001，10.

[4]GB50401_2007.消防通信指揮系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范[S].