孙建国

【摘 要】利用高速发展的4G移动通信网络实现应急指挥系统的视频图像、语音指令以及现场数据采集和双向传输，为应急指挥系统的快速有效组网提供了一条新的途径。系统针对无线信道特性采用了信道动态监测、准可靠纠错传输、自适应码率调整、多信道网络捆绑等自主研发技术，获得了良好的应用效果。

【关键词】4G移动通信 应急指挥 网络捆绑

1引言

近年来，各种恐怖袭击、自然灾害、疾病疫情、恶性突发事件等给城市安全带来了严峻的挑战，从国务院应急办到各地政府都在规划如何通过现代化的高科技手段来建设综合应急指挥系统，从而高效快速的应对突发公共安全事件。

2系统架构

基于4G移动通信技术的应急指挥系统是一套先进的以音视频为基础的城市状况监控与城市应急指挥系统。该系统主要由移动应急指挥终端、4G移动通信网络（TDD LTE或FDD LTE）以及多集应急指挥调度中心组成。4G移动通信网络采用标准的TCP/IP协议，基于VPDN技术直接运行在政府部门的应急指挥系统局域网内，满足系统对安全性的需求。前端应急指挥终端集成了音视频编解码单元、GPS定位模块、4G数据传输模块、本地显示屏已经电池供电模块，外围设备可以根据用户需求灵活配置，包括高清快球摄像机、蓝牙无线耳麦、报警采集器、温湿度传感器等各类实时数据采集单元以及可选的BGAN海事卫星通信单元。现场音视频及各类信号数据信息经过编码压缩后通过4G网络传输到应急指挥中心的综合调度管理平台。应急指挥中心的图像、数据、指令也可以通过4G网络及时下发到各个应急处置现场。应急指挥中心的综合调度管理平台由电视电话会议系统、图像大屏显示系统、信息管理系统、监控管理系统、网络共享分发系统等组成，具有紧急情况的收集、显示、上报、远程视频指挥、应急指挥辅助决策等功能。在执行突发任务时，依托4G移动通信网络，运用音视频、文字、图片信息迅速实现对各个应急终端现场的实时远程指挥。

3系统优势和功能特点

该系统是一个基于TCP/IP网络，集视频指挥调度、视频监控、远程视频录像、实时数据采集、视频会议功能于一体的可视多元化指挥调度通信系统。4G应急通信终端采用高速DSP实现音视频信息的实时采集处理，优化整合了低带宽H.264数字视频压缩技术，并根据无线网络的带宽变化能自适应调整编码速率，解决了不同带宽无线移动视频图像的传输。便携触摸终端可让现场处置人员方便地与指挥中心交流，及时反馈现场最新情况，根据领导的指示对应急事件做出快速反应。指挥和视频终端采用嵌入式操作系统，安全稳定，拓展性好。借助于指挥调度平台特有的多种级别和权限设置，上级指挥员或管理者可向下级发布指挥和调度命令，可实时进行音视频双向交流。

4G应急指挥系统有以下功能特点：

（1）快速组网功能。4G网络的拨号接入只需要几秒钟。

（2）庞大的集成功能。系统视频指挥调度、视频会议、视频监控、数据采集、报警视频联动等功能于一体，实现各种视频、数据业务的多元模块完美结合。

（3）多系统互联互通。我们实现的4G应急指挥系统基于开放的TCP/IP网络，为不同终端的互联互通提供了便利的解决方案。

（4）强大的网络适应性。该系统传输方面以4G移动通信为主，BGAN卫星通信为辅，多种通信网络为保障。

4关键技术分析

4.1多信道多网络捆绑传输技术

由于环境干扰等因素影响，无线网络的带宽具有不确定性、随机性。而应急指挥系统的特殊性质要求通讯网络具有高可用性，为了最大程度的减小4G无线网络不确定性的影响，我们提出了一种多网络多信道捆绑传输的专利技术。该技术的原理是在4G应急指挥终端中采用两种或多种不同制式的多个传输模块，通过专有的信道检测和均衡算法将多个信道捆绑在一起传输数据，大大提高了传输的稳定性。

4.2基于延时控制的准可靠纠错传输技术

应急指挥系统对传输延时的要求较高，为了减小系统延时，我们采用UDP协议。但是由于无线网络的不可控，必须采用重传纠错机制。假设单向网络传输的延时为τ，用户能够容忍的最大延时为T（用户可以设置，但T≥τ），重传次数为n，那么因重传造成的延时t=（2n+1）×τ。为了满足系统最大延时T，即t

4.3基于高速DSP的超低码率H.264编码和自适应码率调整

虽然H.264编码算法是标准的，编码效率和压缩比会有较大的差异。与大多数采用通用ASIC编码芯片的方案不同，针对无线网络带宽低的特点，我们采用高性能DSP专门优化实现了H.264超低码率编解码器，低带宽下压缩率比通用ASIC芯片高30%左右。我们的DSP编码器可以根据应用层对传输带宽的预测，平滑地修改编码器内部的各种编码参数，达到自适应调节码率的目的，而且图像质量变化平稳，同等带宽下展现出更好的视觉效果。

4.4分布式可视化指挥管理平台技术

可视化指挥管理平台是应急指挥系统的核心，平台可实现不同种类终端设备的接入和配置管理等，可进行视频会议、集群对讲等。平台采用了中心信令交换式的分布式架构，该系统架构具有以下优点：

（1）分布式部署。各网元相互独立，除关键网元外，增加活减少集群网元不影响系统其他部分的运行。

（2）开放式设计。可以根据用户需求增加业务管理网元，实现平台的业务扩展能力，而不影响已有的服务。

（3）灵活扩容。部署活扩容时，可根据用户的容量需求配置DTU、NSU、PUI和CUI等集群网元的数目，构成服务器群，满足海量设备管理的需求。

（4）终端兼容性。平台通过设备访问接口单元实现对不同终端设备的协议转换，从而能够兼容各种终端设备的接入。

5结语

该系统所构建的应急指挥系统可实现快速响应、快速部署，从而提高政府部门应急指挥的效率，最大限度地减少人民群众的生命财产损失。