《数字通信世界》   邮发代号 80-393   国内统一刊号 CN11-5154/TN   国际标准刊号 ISSN 1672-7274
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浅谈宽带图传系统在公安工作中的应用

徐州市公安局 李兴涛,段绪艳

  摘要:针对徐州市公安的实战业务需求,从性能需求、网络架构、关键技术、业务应用等方面详细阐述了宽带图传系统设计,为徐州市宽带图传系统的下一步建设提供了参考。

  关键词:公共安全;宽带图传;应急;视频监控

  1 引言

  公安部门承载着应急处突、重大活动安保、大型群体性事件快速处置、日常治安维护等重要工作,建设一张安全可靠、实时稳定的无线通信网络是高效完成这些重要工作的基石。我局自2014年启动350兆数字集群通信系统建设,目前已完成全市350兆公安数字无线通信信号的覆盖,实现了市区车台全覆盖,手台95%覆盖的目标,成为徐州市公安机关实战指挥调度、社会治安动态防控快速反应、巡防守卡及路面交通执勤等日常勤务不可缺少的重要通信保障手段,在各种通信保障任务中起到了非常重要的作用,尤其是在大型安保及处置突发性事件工作中发挥了极其重要的作用。

  随着对可视化指挥要求的不断提升,传统的语音集群网络已经不能完全满足公安部门对无线通信的需求。高级别指挥员第一时间获取现场的多媒体视频,做出准确判断,并下达指令,已经成为公安部门应急指挥的基本要求。

  因此,基于宽带通信技术的图传系统拥有大带宽、低时延、广覆盖等技术优势,可以帮助公安部门实现“现场可见,指挥可达”。通过利用宽带系统的带宽充足、通信稳定、拓展丰富等特点构建公安无线专网,可以满足图像实时传输、数据流畅交互、响应迅捷稳定等要求,实现现场图像、音频资源的实时上传与下达,从而为公安部门在重大安保、应急处突、巡逻防控、警卫保障、重特大案件等工作中的指挥、决策、调度等扁平化指挥调度需求提供必要保障。

  2 宽带图传通信系统设计

  2.1 性能需求

  针对自身业务特点和未来对于无线通信专网的需求,徐州市公安局希望构建一张基于宽带通信技术的图传通信网络,并提出了如下几点需求:

  (1)广覆盖:宽带图传通信系统信号在我市城市区域内全覆盖,对于其他区域包括城郊,城乡,农村等,宽带图传系统具备应急图像传输保障机制及相关设备支持。

  (2)保障数据传输能力:每个基站要具备支持峰值8路1080P图像实时回传的能力,确保现场图像无卡顿实时回传。

  (3)满足扁平化指挥调度需求:一线警员之间可实现语音、视频和数据的交互;指挥中心能够直接与一线警员进行语音、视频和数据的交互;指挥中心调度平台可以管理每一个监控点位及终端设备。

  (4)边远环境应急组网:能够在边远野外环境快速搭建基于宽带图传系统的自组网络,组建临时指挥部,实现语音、视频和数据回传。

  (5)具备制空侦查拍摄能力:无人机需要搭载无线摄像头,实现高空侦查。

  (6)实现与PDT数字集群对接:为保障公安通信系统之间通信的完整性,宽带图传通信系统要实现PDT数字集群系统之间的对接。

  2.2 主要特点和系统结构

  针对公安业务的特点,我市公安局对现有的340MHz频段进行重新利用,在340MHz频段上构建公安专用的低频段宽带图传通信系统,为公共应急和日常业务提供低成本、广覆盖的宽带接入能力,从而满足徐州市公安对网络使用需求。

  相比原340MHz图传系统,宽带图传通信系统具有以下主要特点:一是技术体制要源于LTE公网技术体制,从而能够充分利用公网产业资源;二是功能需求继承了PDT系统现有的功能,同时也便于拓展以适应新的业务需求;三是组网模式继承了PDT系统现有的组网模式,以适应应急和日常组网需求;

