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        基于北斗的交通路網(wǎng)應(yīng)急通信協(xié)同指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2022-03-30 07:28:14葉清琳翟曉曉
        無線電工程 2022年3期
        關(guān)鍵詞:天通北斗鏈路

        葉清琳,劉 玲,翟曉曉

        (1.交通運(yùn)輸部衛(wèi)星技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心,北京 100088;2.中交星宇科技有限公司,北京 100088;3.中國(guó)交通信息科技集團(tuán)有限公司,北京 100088)

        0 引言

        近年來,在環(huán)境變化、氣候影響等因素共同作用下,各類自然災(zāi)害發(fā)生頻度與破壞程度呈上升態(tài)勢(shì),大規(guī)模路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施受到自然災(zāi)害的影響也日益凸顯,不僅造成交通路網(wǎng)設(shè)施直接損毀,同時(shí)極大地影響了通行效率,導(dǎo)致災(zāi)害救援的難度增大,進(jìn)一步加大了災(zāi)害損失。

        交通部門處置突發(fā)事件時(shí),主要以電話或地面無線通信設(shè)備收發(fā)信息,組織救援。重特大災(zāi)害發(fā)生時(shí),災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)電力、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施損壞嚴(yán)重,地面通信鏈路受損或中斷,使得災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)無法通過地面固定有線或移動(dòng)通信方式與后方指揮中心實(shí)時(shí)取得聯(lián)系。災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)道路損毀狀態(tài)大都依靠前方到達(dá)人員人工反饋,但由于缺乏有效通信手段和可用通信鏈路,應(yīng)急移動(dòng)通信能力嚴(yán)重不足,不能滿足救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)信息實(shí)時(shí)回傳要求,導(dǎo)致信息采集難、反饋周期長(zhǎng),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信面臨巨大挑戰(zhàn)。

        同時(shí),在現(xiàn)有自然災(zāi)害應(yīng)急通信體系下,前后方一體化應(yīng)急移動(dòng)通信指揮不暢,大范圍自然災(zāi)害中動(dòng)態(tài)的交通狀態(tài)推送、時(shí)空數(shù)據(jù)交互和災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)效性不強(qiáng),空-天-路等不同監(jiān)測(cè)平臺(tái)間數(shù)據(jù)與信息交互難,導(dǎo)致應(yīng)急數(shù)據(jù)更新慢、指揮協(xié)同困難、救援不及時(shí),限制應(yīng)急移動(dòng)通信指揮的快速開展,對(duì)交通路網(wǎng)通行能力以及評(píng)估災(zāi)后損毀趨勢(shì)造成巨大挑戰(zhàn)。近年來,研究人員開展了采用北斗技術(shù)進(jìn)行災(zāi)害應(yīng)急救援的相關(guān)研究。郁文[1]、郝明[2]等開展了針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害特定環(huán)境下,基于北斗衛(wèi)星通信的應(yīng)急救援系統(tǒng)研究,但對(duì)平臺(tái)具體功能少有描述。李博[3]、張學(xué)華[4]等開展了基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng),結(jié)合公網(wǎng)移動(dòng)通信的應(yīng)急通信保障系統(tǒng)研究,實(shí)現(xiàn)了雙通信鏈路的互聯(lián)互通。項(xiàng)順伯等[5]利用北斗二代短報(bào)文雙向通信功能,設(shè)計(jì)和開發(fā)了一種基于北斗衛(wèi)星通信的應(yīng)急救援平臺(tái)。費(fèi)倫林等[6]設(shè)計(jì)了應(yīng)用于高速公路上的一種基于北斗技術(shù)的綜合應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng),側(cè)重常態(tài)下綜合預(yù)警和應(yīng)急指揮。王立衛(wèi)等[7]提出了結(jié)合北斗衛(wèi)星和GPS雙模式下的地震應(yīng)急指揮系統(tǒng)。陳俊等[8]提出了運(yùn)用北斗衛(wèi)星和GPS雙模式下的森林防火調(diào)度指揮系統(tǒng),二者重點(diǎn)突出提供2種衛(wèi)星模式定位功能互補(bǔ)和備份。尹小俊[9]、李茂源[10]等分別基于LoRa技術(shù)和基于WiFi技術(shù)集成北斗通信展開了無線局域網(wǎng)下應(yīng)急通信的研究。唐堯[11]、白雪[12]、李買林[13]、李敏等[14]分別基于高分、3DGIS、eLTE、云視頻技術(shù)開展了應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)研究。張瓊雄等[15]重點(diǎn)圍繞應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)中數(shù)據(jù)層的多源數(shù)據(jù)融合方面開展了相關(guān)研究,賈文崢[16]、陳曉琳[17]、程效軍[18]等結(jié)合城市、公安系統(tǒng)和地震等應(yīng)用場(chǎng)景展開了相關(guān)研討。

