防汛应急通讯指挥系统.docx
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防汛应急通讯指挥系统.docx
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防汛应急通讯指挥系统
防汛应急通讯指挥系统建议书
为了满足防汛工作的高标准、高要求,在原有有线通信、移动手机通信、微波通信等通信手段的基础上,利用车载(便携)卫星通信系统和COFDM单兵现场影象采集设备和计算机设备,组成“防汛应急通信指挥系统”势在必行。
“防汛应急通信指挥系统”旨在汛情紧急情况下或突发事件发生时,立即出动(或根据汛情预先出动),能第一时间将现场的影像信息经系统采集与处理后,及时地将现场影象信息准确地传递到后方指挥部或远方上级指挥机关,并通过话音和数据沟通,供防汛指挥、调度决策之用。
一、需求分析
1、在水库堤防现场或其他重要场合,摄像人员的实时图像、现场声音可以通过无线通信的方式传送到一定距离外的指挥车;指挥车一方面可以实时监控现场影音,另一方面再通过无线(卫星)信道将影音传送到上级指挥中心。
2、根据防汛业务中图像的分析、存储等应用需要,现场图像传输应具备高质量:
图像的数字编解码应达到720*576或D1分辨率;无线信道速率应达到512Kbps;图像传输延时应尽量小。
3、防汛现场或其他重要场合所发生的环境复杂,,无法或很难找到“通视”的路由,所以从拍摄的现场到指挥车的无线图像传输必须具备“绕射”“穿透”的效果,应可以采用全向发、全向收模式,才能满足灵活、机动、便捷、快速的应用要求。
4、摄像员一端的无线图像发射设备应体积小、重量轻,可背负使用,采用全向发射天线,通视环境下传输距离不小于3公里,阻挡环境下传输300-1000米;
5、由于需要覆盖的范围很大,如果使用微波需要建设多个接收基站,工程量大,频点申请的费用也很高,而且无法做到百分百覆盖可能出现问题的地区。
所以,指挥车到指挥中心的传输建议采用卫星方式,可以实现指挥中心到单兵的双向音视频传输。
6、摄像员可与指挥车进行全双工或半双工通话,接收现场指挥。
二、技术体制分析及设备选型建议
1、技术体制选型分析
目前,无线图像传输的技术体制可大致分为:
模拟传输、数字/网络电台、GSM/GPRS、CDMA、数字微波、扩频微波、无线网、COFDM(正交频分复用)等。
应该说各种体制均有自身的优势。
大体上:
●模拟传输为淘汰的技术,其优势是价格低廉,但其为单载波技术,仅仅在通视环境下应用,不能在阻挡环境中和移动中使用。
●数字/网络电台价格低,很多采用跳频技术,但本质上为单载波调制;有效传输速率有限,一般在100-300Kbps,无法传输高质量图像(大于2Mbps)。
●GSM/GPRS、CDMA为移动通信公网技术,很成熟,但传输速率有限,一般在100Kbps级,无法传输高质量图像(大于2Mbps);保密机制不健全,如建设专用网,其小区制覆盖将意味着天价建设成本。
●数字微波、扩频微波可以提供高速率链路,但均为单载波调制技术体制,仅仅在通视环境下应用,不能在阻挡环境中和移动中使用。
●无线网技术发展很快。
802.11FHSS(跳频调制)、802.11(b)DSSS(直序扩频)可以提供约1-5Mbps净速率,但因它们的单载波调制体制,仅仅在通视环境下应用,不能在阻挡环境中和移动中使用。
802.11a(52载波)、802.11g在物理层采用了OFDM多载波调制,但载波数量较少,如802.11a为52个子载波,实际应用中对比802.11FHSS表现出少量的“绕射”能力;它们一般应用于办公室内无线局域网,用于室外需配置定向天线。
●COFDM(正交频分复用)调制技术是最新的无线传输技术,它是真正的多载波技术,子载波数量达到1704载波(2K模式),甚至8K模式,同时也真正在实际使用中实现了“抗阻挡”、“非视距”、“动中通”的高速数据传输(2-20Mbps),表现出卓越的“绕射”、“穿透”性能。
根据需求分析,第一,防汛指挥业务中的无线图像必须实现阻挡环境下的传输,第二,必须提供高质量图像传输。
第三,图像发射端、接收端必须机动灵活,移动中也能可靠传输,可以采用全向收发天线,安装便捷。
通过对以上业务要求的分析,我们认为,COFDM技术体制的设备能满足防汛现场高质量图像传输的需求。