  上述特点决定了宽带图传通信系统实际上就是一张“宽带+图传”的PDT专网,能够为公共安全业务提供覆盖广、成本低、业务多的解决方案。

  此外,宽带图传通信系统在传统蜂窝网络的基础上增加了网格网络(Mesh)中的多跳技术,通过多跳的方式将分布在蜂窝小区之外的接入节点连接到中心基站,增加中心基站的覆盖范围,从而减少小区数量、简化网络架构、降低网络建设和维护的成本。


图1 徐州市公安局宽带图传通信系统结构

 

  2.3 关键技术

  我市宽带图传通信系统综合采用以下关键技术,以提升系统的覆盖性能和吞吐量。

  (1)空口技术。LTE空口帧结构是固定的,对于吞吐率、时延以及覆盖距离等需求各不相同业务很难同时兼顾,因此采用新一代类5G的波形代替OFDM波形,构建更为灵活的帧结构,从而在空口实现宽、窄带业务波形的统一部署。宽带图传通信系统采用相应的新技术,为各种业务定制灵活的帧结构,提供最优的业务体验,兼顾不同用户对吞吐率和覆盖距离的需求。

  (2)多天线技术。针对上行传输采用单用户MIMO和多用户虚拟MIMO技术,提升上行频谱效率。多用户MIMO能够实现吞吐率翻倍增长,满足视频上拉等公安专网常用业务需求。

  (3)灵活的组网技术。脱网直通可以在无基站或者基站不能正常工作的情况下,为终端设备提供通信的能力,拓展了基站的覆盖范围。宽带图传通信系统继承了PDT脱网直通能力,为公安客户提供宽带直通、自组网的功能,增强了组网的灵活性,降低了网络覆盖的成本。

  (4)大功率终端技术。突破3GPP对终端功率的限制,通过提升终端功率以及系统功率控制机制,提升上行覆盖距离和吞吐率。

  (5)动态帧结构技术。根据业务的实际需求,灵活配置上、下行帧配比,动态配置新的帧结构,提升系统容量,网络更加智能化。

  2.4 业务应用

  宽带图传通信系统适用于公共安全领域多种业务场景,例如日常执法、应急图传、视频监控等。

  2.4.1 应急图像传输业务

  应急图像传输业务主要是从现场空中无人机,车载摄像设备,警员穿戴式摄像设备等设备获取现场实时视频进行实时传输。

  典型的应急图传解决方案场景如图2所示。当发生应急事件时,通过部署调度系统和应急图传系统通信车,单兵节点为音视频采集设备提供接入,车载节点为现场单兵提供汇聚链路,同时利用调度平台实现现场语音、视频调度,也可以通过卫星、宽带图传通信系统、公网LTE链路将车载节点的音视频回传到后端指挥中心。

  车载及单兵设备可为多媒体终端提供网口、Wi-Fi等多种接入方式,单兵设备支持背负或便携式支架悬挂。另外,在隧道、地下室等密闭场景,也可以通过宽带图传通信系统单兵背负或单兵便携设备进行延伸覆盖。


图2 典型的应急图传解决方案场景

 

  2.4.2 日常执法图像传输业务

  日常执法图像传输业务是利用宽带图传通信系统网络来支持日常警务场景下数据、视频的传输。我局公安日常执法过程中采用的警务通、执法记录仪等终端,可以通过宽带图传系统终端设备,例如车载终端,单兵手持终端接入宽带图传网络,实现执法数据的实时回传,提高执法处理的效率。在宽带图传通信系统基站信号较弱的时候,也可以通过车台、背负设备,多跳接入宽带图传通信系统网络。


图3 日常执法图像传输业务场景

 