        從研究成果來看,高效的應(yīng)急通信協(xié)同指揮系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)災(zāi)情快速應(yīng)急響應(yīng)的前提。針對(duì)大范圍自然災(zāi)害復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)條件,電子化、數(shù)字化、智能化成為交通路網(wǎng)應(yīng)急通信協(xié)同指揮研究發(fā)展方向。本文構(gòu)建了基于北斗、天通衛(wèi)星通信、寬帶衛(wèi)星融合應(yīng)用的應(yīng)急移動(dòng)通信指揮保障體系,是一種不受地面公網(wǎng)限制、基于衛(wèi)星通信的移動(dòng)應(yīng)急手段,可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、無盲區(qū)的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急移動(dòng)通信,可以掌握災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)點(diǎn)位信息,輔助災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)交通路網(wǎng)應(yīng)急資源調(diào)度運(yùn)輸?shù)膬?yōu)化配置。

        1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        在地面通信鏈路嚴(yán)重?fù)p壞的情況下,充分考慮應(yīng)急移動(dòng)指揮的高帶寬傳輸需求,采取多星技術(shù)融合、功能互補(bǔ)的方式,采用靜中通車載式終端、Ku頻段便攜式背負(fù)終端作為寬帶衛(wèi)星接入手段,天通手持機(jī)及北斗終端群作為窄帶衛(wèi)星接入手段,空天地一體的網(wǎng)絡(luò)傳輸和基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)為基礎(chǔ)的一體化應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),滿足特重大災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急通信需求。同時(shí)構(gòu)建交通路網(wǎng)應(yīng)急通信協(xié)同指揮系統(tǒng),解決重特大災(zāi)害發(fā)生時(shí)無公網(wǎng)情況下視頻、圖像、音頻、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和信息交互,構(gòu)建前方通信點(diǎn)位、移動(dòng)應(yīng)急通信和后方固定通信協(xié)同指揮通信保障。

        1.1 總體架構(gòu)

        基于北斗的交通路網(wǎng)應(yīng)急通信協(xié)同指揮系統(tǒng),包括各類前端移動(dòng)應(yīng)急通信終端、空天地一體應(yīng)急保障網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)急通信協(xié)同指揮云平臺(tái)、數(shù)據(jù)服務(wù)以及遠(yuǎn)程指揮等應(yīng)用子系統(tǒng)和各類用戶。一體化的應(yīng)急通信協(xié)同指揮系統(tǒng)總體架構(gòu)包括終端層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層和用戶層,如圖1所示。

        ① 終端層:采用各類終端實(shí)現(xiàn)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)前端數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸,包括Ku頻段便攜式背負(fù)終端、靜中通車載式終端、北斗手持終端、天通手持機(jī)和無線短波電臺(tái)等。

        ② 網(wǎng)絡(luò)層:融合地面運(yùn)營(yíng)公網(wǎng)、交通行業(yè)專網(wǎng)作為穩(wěn)定、固定的傳輸線路,結(jié)合北斗、天通及Ku頻段寬帶等衛(wèi)星移動(dòng)通信鏈路、無線短波電臺(tái)、WiFi、微基站等無線自組網(wǎng)通信鏈路,形成多網(wǎng)融合的多元網(wǎng)絡(luò)傳輸,滿足災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)信息的回傳需求,實(shí)現(xiàn)前方與后方應(yīng)急指揮中心的信息互通。

        ③ 平臺(tái)層:應(yīng)急通信協(xié)同指揮云平臺(tái)基于數(shù)據(jù)采集、匯聚、傳輸、處理及分析數(shù)據(jù)流程,利用災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)各類視頻、語音、圖片和文本等感知數(shù)據(jù)采集,匯聚統(tǒng)一的應(yīng)急通信協(xié)同指揮數(shù)據(jù)庫(kù),構(gòu)建應(yīng)急移動(dòng)通信數(shù)據(jù)庫(kù)和各類感知信息共享交換平臺(tái)。