根据我区防汛应急通信工作提出的覆盖全区的要求,我们建议选用新一代IP网络卫星移动图像传输系统LongSightE4E-IP系统,卫星通信具有无缝覆盖、不受地理环境限制等诸多优点,加上便携式移动端站具备的机动灵活和快速开通的特点,可以在任何时间、任何地点开通并投入使用,能够满足处理紧急突发事件的需求。
再配合LSM-8000DB单兵COFDM高清移动视频传输设备,可以组成一套覆盖整个宝安区的“防汛应急通信指挥系统”。
一、系统构成
根据防御特大汛情的特殊需要,“防汛应急通信指挥系统”采用单兵传送事故现场的图像到指挥车,指挥把单兵的图像、语音等信息通过卫星通信方式,发送到防汛指挥中心或应急指挥中心。
卫星系统由一个固定中心站和一个车载移动端站构成。
中心站设在指挥中心,移动端站为便携式,能够快速自动对星,两点之间实现双向互动传输,传输内容包括一路512Kbps的动态图像、一路话音和一路数据。
图1、系统整体结构
1、LSM-8000DB单兵COFDM移动多媒体传输系统。
COFDM移动多媒体传输系统是最为关键的前端采集设备,是解决动中通的基石。
该系统设备的主要特点如下:
(1)绕射能力强,采用UHF频段,具有更强的绕射能力,可在非视距环境下工作。
适应各种复杂环境要求。
(2)覆盖范围广,在典型的城市环境下单个中心站的覆盖范围可达到10-30km。
个人背负式终端到移动车的通信距离可到1-5km;
(3)抗干扰能力强,对抗频率选择性衰落或窄带干扰及信号波形间的干扰性能优越,通过各个子载波的联合编码,具有很强的抗衰落能力。
在单载波系统中(如数字微波,扩频微波等),单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败,但是在多载波COFDM系统中,仅仅有很小一部分子载波会受到干扰,并且这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错,确保传输的低误码率。
(4)抗衰落能力强,采用了COFDM的分集接收技术,具有更强的多径分集作用,特别适合城市快速移动的工作环境;采用空间分集、时间分集等多种先进的分集技术,极大增强系统的抗衰落能力。
上述先进技术的采用保证了产品在复杂的工作环境下具有优势的接收灵敏度。
(5)优异的移动性能:
通过全面的系统总体设计和多项先进技术的实施,设计移动速度可达500km/h;目前实际环境下的路测速度180km/h,特别适应在机载、车载、舰载等高速移动环境下的工作要求,满足不同用户的工作需求。
(6)背负式产品提供电池供电,供电时间>2小时;
(7)完善的整体解决方案:
提供从个人背负式到车载远端站到中心站端到端的整体集成解决方案,实现移动环境下远距离、大范围内的视频、音频、数据等多媒体信息的高速、实时、同步传输;
(8)接口多样、灵活:
提供调试、业务等多种数据接口和本地状态监控,使用灵活方便。
可方便地和图像编解码器连接,另外还可以提供宽带数据业务接口。
也可以根据用户要求提供视频和语音信号接口,连接多种视频源,更方便用户使用;
(9)充分考虑了设备的电磁兼容性、抗震性、温度、湿度等适合野外工作环境的产品特征。
(10)设备安装简单、方便,周期短、难度小。
(11)受到发射机功率的限制,因为由人员携带的设备在功耗和功率上都必须降低要求,对发射机的供电和天线的长度以及设备的体积和重量都要综合考虑,因此,传输距离较短。
在城市环境同一水平面的街道上,我们通过测试得出的传输距离一般在阻挡不是非常严重的情况下可以达到1公里左右,最远能达到3公里。
在城市环境同一水平面路面上,无阻挡情况下可以传输3-5公里以上。
图2背负式单兵发射前端传输到指挥车
图3LSM-8000DB单兵便携发射和接收示意图片
技术指标:
工作频段:
300-2400MHz可定制
信道带宽:
8MHZ
图像压缩格式:
MPEG2;
输出功率:
1-2W
传输距离:
视距3-5公里,非视距1-3公里;
视频速率:
大于1-20Mbit/S(速率可调)
视频输入:
PAL;
音频通道:
两路;
传输时延:
350毫秒
移动速度:
达到180KM/h;
工作温度:
0~65 C
湿热度:
不小于95%;
线标准:
625;
分辩率:
720水平线576垂直线;
使用环境:
防水、防盐雾、防震、防尘;
供电:
AC220V或DC10~16V;
摄像设备接口:
复合VIDEOBNC接口,声音2通道:
(单声、立体声)左/右;
电源充电设备接口:
DC14.8V充电
重量:
1.5KG
尺寸:
200X150X60mm
1.