  2.4.3 无线视频监控业务

  无线视频监控业务由于不受线缆和地域限制,是对我局现有固定监控业务的重要补充。无线视频监控业务主要满足于远距离、移动性、恶劣环境等特殊场景的视频监控需求,通常适用于城中村、城乡结合部、郊区乡镇、地市行政区域边界等无法进行光纤埋设施工、监控点太过于分散的区域,在公安执法通信过程中有极大应用需求。

  宽带图传通信系统具有支持无线视频监控业务的能力,同时还可 满足部分日常移动警务办公的需求,做到一网多用,使专项建设资金作用得到最大化。

  宽带图传通信系统支持为不同摄像头配置单独的承载,根据视频流的实际需求动态调整传输带宽,可以适应视频流码率的动态调整。


图4 无线视频监控业务场景

 

  2.4.4 移动视频会议业务

  宽带图传通信网络可以为视频会议业务提供稳定、安全的专用视频传输管道。在无线网络环境下进行的视频会议,突破了过去只能在固定地点、通过固定专线才能召开视频会议的局限,让现场指挥与后方指调实现了真正意义上的“随时随地”沟通。同时,业务区分承载优先级可以保证网络拥塞场景下的传输质量。便携式车台和单兵终端设备可以方便地提供移动和定点视频传输:支持IP数据口、HDMI口、Wi-Fi等接口等视频采集设备接入方式;支持车载和抱杆架设,提供重点现场或室内的视频接入;支持第三方数据加密,保证数据安全;支持内置或外接电源,使用方便。

  针对移动视频会议业务的网络拓扑如图5所示。其中,宽带图传基站设备提供广域无线覆盖,并通过光纤连接部署在市局中心的核心网设备。远端车台通过有线连视频会议系统,并通过无线链路接入到宽带图传通信网络。


图5 基于移动视频会议业务的网络拓扑

 

  2.4.5 PDT移动基站链路回传业务

  PDT车载基站也可以通过无线链路接入到宽带图传通信网络,并通过宽带图传网络的光纤回传链路中进行回传(目前是通过公网进行回传的)。

  在PDT车载基站通过宽带图传通信系统无线链路回传的时候,宽带图传通信系统除了正常的宽带数据业务以外,还可以支持PDT回传业务,宽带图传通信系统基站将会对PDT回传业务建立专门的高优先级承载,保证PDT回传业务质量。


图6 PDT移动基站链路回传业务场景

 

  2.4.6 其他综合业务

  宽带图传通信系统终端系列产品的单兵便携、单兵手持设备,支持丰富的物联网智能穿戴设备接入,包括蓝牙、Wi-Fi、网口、光口、HDMI口等,可以实时传输GIS、开关信号等物联网传感器信号到控制中心。

  因此,单兵终端设备能够通过宽带图传通信系统接入到包含各种信息的基础数据库。例如,个人身份信息、驾驶证、犯罪纪录等,支持多种综合业务。例如,在公安执法过程中最快掌握执法信息等,通过身份证查询及人脸识别比对,进一步确认被执法人身份及相关信息;利用民警佩戴的执法记录仪,或智能眼镜等视频采集设备,采集人脸信息,经过人脸数据库的比对,实时回传在终端上显示查询结果。

  3 结束语

  结合公安日常业务的多种需求,通过进一步改进现有技术、研制新型装备等手段,宽带通信技术、宽带图像传输技术在公安业务通信领域大有可为,必将发挥更大的作用。

  同时加快相关业务装备的实战配置进程以满足宽带图像传输系统在公安日常业务实战需求,构建出一套适合多场景、多用户、多业务使用的宽带图像传输通信系统,使公安在处置日常任务及突发事件上得到强有力的通信保障。

  参考文献

[1] 王辣,薄其峰.公安应急通信保障体系建设研究[J].山东工业技术,2016(22):115.

[2] 孙慧洋,王为民,刘超.宽窄带通信系统在公安应急组网下的综合应用[J].警察技术,2017(6): 24-27.

[3] 段正.LTE推动宽带应急通信时代的到来[J].世界电信,2015(12):41-44.

 
 
 
 
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