        ④ 應(yīng)用層:面向?yàn)?zāi)害交通路網(wǎng)應(yīng)急移動(dòng)通信指揮需求,建設(shè)遠(yuǎn)程指揮子系統(tǒng)、指揮調(diào)度信息接收子系統(tǒng)、預(yù)警消息廣播消息群發(fā)子系統(tǒng)、求助響應(yīng)子系統(tǒng)、人員車輛應(yīng)急安全移動(dòng)通信子系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng),這些系統(tǒng)滿足了數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)定位、應(yīng)急指揮調(diào)度、信息實(shí)時(shí)回傳和次生災(zāi)害預(yù)警等功能,提供了相應(yīng)的服務(wù)內(nèi)容。

        ⑤ 用戶層:包括后方應(yīng)急指揮中心用戶、前端應(yīng)急指揮車用戶和災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的前方應(yīng)急終端用戶。

        圖1 基于北斗的交通路網(wǎng)應(yīng)急通信協(xié)同指揮系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture of the Beidou-based traffic network emergency communication cooperative command system

        1.2 空天地一體應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

        1.2.1 空天地一體應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)保障

        利用北斗短報(bào)文通信、天通、寬帶衛(wèi)星以及地面移動(dòng)通信功能,重點(diǎn)突破應(yīng)急通信的延時(shí)低、容量大和速率高的傳輸要求,達(dá)到多網(wǎng)資源融合1 MHz帶寬,特別是因自然災(zāi)害產(chǎn)生遮擋物的遮擋條件下,作為通信保底手段,實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信。

        空天地一體應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)主要采用北斗、天通和寬帶衛(wèi)星等空間信息技術(shù),融合地面?zhèn)鞲懈兄O(shè)備、通信傳輸技術(shù),結(jié)合北斗導(dǎo)航衛(wèi)星短報(bào)文通信手段,搭建空天地一體的衛(wèi)星通信保障體系,將衛(wèi)星通信、地面固定有線通信和地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地結(jié)合,實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信的無縫覆蓋、無縫連接,滿足重大自然災(zāi)害范圍下重點(diǎn)災(zāi)害區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)通信不間斷的傳輸需求,如圖2所示。

        災(zāi)害發(fā)生后,應(yīng)急指揮車到達(dá)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng),通過衛(wèi)星通信、地面固定有線通信和地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等方式與后方應(yīng)急指揮中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和中繼通信。若車輛無法到達(dá),救援人員背負(fù)各類應(yīng)急移動(dòng)通信終端前往災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng),通過北斗手持終端、北斗RD車載定位終端、無線短波電臺(tái)及天通手持機(jī),實(shí)現(xiàn)與應(yīng)急指揮車之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信,應(yīng)急移動(dòng)通信傳輸路由是前方人員至應(yīng)急通信車,再到后方指揮中心。

        圖2 基于北斗的交通路網(wǎng)應(yīng)急通信協(xié)同指揮系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)Fig.2 Network design of emergency communication cooperative command system for traffic network based on beidou

        空天地一體應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),地面網(wǎng)絡(luò)中斷后,采用衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。無公網(wǎng)、寬帶衛(wèi)星無法覆蓋區(qū)域,使用Ku寬帶衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)圖像傳輸,天通手持機(jī)實(shí)現(xiàn)語音傳輸,北斗短報(bào)文實(shí)現(xiàn)指揮調(diào)度信息的文字傳輸。

        1.2.2 集群式通信和自動(dòng)尋優(yōu)切換通信技術(shù)

        系統(tǒng)運(yùn)用多種信息技術(shù)和多衛(wèi)星功能交替互補(bǔ),采用多鏈路資源融合尋優(yōu)的技術(shù)方法進(jìn)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),綜合應(yīng)用基于智能分包的北斗短報(bào)文集群式通信技術(shù)和自動(dòng)尋優(yōu)切換通信技術(shù)。

        針對(duì)應(yīng)用中各種災(zāi)害數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)和文件傳輸?shù)刃畔鬏數(shù)膸捫枨螅约笆芡鈬h(huán)境影響的通信成功率問題,重點(diǎn)解決北斗用戶SIM卡短報(bào)文容量限制以及受外圍環(huán)境影響的通信成功率問題,通過創(chuàng)新應(yīng)用智能數(shù)據(jù)分包技術(shù)、多卡集群式通信技術(shù)等,在物理層面將通信容量從單卡每分鐘78 byte擴(kuò)容至2 080 byte以上。通過信道智能分配實(shí)現(xiàn)了帶寬高效利用,較傳統(tǒng)衛(wèi)星流量分配方法,帶寬利用率提升約23.2%。