LongSightE4E-IP卫星视频系统利用IPSTAR卫星系统,在室外提供无线传输功能,用户可传输数据或双向收发视频(4M下行,1M上行),可实现FullHD高清(1920×1080)视频传输。
2.E4E-IP卫星视频系统
2.1.设计要求
●利用IPSTAR卫星网络实现移动宽带接入;
●配备高性能小型卫星天线;
●双向数据或视频传输;
●多点视频会议;
●兼容CDMA或未来3G通信方式。
2.2.系统功能
●高性能小型卫星天线
⏹使用目前最先进卫星技术,利用小尺寸卫星天线实现移动宽带接入
●基于支持TCP/IP协议的卫星链路进行数据/图像传输,可实现FullHD高清(1920×1080)
⏹上行2M,下行4M
⏹指挥车——指挥中心1路FullHD高清(1920×1080)图像声音传输
◆1路FullHD+4路CIF
◆2路D1
⏹指挥车——指挥中心双向视频会议
⏹1路双向CIF格式视频会议传输+1路指挥车到指挥中心D1图像传输。
⏹指挥车——指挥车——指挥中心多点图像通信
◆可以构成多点图像通信系统。
●多点视频会议功能
⏹实现点对点传输,点对多点传输,并能实现多方视频会议功能
●语音通信功能
⏹可在图像传输同时实现1~10路IP电话传输
⏹可接驳集群对接机中继电台,实现对讲机中继
●现场组建WLAN无线网络
●便携式设计
⏹车上天线、车上通信设备机架、发电设备可以方便拆下,只需要两个人便可实现
⏹在有特殊需要的时候可以将整套系统搬到大楼顶上使用,方便在任何地方建立临时指挥部
●兼容CDMA或未来3G通信方式图像传输方式.
2.3.系统性能
●移动宽带接入,最大4M下行,2M上行
●图像性能指标(在网络正常的情况下)
⏹卫星链路:
分辨率根据卫星链路带宽可在FullHD高清(1920×1080),D1(704×576),HALFD1(704×288),DCIF(528×384),CIF(352×288)中选择,15~30帧/秒,16Bit色
●中心服务器性能
⏹最大支持50路车载设备并发传输
⏹支持同时多路观看同一路视频图像(视有线网络带宽)
⏹支持权限管理
⏹支持录像功能(基本配置为可存储共1500小时传输录像视频资料)
⏹历史图像查询功能
2.4.系统工作流程
2.4.1.基本工作流程
用户启动系统,通过IPSTAR系统自动接入互联网或专用网络,在室外进行无线数据传输或视频传输,传输到指挥中心。
2.5.系统特点及优势
●采用新式的完全基于IP技术的点波速通信卫星技术,使得整体系统通信成本,设备成本,设备功耗都大大缩小,并且性能大大提高,上行信道为多频的2.11MHz通道,最高支持2Mbps/通道,下行可达到4Mbps/通道,实现室外的移动宽带接入
