基于多卡綁定單兵通信的地震災(zāi)情獲取平臺設(shè)計(jì)探討

黎斌 李正 曾文敬 江西省地震局 南昌市 330026

0 引言

破壞性地震發(fā)生后會對地震通信設(shè)施造成破壞，導(dǎo)致地震通信受阻，對災(zāi)情信的傳遞、救援力量和救援物資的分配造成很大的障礙,給救災(zāi)工作的開展帶來很大困難[1-2]。為適應(yīng)新時(shí)期處理地震災(zāi)情任務(wù)要求，加強(qiáng)對地震突發(fā)事件災(zāi)害現(xiàn)場應(yīng)急通信保障能力，提高應(yīng)對突發(fā)事件及救援力量的可視化指揮調(diào)度能力。為此，基于3G/4G網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的無線視頻傳輸應(yīng)急指揮解決方案，以及先進(jìn)技術(shù)支撐的災(zāi)情獲取應(yīng)急通信隊(duì)伍，實(shí)現(xiàn)在任何地方都能夠及時(shí)提供應(yīng)急通信保障，最終滿足應(yīng)急指揮的可視化需求。

地震災(zāi)情獲取平臺是面向地震現(xiàn)場的災(zāi)情信息管理系統(tǒng)。災(zāi)情發(fā)生后，第一時(shí)間采用航拍圖傳系統(tǒng)，攝像機(jī)、移動智能手機(jī)、平板等移動通訊設(shè)備，基于3G/4G移動通信網(wǎng)絡(luò)、WiFi無線通信網(wǎng)絡(luò)、便攜式衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，采用實(shí)時(shí)音視頻傳輸技術(shù)、地理信息技術(shù)、多媒體信息采集技術(shù)、即時(shí)信息互動技術(shù)、信息推送技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生動直觀的現(xiàn)場視頻通訊、專業(yè)立體的調(diào)查分析、靈活多變的溝通互動等地震災(zāi)情速報(bào)工作新模式。本文主要對基于多卡綁定單兵通信的地震災(zāi)情獲取平臺設(shè)計(jì)探討。

1 多卡綁定單兵通信設(shè)備分析

多卡綁定單兵通信設(shè)備（以下簡稱“單兵通信設(shè)備”）在地震應(yīng)急救援，災(zāi)情科考等方面有廣泛的應(yīng)用，是重大自然災(zāi)害及突發(fā)事件應(yīng)急處理的常備設(shè)備，在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。

單兵通信設(shè)備將前方攝像機(jī)拍攝的現(xiàn)場視頻通過運(yùn)營商的3G/4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到后端3G/4G指揮調(diào)度服務(wù)平臺，單兵通信設(shè)備支持SDI、CVBS、HDMI多種信號輸入，采用先進(jìn)的H.264壓縮方式，支持全高清1080P格式。同時(shí)，也具備前后方的語音雙向通話功能，以及將衛(wèi)星定位信息回傳至后端指揮調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)前端設(shè)備的精確定位。

單兵通信設(shè)備具有設(shè)備便攜小巧，支持多卡多運(yùn)營商（移動、聯(lián)通和電信的3G/4G卡）混插（捆綁）模式，支持全高清1080P格式傳輸，支持衛(wèi)星定位及雙向語音對講功能。

單兵通信設(shè)備可接入攝像機(jī)信號，可通過自身的3G/4G或者便攜式衛(wèi)星站的節(jié)點(diǎn)WIFI將信號同步傳送到后方地震應(yīng)急指揮中心，來協(xié)調(diào)指揮前方的工作。

2 多卡綁定單兵通信的地震災(zāi)情獲取平臺設(shè)計(jì)

2.1 多卡綁定單兵通信設(shè)備

通過內(nèi)置的3G/4G信號卡，借助多卡捆綁多運(yùn)營商共享優(yōu)勢，壓縮編碼把現(xiàn)場高清信號傳輸至省地震應(yīng)急指揮中心，便于指揮中心可以清晰準(zhǔn)確判斷現(xiàn)場情況，利用現(xiàn)場不同的采集信號源，如攝像機(jī)、無人機(jī)、手機(jī)現(xiàn)場畫面，通過多卡綁定單兵通信設(shè)備實(shí)時(shí)傳輸至省地震應(yīng)急指揮中心，并可通過解碼方式分發(fā)到指揮大屏。

現(xiàn)場音視頻通過高清接口連接至多卡綁定單兵通信設(shè)備，多卡綁定單兵通信設(shè)備通過內(nèi)置的3G/4G信號卡，借助運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，傳輸高清圖像及音頻至省地震應(yīng)急指揮中心，通過單兵通信設(shè)備系統(tǒng)客戶端及專用軟件，將攝像機(jī)視頻畫面進(jìn)行大屏顯示，音頻進(jìn)行擴(kuò)聲顯示。

2.2 平臺網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖1 平臺網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.3 平臺設(shè)計(jì)

多卡綁定單兵通信設(shè)備將攝像機(jī)等信源采集的信號進(jìn)行編碼，通過3G/4G/WIFI等方式將視音頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖朔?wù)器，服務(wù)器整合前端傳輸?shù)男盘?，并輸出TS流到解碼器，解碼器解碼輸出SDI基帶信號，SDI信號輸出大屏監(jiān)看或收錄。

單兵通信設(shè)備傳輸系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 多卡綁定單兵通信設(shè)備傳輸系統(tǒng)組成

