厦门两类地震现场动态图像传输系统的对比分析

卓 群,潘震宇,刘仲达,丁俊芳

(厦门市地震遥测中心,福建厦门 361003)

厦门两类地震现场动态图像传输系统的对比分析

卓 群,潘震宇,刘仲达,丁俊芳

(厦门市地震遥测中心,福建厦门 361003)

地震现场图像传输对于全面了解震灾现场情况有着重要作用。通过对厦门市地震局两套地震现场动态图像传输系统进行比较,提出改进设想。

地震现场;图像;传输系统;分析;厦门

0 引言

破坏性地震发生后,政府最主要的职能就是做好地震应急决策,及时开展应急救援工作。决策则需要各种基础信息的支持,其中地震灾害动态视频信息是最重要的内容。直观、连续、生动的动态图像,对于政府部门和专家全面了解震灾现场情况有着无可替代的作用,是政府部门应急决策的重要依据。地震现场动态图像处理传输技术是目前重要的技术研究之一[1-4]。

厦门市地震局近几年对地震现场动态图像传输系统进行了探索,并形成了两种实现技术方案,以下就这两种实现技术进行对比分析,并提出有关改进设想。

1 地震现场动态图像传输系统需求分析

1.1 系统机动性需求

由于地震灾害具有突发性,无法像交通监控或现场直播那样建立许多固定或相对固定的中继站,必须建立相对小型的可移动的车载通信中继。

1.2 通信的可靠性需求

为保证在复杂的灾情面前信息传递能通畅可靠,信息传输手段的选择应考虑在现有公用通信手段遭受破坏情况下仍能保证通信畅通,因此必须提供微波或者卫星的传输通道。微波通信方式必须考虑城市建筑及地形对图像传回指挥中心的遮挡作用及各种电磁干扰的影响,应选择具有较强绕射性能同时受干扰不大的频段。

1.3 技术相对先进性的需求

2 微波图像传输方式

2.1 微波图像传输方式总体框架

微波图像传输方式分为2个部分:①现场微波图像传输。工作人员携带轻便的图像拍摄系统进入现场,通过摄像发射机,用无线发送的方式将图像传送到现场指挥车上并显示出来,同时也将实施行动录像以固件(录像带)形式存储;②数传图像(现场指挥车至指挥中心)传输。指挥车上的实时图像(模拟信号),通过无线方式(转化为数字信号发送),或通过现场接驳宽带等有线方式传回指挥中心,供更高一层次的决策人员参考。指挥车装备有可伸缩的直立天线,最大高度10m。指挥中心接收使用全向四环阵天线(图1)。

图1 微波图像传输方式总体框架图

2.2 主要设备选型

(1)现场图像实时传输选用国产 KD1100L信道机,工作频率为1275MHz。一般情况下,取发射功率-29dbm,随机小型拉杆天线增益 Gt=0db,指挥车接收天线(螺旋定向)增益 Gr=10db,无阻挡状态下,极限灵敏度取-95dbm,理论上可传送距离79km,一般可靠灵敏度(取-70dbm)理论上可传送距离可达4.5km。考虑现场的环境条件及其他损耗,在1km范围内应可以保证有效传送信号。

(2)数字信道机选用美国L EDR-400S型机,工作频率为375.025MHz和385.025MHz,标准输出功率30dbm,八木发射天线,增益 Gt=6db,中心台网接收采用全向四环阵天线,接收天线增益 Gr=10db,接收极限灵敏度Prmin=100dbm,在阻挡不严重的情况下,理论上可以保证传输距离10km以上。

(3)视频数据处理调制解调器选用德国VCS公司VIDE J ET系列产品,速率1024kbps。

(4)信号转换配用交换机及频道分配器,可同时接8个接口,使现场或中心均能方便接入宽带网、电脑或其他显示设备,互不干扰。

2.3 实际使用效果

(1)现场微波图像传输。在车台与摄像机相距百米,并且相隔三、四堵墙壁的情况下,图像质量清晰,但偶有网纹或马赛克干扰;现场工作人员携带设备进入演练现场两堵倒塌的楼板下面时,传回的图像仍清晰但有雪花干扰。实测中,摄像发射机与车台在无阻拦情况下,保持图像清晰无干扰,最远传输距离可达8km。

