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淺談寬帶圖傳系統在公安工作中的應用
來源:徐州市公安局   作者:李興濤,段緒艷   添加時間:2018-11-26 10:14
針對徐州市公安的實戰業務需求,從性能需求、網絡架構、關鍵技術、業務應用等方面詳細闡述了寬帶圖傳系統設計,為徐州市寬帶圖傳系統的下一步建設提供了參考
  1 引言
 
  公安部門承載著應急處突、重大活動安保、大型群體性事件快速處置、日常治安維護等重要工作,建設一張安全可靠、實時穩定的無線通信網絡是高效完成這些重要工作的基石。我局自2014年啟動350兆數字集群通信系統建設,目前已完成全市350兆公安數字無線通信信號的覆蓋,實現了市區車臺全覆蓋,手臺95%覆蓋的目標,成為徐州市公安機關實戰指揮調度、社會治安動態防控快速反應、巡防守卡及路面交通執勤等日常勤務不可缺少的重要通信保障手段,在各種通信保障任務中起到了非常重要的作用,尤其是在大型安保及處置突發性事件工作中發揮了極其重要的作用。
 
  隨著對可視化指揮要求的不斷提升,傳統的語音集群網絡已經不能完全滿足公安部門對無線通信的需求。高級別指揮員第一時間獲取現場的多媒體視頻,做出準確判斷,并下達指令,已經成為公安部門應急指揮的基本要求。
 
  因此,基于寬帶通信技術的圖傳系統擁有大帶寬、低時延、廣覆蓋等技術優勢,可以幫助公安部門實現“現場可見,指揮可達”。通過利用寬帶系統的帶寬充足、通信穩定、拓展豐富等特點構建公安無線專網,可以滿足圖像實時傳輸、數據流暢交互、響應迅捷穩定等要求,實現現場圖像、音頻資源的實時上傳與下達,從而為公安部門在重大安保、應急處突、巡邏防控、警衛保障、重特大案件等工作中的指揮、決策、調度等扁平化指揮調度需求提供必要保障。
 
  2 寬帶圖傳通信系統設計
 
  2.1 性能需求
 
  針對自身業務特點和未來對于無線通信專網的需求,徐州市公安局希望構建一張基于寬帶通信技術的圖傳通信網絡,并提出了如下幾點需求:
 
  (1)廣覆蓋:寬帶圖傳通信系統信號在我市城市區域內全覆蓋,對于其他區域包括城郊,城鄉,農村等,寬帶圖傳系統具備應急圖像傳輸保障機制及相關設備支持。
 
  (2)保障數據傳輸能力:每個基站要具備支持峰值8路1080P圖像實時回傳的能力,確保現場圖像無卡頓實時回傳。
 
  (3)滿足扁平化指揮調度需求:一線警員之間可實現語音、視頻和數據的交互;指揮中心能夠直接與一線警員進行語音、視頻和數據的交互;指揮中心調度平臺可以管理每一個監控點位及終端設備。
 
  (4)邊遠環境應急組網:能夠在邊遠野外環境快速搭建基于寬帶圖傳系統的自組網絡,組建臨時指揮部,實現語音、視頻和數據回傳。
 
  (5)具備制空偵查拍攝能力:無人機需要搭載無線攝像頭,實現高空偵查。
 
  (6)實現與PDT數字集群對接:為保障公安通信系統之間通信的完整性,寬帶圖傳通信系統要實現PDT數字集群系統之間的對接。
 
  2.2 主要特點和系統結構
 
  針對公安業務的特點,我市公安局對現有的340MHz頻段進行重新利用,在340MHz頻段上構建公安專用的低頻段寬帶圖傳通信系統,為公共應急和日常業務提供低成本、廣覆蓋的寬帶接入能力,從而滿足徐州市公安對網絡使用需求。
 
  相比原340MHz圖傳系統,寬帶圖傳通信系統具有以下主要特點:一是技術體制要源于LTE公網技術體制,從而能夠充分利用公網產業資源;二是功能需求繼承了PDT系統現有的功能,同時也便于拓展以適應新的業務需求;三是組網模式繼承了PDT系統現有的組網模式,以適應應急和日常組網需求;
 