●采用目前最先进的高等级H.264highprofiles压缩编码,完全到达广播级图像效果,可实现FullHD高清(1920×1080)
●使用自主开发的适合无线IP链路传输视频的流控制技术,传输的图像流畅稳定
●升级后可使用指定的通讯模块,通过专网或其他公用网络进行无线视频传输(包括未来WiMAX等)
●可以采用多种轻型车辆作为通信平台,大大提高实用性
●综合CDMA图像通信,并且融合集群通信等整体技术手段
●系统结构灵活,能根据用户需求进行适配开发
3.E4E-IP卫星视频系统说明
E4E-IP卫星视频系统由车载设备、卫星天线、无线网络、互联网、公安网、和总控制中心组成。
3.1.车载设备
3.1.1.摄像头云台系统
使用车顶升降杆上安装的摄像机可以远距离多方位监视拍摄现场情况,并能在强光灯的配合下在夜间拍摄。
摄像机配备10倍数码变焦,22倍光学变焦。
它的动态范围宽,无论是在白天还是在晚上都会得到令人满意的效果,具有彩色到黑白的自动转换模式,即使在恶劣的光照条件下亦可取得清晰的彩色图像。
摄像机具有高超的灵敏度。
利用升降杆、全方向云台和云台镜头控制器车内操作员可以全方位的拍摄到车周围几百米范围内情况。
3.1.2.高标准h.264图像压缩传输系统
图像终端采用双核高速CPU进行图像压缩,能实现highprofilesH.264广播级别视频D1实时压缩。
●图像终端设备参数:
⏹FullHD高清(1920×1080)(要求在1.5Mbps~2Mbps带宽情况下达到图像传输效果。
)
⏹D1(720×576)广播级图像回传(要求在1.5Mbps~2Mbps带宽情况下,达到广播级图像传输效果。
)
⏹同时实现两路D1(720*576)监控图像实时回传.
⏹同时实现1路D1,3路CIF图像实时回传。
⏹可以实现双向D1图像视频会议。
⏹可以实现双向CIF图像电视会议。
⏹在通信线路带宽降低到384k时候,亦可使用D1监控图像。
并且图像无明显不清晰现象。
⏹当通信线路带宽在1Mbps~2Mbps明显变化时候时候,图像没有马赛克现象。
⏹视频接口:
4个视频输入接口,监控屏幕能同时监控4个软件,并可以通过软件选择采用视频通道配置。
⏹输入接口:
BNC,S-video,IEEE1394。
⏹视频输出接口:
VGA,DVI。
⏹云台控制输出接口:
RS-485,DB9接口。
⏹电源:
12V
⏹功率:
150瓦
⏹尺寸:
4U机箱.
●视频切换矩阵
车上配备一个4选1视频切换器,车上操作人员可以方便切换选择图像输入源.
●图像回显系统
车上可以配备4路高亮度液晶显示屏.
●CDMA应急图像通信系统
系统兼任CDMA图像传输.
●数据通信路接口设备
车上配备一个24口switch,提供IP数据通道.
●语音电话设备
配备IP语音电话,可以通过车载IP电话拨打指挥中心号码.