(2)车台至指挥中心图像传输。使用无线传输时,在现场附近选择相对开阔没有直接遮挡或甚至与中心存在直视的城市楼群间隙,辅之越野车上的高架天线(可升至10m并转动方向),通过微调,在全市6个区均能实现相对较高质量的图像传输,但受到邻近通行车辆的干扰也明显(出现瞬间马赛克或纹线雪花)。如果附近有强电磁干扰,例如在漳州厦门大学校区测试时,明显受到漳州港区码头调度通讯电磁干扰,出现马赛克现象相对较多。

3 海事卫星图像传输方式

2009年厦门局另外建立了一套采用Inmarsat-BGAN系统加视频终端的图像传输系统,以点对点方式组网。Inmarsat-BGAN系统属于海事卫星通信系统,是目前世界上最先进的移动卫星通信设备。同其他卫星通信系统最大的区别:它具有宽带业务,能够同陆地 IP数据交换网络结合起来,充分利用IP网络组建一个用户自己的独立的局域网络进行通信。

3.1 海事卫星图像传输方式总体框架

海事卫星图像传输方式同样分为2个部分。①现场有线图像传输。工作人员携带轻便的图像拍摄系统进入现场,通过网线将图像传送到现场指挥车上的视频服务器,同时也将实施行动录像以固件(硬盘)形式存储;②数传图像(车台至指挥中心)传输。指挥车上视频服务器与海事卫星设备BGAN700连接,通过海事卫星传到指挥中心,供更高一层次的决策人员参考。指挥中心使用与现场指挥车相配套的海事卫星设备及视频服务终端接收图像(图 2)。

图2 海事卫星图像传输方式总体框架图

3.2 主要设备选型

(1)海事卫星终端设备选用 BGAN700。BGAN700支持2种IP数据业务:①标准IP数据业务,使用共享数据通道时发送和接收速率最高均可达492kbps;②高级IP数据业务(保证速率的数据业务),发送和接收均有32,64,128,256kbps 4种速率可选。

(2)视频服务器选用玛雅可视电话。支持H.264等多种视频压缩标准;帧速率:25fps(PAL制式),30fps(NTSC制式);最高支持704×576像素视频分辨率;提供RJ-11和RJ-45两种网络接口;外部接口:支持RCA视频输入或其他与数码摄像机连接输入方式,支持RCA视频输出或其他视频输出方式,带 USB2.0标准接口、标准 SD卡和MMC卡接口。

3.3 实际使用效果

(1)现场图像传送。由于摄像机与视频服务器之间通过视频线连接,视频服务器与海事卫星终端设备之间通过网线连接,受接线长度限制,摄像机移动范围受到限制,现场工作范围仅限于指挥车附近。

(2)车台至指挥中心图像传输。车台至指挥中心通过卫星信道进行传输,理论上不受距离限制,在现场附近选择相对开阔地方架设BGAN设备,在全市6个区均能实现相对较高质量的图像传输。此外通过Inmarsat-BGAN系统提供的宽带业务,还可直接将摄像机硬盘上的视频通过文件传输的方式发送至指挥中心。

4 两种传输方式的对比

两种方案均能满足在厦门市行政区范围内对现场动态图像通过指挥车中转向指挥中心单向传送的要求,但是各自仍存在不同特点。

(1)现场图像传输部分。微波图像传输采用无线方式,使得现场人员携带摄像机活动范围更大,指挥车也更易于在现场附近选择相对开阔较少遮挡的地点进行中转传输,更有利于现场情况的了解及指挥,完全能满足系统需求分析中活动范围100m的要求;而卫星图像传输采用有线方式,摄像机活动范围受到极大限制,如遇到现场破坏较为复杂的情况,难于满足需求分析中对现场活动范围的要求。