  上述特點決定了寬帶圖傳通信系統實際上就是一張“寬帶+圖傳”的PDT專網,能夠為公共安全業務提供覆蓋廣、成本低、業務多的解決方案。
 
  此外,寬帶圖傳通信系統在傳統蜂窩網絡的基礎上增加了網格網絡(Mesh)中的多跳技術,通過多跳的方式將分布在蜂窩小區之外的接入節點連接到中心基站,增加中心基站的覆蓋范圍,從而減少小區數量、簡化網絡架構、降低網絡建設和維護的成本。
 
  
圖1 徐州市公安局寬帶圖傳通信系統結構
 
  2.3 關鍵技術
 
  我市寬帶圖傳通信系統綜合采用以下關鍵技術,以提升系統的覆蓋性能和吞吐量。
 
  (1)空口技術。LTE空口幀結構是固定的,對于吞吐率、時延以及覆蓋距離等需求各不相同業務很難同時兼顧,因此采用新一代類5G的波形代替OFDM波形,構建更為靈活的幀結構,從而在空口實現寬、窄帶業務波形的統一部署。寬帶圖傳通信系統采用相應的新技術,為各種業務定制靈活的幀結構,提供最優的業務體驗,兼顧不同用戶對吞吐率和覆蓋距離的需求。
 
  (2)多天線技術。針對上行傳輸采用單用戶MIMO和多用戶虛擬MIMO技術,提升上行頻譜效率。多用戶MIMO能夠實現吞吐率翻倍增長,滿足視頻上拉等公安專網常用業務需求。
 
  (3)靈活的組網技術。脫網直通可以在無基站或者基站不能正常工作的情況下,為終端設備提供通信的能力,拓展了基站的覆蓋范圍。寬帶圖傳通信系統繼承了PDT脫網直通能力,為公安客戶提供寬帶直通、自組網的功能,增強了組網的靈活性,降低了網絡覆蓋的成本。
 
  (4)大功率終端技術。突破3GPP對終端功率的限制,通過提升終端功率以及系統功率控制機制,提升上行覆蓋距離和吞吐率。
 
  (5)動態幀結構技術。根據業務的實際需求,靈活配置上、下行幀配比,動態配置新的幀結構,提升系統容量,網絡更加智能化。
 
  2.4 業務應用
 
  寬帶圖傳通信系統適用于公共安全領域多種業務場景,例如日常執法、應急圖傳、視頻監控等。
 
  2.4.1 應急圖像傳輸業務
 
  應急圖像傳輸業務主要是從現場空中無人機,車載攝像設備,警員穿戴式攝像設備等設備獲取現場實時視頻進行實時傳輸。
 
  典型的應急圖傳解決方案場景如圖2所示。當發生應急事件時,通過部署調度系統和應急圖傳系統通信車,單兵節點為音視頻采集設備提供接入,車載節點為現場單兵提供匯聚鏈路,同時利用調度平臺實現現場語音、視頻調度,也可以通過衛星、寬帶圖傳通信系統、公網LTE鏈路將車載節點的音視頻回傳到后端指揮中心。
 
  車載及單兵設備可為多媒體終端提供網口、Wi-Fi等多種接入方式,單兵設備支持背負或便攜式支架懸掛。另外,在隧道、地下室等密閉場景,也可以通過寬帶圖傳通信系統單兵背負或單兵便攜設備進行延伸覆蓋。
 
  
圖2 典型的應急圖傳解決方案場景
 
  2.4.2 日常執法圖像傳輸業務
 
  日常執法圖像傳輸業務是利用寬帶圖傳通信系統網絡來支持日常警務場景下數據、視頻的傳輸。我局公安日常執法過程中采用的警務通、執法記錄儀等終端,可以通過寬帶圖傳系統終端設備,例如車載終端,單兵手持終端接入寬帶圖傳網絡,實現執法數據的實時回傳,提高執法處理的效率。在寬帶圖傳通信系統基站信號較弱的時候,也可以通過車臺、背負設備,多跳接入寬帶圖傳通信系統網絡。
 