安装好设备的车辆效果图:
设备安装效果图:
3.2.无线网络
无线通信系统主要由IP卫星系统组成,提供一个无线数据传输网络,将车载设备采集的视频数据传送到总控制中心的图像处理发布服务器阵列或视频转发服务器。
根据用户需求,我们可使用其他无线通讯系统。
3.2.1.通信卫星介绍:
IPSTAR
IPSTAR系统是由中国卫星通信集团公司(简称中国卫通)引进的由泰国信卫星大众有限公司(简称SSA)开发的下一代的互联网协议(IP)卫星平台,可满足高速宽带互联网服务的需求。
与其他解决方案相比,卫星宽带的成本一直居高不下。
SSA开发的IPSTAR技术,不仅可以提高系统容量,还可以提升系统的效率,从而使得服务成本远远低于目前的传统卫星/关口站平台。
IPSTAR,作为新一代宽带卫星平台,将首次可同时为ISP提供到光纤的互联网骨干网连接,以及为大众用户提供可比拟有线调制解调器和ADSL的最后一英里宽带互联网服务。
IPSTAR-1卫星是区域卫星系统,Ku波束(84个点波束,3个成型波束和7个区域广播波束)和Ka波束(18个馈电波束和关口站)覆盖亚太地区的22个国家和地区。
●空间技术
IPSTAR-1卫星是同步轨道卫星,用户端的应用使用Ku频段。
在亚太地区,用户端应用使用小天线,同时保持较高的链路可用度(余量),Ku频段恰恰是最佳选择。
IPSTAR系统的空中接口使用专用波形来连接用户终端(端站)和IPSTAR关口站(关口站)。
到端站的下行链路(前向链路)使用TDMoverlayingOFDM,并有正在申请专利的技术来提升频谱利用的效率。
从端站发起的上行信道(回传链路)基于MultimodeMultipleAccessMF-TDMA。
关口站的网络管理系统(NMS)可以选择匹配应用数据速率和流量密度需求的访问模式,包括适用于语音服务的TDMA-DAMA模式,适用于网络浏览和其他突发流量服务的SlottedAloha模式。
每种模式都使用先进的误码校验编码,使得上行链路可以使用小天线和功放来实现高速上行数据速率。
IPSTAR-1卫星是弯管卫星,不使用板载负荷,容量和功能均远超以往。
这样就不需要低可靠性、消耗功率的板载处理器。
因此,卫星与任何传统通讯卫星一样可靠,而且肯定比任何其他使用板载处理器的宽带卫星更加可靠。
所有的智能处理、切换和路由功能均由地面的关口站和网络控制中心实现。
这样,所有的电子产品和软件均可以在未来进行升级,从而进一步提升性能和性价比。
IPSTAR-1卫星可以根据实际需要来对宝贵的板载资源进行分配(动态功率管理和动态带宽管理),将通讯链路的服务质量(QoS)始终保持在允许范围内的最高级别。
这种分配是通过卫星负载运营中心(SPOC)进行动态监控和动态控制的,而链路支链信息则由关口站和网络管理中心(GNC)进行在线处理。
●地面技术(地面系统)
IPSTAR端站是低成本的、灵活的、高性能的双向卫星终端,可以与任何传统卫星及IPSTAR关口站配合使用。
前向信道载波利用的是TDM-OFDM技术,提高了带宽和功率的利用率。
优化的前向信道能够支持多种数据速率,以及使用不同调制格式和前向纠错编码的不同数量的用户。
反向信道使用的是MF-TDMA技术,支持突发流量及高速数据速率应用的专用分配。
载波固定在更强大的调制方式上,保证在低传输功率情况下链路的高可用性。
但如果要求更快的数据传输速率,反向信道可以进行专用分配的设置,就像SCPC(预先分配的TDMA)信道,在用户终端提供所要求的额外传输功率的情况下,还能支持高达4M的数据传输速率。
3.2.2.关键技术特征
●空间技术
点波束覆盖:
传统卫星技术利用了单一的波束用来覆盖所有大洲和地区。
随着各种高聚集点波束的发展及频率再用技术的发展,IPSTAR具有保证实现传输可用频率最大化的能力,比传统Ku波段卫星增加了20倍带宽,为SSA提供了一个更高效的卫星。
虽然点波束技术的成本相对较高,但是每条电路的总成本要低于现有的成形波束卫星。
动态功率分配:
该项新技术优化了波束间功率的使用,能把20%的备用功率分配给可能受雨衰效应影响的波束,从而保证链路的畅通。
考虑到卫星所覆盖地域的广阔性,不可能在卫星覆盖的所有地区都同时降雨,所以给需要功率的波束进行动态地功率分配是提高IPSTAR系统总体链路高可用性和可靠性的有效方式。