(2)车台至指挥中心传输部分。微波图像传输受地形及外界干扰影响较大,并且随着城市电磁环境的恶化,可用的传输频段越来越少;而卫星传输具有不受距离、地形影响,干扰小的特点,因此传输质量较有保证,但是卫星传输又存在延时长的缺点。

(3)现场上网传送文件。微波传输方式虽然留有宽带接口,但是现场基本无法提供与之匹配的宽带传输条件。BGAN海事卫星通信系统具有宽带业务,能够同陆地IP数据交换网络结合起来,充分利用IP网络组建一个用户自己的独立的局域网络或者与Internet公网进行互联。

(4)费用的比较。微波传输方式费用大部分为一次性费用;而卫星传输方式除一次性投入设备费用外,还有数据传输及月租金等费用。

5 地震现场动态图像传输系统改进设想

鉴于以上2种传输方式优缺点,笔者建议扬长避短,将2种传输方式进行结合:即在现场图像传输采用微波方式,而车台至地震指挥中心传输采用卫星传输方式。

整个系统包括应急通信指挥中心、移动应急车、现场背负设备、便携式摄像机和应急传输网络。当地震未造成有线通信网络瘫痪时,通信指挥中心采用专线或Internet公网接入到海事卫星地面站。而一旦出现原有有线通信网络瘫痪,现场图像经海事卫星地面站落地后,仍通过卫星转发,并通过固定式海事卫星设备接入应急中心。一旦需要进行地震现场调查,移动应急车到达现场,现场人员携带无线图传设备将现场图像传回通信指挥车,应急通信车通过海事卫星设备接入应急传输网络,将现场图像和车载摄像机(便携摄像机)图像回传应急指挥中心,并随时等候接收中心的指令,实施紧急预案。整个系统分为现场指挥所和指挥中心2个部分,并分别实现以下功能:

(1)现场指挥功能:实现地震现场与地震指挥中心网络互联;采集地震现场音视频数据并即刻回传现场指挥所,数据同时转发至地震指挥中心;接收应急中心的音视频数据;与应急中心互通电话和传真(图3)。配备无线视频传输设备,携带方便,操作简便,可实现单人背负,深入现场一线。

图3 现场指挥系统图

(2)指挥中心功能:实现与事故现场网络互连;提供数据、视频、监控和语音等平台接入,为领导提供决策的辅助资源;远程控制车载摄像机,并在本地录制、回放图像(图4)。

图4 地震指挥中心系统框图

6 几点思考

(1)视频终端的选型

视频终端应具有较高传输分辨率,支持多种视频压缩标准(如 H.261,H.263,H.263+,H.263++(自然视频)、H.264等),具有多种通信接口,自带后备电源,便于个人携带和野外操作,具有良好的环境适应性。

(2)指挥车到指挥中心传输方式的选择

卫星传输方式具有距离远、通信质量好、可靠性高、传输环节少,不受地理条件和气象的影响等优点,但是卫星传输费用昂贵、延时长。因此,应使系统具有卫星、CDMA、3G等多种传输方式可供选择,以满足各种条件下的使用要求。

[1] 张玲,王希波,李永红,等.城市地震应急管理中的组织与过程分析[J].华北地震科学,2007,25(3):53-57.

[2] 吴楠楠,马莹,王启东,等.2007年度华东区地震应急协作联动演练现场通信环境的组建[J].华南地震,2008,28(1):114-119.

[3] 帅向华,杨天青,马朝晖,等.国家地震应急指挥技术系统[M].北京:地震出版社,2009:252-303.

[4] 杨婕,占惠.卫星重力探测技术的发展[J].国际地震动态,2008,5:23-27.

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(汉族),福建厦门人,厦门市地震遥测中心工程师,主要从事地震监测与地震应急工作.E-mail:5901495@qq.com