  
圖3 日常執法圖像傳輸業務場景
 
  2.4.3 無線視頻監控業務
 
  無線視頻監控業務由于不受線纜和地域限制,是對我局現有固定監控業務的重要補充。無線視頻監控業務主要滿足于遠距離、移動性、惡劣環境等特殊場景的視頻監控需求,通常適用于城中村、城鄉結合部、郊區鄉鎮、地市行政區域邊界等無法進行光纖埋設施工、監控點太過于分散的區域,在公安執法通信過程中有極大應用需求。
 
  寬帶圖傳通信系統具有支持無線視頻監控業務的能力,同時還可 滿足部分日常移動警務辦公的需求,做到一網多用,使專項建設資金作用得到最大化。
 
  寬帶圖傳通信系統支持為不同攝像頭配置單獨的承載,根據視頻流的實際需求動態調整傳輸帶寬,可以適應視頻流碼率的動態調整。
 
  
圖4 無線視頻監控業務場景
 
  2.4.4 移動視頻會議業務
 
  寬帶圖傳通信網絡可以為視頻會議業務提供穩定、安全的專用視頻傳輸管道。在無線網絡環境下進行的視頻會議,突破了過去只能在固定地點、通過固定專線才能召開視頻會議的局限,讓現場指揮與后方指調實現了真正意義上的“隨時隨地”溝通。同時,業務區分承載優先級可以保證網絡擁塞場景下的傳輸質量。便攜式車臺和單兵終端設備可以方便地提供移動和定點視頻傳輸:支持IP數據口、HDMI口、Wi-Fi等接口等視頻采集設備接入方式;支持車載和抱桿架設,提供重點現場或室內的視頻接入;支持第三方數據加密,保證數據安全;支持內置或外接電源,使用方便。
 
  針對移動視頻會議業務的網絡拓撲如圖5所示。其中,寬帶圖傳基站設備提供廣域無線覆蓋,并通過光纖連接部署在市局中心的核心網設備。遠端車臺通過有線連視頻會議系統,并通過無線鏈路接入到寬帶圖傳通信網絡。
 
  
圖5 基于移動視頻會議業務的網絡拓撲
 
  2.4.5 PDT移動基站鏈路回傳業務
 
  PDT車載基站也可以通過無線鏈路接入到寬帶圖傳通信網絡,并通過寬帶圖傳網絡的光纖回傳鏈路中進行回傳(目前是通過公網進行回傳的)。
 
  在PDT車載基站通過寬帶圖傳通信系統無線鏈路回傳的時候,寬帶圖傳通信系統除了正常的寬帶數據業務以外,還可以支持PDT回傳業務,寬帶圖傳通信系統基站將會對PDT回傳業務建立專門的高優先級承載,保證PDT回傳業務質量。
 
  
圖6 PDT移動基站鏈路回傳業務場景
 
  2.4.6 其他綜合業務
 
  寬帶圖傳通信系統終端系列產品的單兵便攜、單兵手持設備,支持豐富的物聯網智能穿戴設備接入,包括藍牙、Wi-Fi、網口、光口、HDMI口等,可以實時傳輸GIS、開關信號等物聯網傳感器信號到控制中心。
 
  因此,單兵終端設備能夠通過寬帶圖傳通信系統接入到包含各種信息的基礎數據庫。例如,個人身份信息、駕駛證、犯罪紀錄等,支持多種綜合業務。例如,在公安執法過程中最快掌握執法信息等,通過身份證查詢及人臉識別比對,進一步確認被執法人身份及相關信息;利用民警佩戴的執法記錄儀,或智能眼鏡等視頻采集設備,采集人臉信息,經過人臉數據庫的比對,實時回傳在終端上顯示查詢結果。
 
  3 結束語
 
  結合公安日常業務的多種需求,通過進一步改進現有技術、研制新型裝備等手段,寬帶通信技術、寬帶圖像傳輸技術在公安業務通信領域大有可為,必將發揮更大的作用。
 
  同時加快相關業務裝備的實戰配置進程以滿足寬帶圖像傳輸系統在公安日常業務實戰需求,構建出一套適合多場景、多用戶、多業務使用的寬帶圖像傳輸通信系統,使公安在處置日常任務及突發事件上得到強有力的通信保障。
 
  參考文獻
 
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