●地面技术
动态带宽管理:
因为卫星链路拥有的理论带宽总是少于光纤链路,所以需要有效的带宽管理技术才能保持宽带卫星系统的竞争力。
根据目前流量特点、网络拥塞及链路情况,使用网络控制中心向每个连接分配带宽容量。
该技术能动态地调整带宽(调制或编码)以满足天气条件的变化,从而保证链路的高可用性。
因为这是地面使用的技术,未来可进行升级。
编码与调制新技术:
IPSTAR的调制与编码技术能够高效利用无线频率带宽并保证灵活高速的数字传输速率。
3.2.3.链路预算上TOLL容量
IPSTAR卫星的双向链路总容量大约为50.5Gbps,其中前向链路为28.3Gbps,反向链路为22.2Gbps。
而且,还有1.3Gbps的单向通信容量,该容量是按照NDB容量计算的。
NDB容量是IPSTAR系统链路(包括前向链路与反向链路)的IP数据速率计算结果,若未做出其它说明,将适用以下条件:
●点波束
◆天空晴朗条件下的点波束
◆典型的卫星有效载荷运行电平:
前向链路和反向链路分别为-6dB-OBO和-9.5dB-OBO,都是在ALC(自动电平控制)模式下运行的。
◆最佳关口站EIRP电平满足卫星有效载荷输入所要求的流量密度。
◆标准用户终端(UT)安装在从点波束中心起50%的覆盖区域内,配有1.2m天线,1瓦BUC,和30米长的标准线缆。
用户终端的安装符合IPSTAR端站安装规程。
●成形波束:
◆天空晴朗条件下的成形波束。
◆典型的卫星有效载荷运行电平:
前向链路和反向链路分别为-3.5dB-OBO和-9.5dB-OBO,都是在ALC(自动电平控制)模式下运行的。
如下两个图表是典型通信链路计算:
前向链路:
反向链路:
3.3.高性能小型卫星天线
天线具体技术参数如下:
天线系统自动搜索捕获指定的卫星信号。
并且通过自动控制方位、仰角和极化角,自动跟踪保持指向。
3.3.1.系统特点
●自动对星:
采用GPS信号,自动捕获并跟踪卫星;
●邻星干扰保护:
如果天线指向偏离大于0.5度,回传链路自动关闭,直到指向误差被天线的跟踪系统纠正;
●调制解调兼容性:
是与调制解调无关的,支持所有认证的SCPC卫星调制解调和VSAT。
3.3.2.技术指标
●Ku波段双向天线(0.84~1.8米)
●BUC,功率1~2W
●静止状态下自动对星
●30KG
3.4.备份卫星接收站指标.
为保障通信可靠性,可以在指挥中心大楼顶部安装IPstar卫星天线直接接收关口站数据,这样即使地面网络光纤出现故障亦能很好的将图像传输回指挥中心.
自动跟踪系统参数
最大水平转动角速度
2度/秒
最大俯仰转动角速度
2度/秒
最小跟踪调整角度
0.1度
自动对准卫星时间
小于180秒
天线类系
偏馈
反射面材料
玻璃纤维
反射面重量
8公斤
仰角调节范围
10°-90°连续可调
方位角调节范围
360°无死区连续可调
风阻特性
50km/h内可使用操作
温度
-50°Cto80°C
湿度0to100%
等效反射面积
1.2m(48in)
功放功率
2W
工作频率
(KU波段)
发散:
13.75-14.50GHz
接收:
10.70-12.75GHz
极化方式
线极化
天线增益
发射:
43.3dBi@14.25GHz
接收:
41.8dBi@11.95GHz
3dB带宽
Tx:
1.2°@14.3GHz
Rx:
1.5°@12GHz
极化隔离度
>30dB(轴线上)
天线噪声
10°El=45°K
20°El=37°K
30°El=34°K
驻波比
发射:
1.3:
1
接收:
1.5:
1
隔离度
发射:
35dB
接收:
110dB
最大数据速率
发射2Mbps,接收4Mbps
数据流方式
TCP/IPUDP/IP
驱动电机最大功耗
80W+80W(水平,俯仰各为24V80W直流调速电机)
调制解调器以及功放消耗功率
75W(直流24V,3A电流)
对外数据接口
RJ-45100M以太网接口
最大体积尺寸
120×130×45cm
总质量
67Kg(1.2m天线)
52Kg(0.84m天线)
3.5.互联网
互联网的作用是将终端通过卫星上传的数据传送到总指挥中心,
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