前端設(shè)備要求防護(hù)性好，適應(yīng)顛簸環(huán)境，采集視頻并實(shí)施回傳。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持3G/4G網(wǎng)絡(luò)，多手機(jī)卡捆綁，同時(shí)支持多種制式網(wǎng)絡(luò)，并要求前端采集傳輸設(shè)備無線帶寬大，穩(wěn)定性能好，以此保證在各種應(yīng)急突發(fā)現(xiàn)場可以穩(wěn)定工作。指揮中心設(shè)備搭建布控型監(jiān)控設(shè)備，使得指揮中心與前端雙向視頻，前端采集的視頻需通過解碼器解碼后可以在大屏觀看。

3 多卡綁定單兵通信的地震災(zāi)情獲取平臺設(shè)計(jì)的幾個特性

3.1 先進(jìn)性

3.1.1 多網(wǎng)絡(luò)、多運(yùn)營商、多鏈路捆綁傳輸技術(shù)

系統(tǒng)采用先進(jìn)的多網(wǎng)絡(luò)、多運(yùn)營商、多鏈路捆綁傳輸技術(shù)，可以整合衛(wèi)星帶寬、4G網(wǎng)絡(luò)將單個傳輸設(shè)備的多個傳輸鏈路進(jìn)行捆綁，能夠很好的解決一定區(qū)域內(nèi)3G/4G用戶過多造成的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)帶寬不足等常見問題，此技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

多通道同時(shí)工作（3G/4G和衛(wèi)星帶寬），可以分擔(dān)帶寬，降低單通道傳輸壓力，對抗傳輸?shù)牟灰贫ㄐ?；多卡互為備份，單卡掉線后自動重連，自動恢復(fù)，重連過程中由其他卡分擔(dān)帶寬；多運(yùn)營商互為備份，彌補(bǔ)單運(yùn)營商信號覆蓋范圍不足的問題；

圖3 多卡多運(yùn)營商捆綁碼率

多卡及多運(yùn)營商綁定以后能突破單卡的帶寬限制，實(shí)現(xiàn)更高帶寬（高碼率）傳輸，同時(shí)允許用戶后臺控制，手動/自動選擇單個或多個傳輸信道。

混合運(yùn)營商捆綁傳送模式示意圖如圖4所示：

圖4 多卡多運(yùn)營商捆綁傳輸示意圖

3.1.2 高清廣播級畫質(zhì)

從前端現(xiàn)場畫面的高清采集，到后端指揮人員、指揮中心的高清呈現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)壞境有限的情況，系統(tǒng)采用H.264編解碼技術(shù)及優(yōu)化的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，也可高清呈現(xiàn)，為指揮人員更好的判斷現(xiàn)場情況與協(xié)同作戰(zhàn)提供了真實(shí)、有效的判斷依據(jù)，多種視頻格式自適應(yīng)，可靈活應(yīng)對不同采集設(shè)備、輸出設(shè)備。

系統(tǒng)畫質(zhì)直觀效果如下圖5所示（左為其他傳輸產(chǎn)品、右為本方案傳輸產(chǎn)品）

圖5 系統(tǒng)畫質(zhì)直觀效果

3.1.3 信源信道聯(lián)合編碼

系統(tǒng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況調(diào)整編碼，提升對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的適應(yīng)性，保證傳輸畫面的流暢性。解決了公眾網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不可靠，傳輸效果不理想的問題。

3.2 支持Hotspot功能

多卡綁定單兵通信設(shè)備可通過WIFI共享3G/4G/LAN網(wǎng)絡(luò)給現(xiàn)場手機(jī)/Pad/筆記本電腦上網(wǎng)?，F(xiàn)場手機(jī)/Pad/筆記本電腦反過來可通過該網(wǎng)絡(luò)連接到設(shè)備，方便的進(jìn)行參數(shù)控制和狀態(tài)查看，可顯示每張卡的制式、信號強(qiáng)度等信息，以及每張卡的碼率和總碼率等。

圖6 多卡綁定單兵通訊共享方式

3.3 可靠性

多卡綁定單兵通信設(shè)備采用多網(wǎng)絡(luò)、多運(yùn)營商、多鏈路捆綁傳輸，解決對于一定區(qū)域內(nèi)3G/4G用戶過多，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)帶寬不足等問題，對抗傳輸?shù)牟环€(wěn)定性。

系統(tǒng)支持CBR（固定碼率編碼）和VBR（動態(tài)碼率編碼）兩種編碼方式，動態(tài)碼率時(shí)可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)調(diào)整編碼碼率，以保障流暢性。

信源信道聯(lián)合編碼，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況調(diào)整編碼，提升對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的適應(yīng)性，保證傳輸畫面的流暢性，解決了公眾網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不可靠，傳輸效果不理想的問題。

支持高強(qiáng)度的糾錯機(jī)制，保障傳輸穩(wěn)定連續(xù)，設(shè)備支持冗余配置，減少單個設(shè)備遇到通信故障造成的整個通信鏈路中斷。

4 結(jié)束語

本文主要探討了基于多卡綁定單兵通信的地震災(zāi)情獲取平臺的設(shè)計(jì)方案，通過該平臺的建立將實(shí)現(xiàn)江西省地震應(yīng)急指揮中心指導(dǎo)市、縣防震減災(zāi)工作，對省級以下（含省級）地震臺站實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃、資源共享、處理震情突發(fā)事件，和向公眾提供社會緊急救助服務(wù)的聯(lián)合行動平臺,從而在防震減災(zāi)工作中發(fā)揮出一定的社會服務(wù)效應(yīng)。