        運(yùn)用北斗終端通信鏈路自動(dòng)尋優(yōu)切換技術(shù),實(shí)現(xiàn)北斗通信和地面公網(wǎng)移動(dòng)通信的無縫集成。用戶手持北斗終端,在地面無公網(wǎng)移動(dòng)通信信號(hào)覆蓋區(qū)域,自動(dòng)切換到北斗通信鏈路與后臺(tái)北斗指揮機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳和信息交互;到達(dá)公網(wǎng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域后,自動(dòng)切換到公網(wǎng)移動(dòng)通信鏈路進(jìn)行信息交互,實(shí)現(xiàn)在廣域范圍內(nèi)自動(dòng)優(yōu)選通信,解決通信網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)的問題,提升應(yīng)急通信能力。

        1.2.3 移動(dòng)應(yīng)急通信終端群

        移動(dòng)應(yīng)急通信終端群部署在應(yīng)急指揮車及應(yīng)急通信車上,其中在應(yīng)急指揮車上包括靜中通車載終端、Ku頻段便攜式背負(fù)終端、北斗指揮型接收機(jī)、北斗手持終端、北斗RD車載定位終端及天通手持機(jī)。

        靜中通車載終端。在車頂裝置Ku頻段的靜中通車載天線,分為1.2/1.8 m兩種口徑,可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的衛(wèi)星站點(diǎn)開通。車載天線設(shè)備自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)星,快速、準(zhǔn)確建立衛(wèi)星通信鏈路,設(shè)備實(shí)現(xiàn)了上下變頻模塊小型集成,衛(wèi)星端站可使用L波段中頻接口接續(xù)終端用戶,部署于應(yīng)急指揮車Ku頻段的靜中通車載天線。

        Ku頻段便攜式背負(fù)終端。Ku頻段便攜式背負(fù)終端為Ku頻段0.8 m的背負(fù)式自動(dòng)便攜天線,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)星,快速、準(zhǔn)確建立衛(wèi)星通信鏈路,為前方應(yīng)急救援保障人員提供較短時(shí)間內(nèi)一鍵對(duì)星,完成定位、展開、跟蹤衛(wèi)星,并實(shí)現(xiàn)與應(yīng)急指揮車的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的衛(wèi)星站點(diǎn)通信。

        北斗指揮型接收機(jī)。北斗指揮型接收機(jī)循環(huán)多次發(fā)送指令(入站)以提高頻度,用于發(fā)送大型報(bào)文數(shù)據(jù)或分組通播,同時(shí)能夠?qū)⒈O(jiān)控指揮下屬終端用戶數(shù)量擴(kuò)容,同時(shí)可提供衛(wèi)星精準(zhǔn)授時(shí)服務(wù)。

        北斗手持終端。可實(shí)現(xiàn)自然災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域的人員動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)定位功能,短距離采用DMR制式進(jìn)行語音交互或短信交互,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋優(yōu)通信鏈路工程,提供一鍵SOS報(bào)警預(yù)警和下行廣播預(yù)警功能。可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間,保障災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)終端續(xù)航,寬溫度擴(kuò)大使用范圍,滿足重大災(zāi)害環(huán)境下的應(yīng)急通信需求。

        北斗RD車載定位終端。車載終端具備北斗系統(tǒng)RDSS的通信功能和RNSS的定位導(dǎo)航功能,可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信車和應(yīng)急指揮車的短報(bào)文通信,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)導(dǎo)航、測(cè)速、授時(shí)、精準(zhǔn)位置服務(wù)以及上報(bào)定位信息等功能,是基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位和通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種車輛平臺(tái)指揮調(diào)度與安全保障的通用設(shè)備。

        天通手持機(jī)。天通手持機(jī)分為智能型手機(jī)和功能型手機(jī),可與三大運(yùn)營(yíng)商的電話號(hào)碼進(jìn)行互通,通話質(zhì)量清晰可辨,能夠滿足應(yīng)急通信的需求。

        1.3 應(yīng)急通信協(xié)同指揮系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

        應(yīng)急通信協(xié)同指揮系統(tǒng)功能主要由系統(tǒng)的應(yīng)用層體現(xiàn),包括遠(yuǎn)程指揮子系統(tǒng)等6個(gè)子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)定位、移動(dòng)應(yīng)急通信、應(yīng)急指揮調(diào)度、信息實(shí)時(shí)回傳、視頻圖像獲取、次生災(zāi)害預(yù)警、數(shù)據(jù)分析處理和有效數(shù)據(jù)提取及提示。

        1.3.1 遠(yuǎn)程指揮子系統(tǒng)

        遠(yuǎn)程指揮子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程安全保障與監(jiān)控、預(yù)警驅(qū)動(dòng)及進(jìn)行預(yù)警發(fā)布。將計(jì)劃好的目的地、行進(jìn)路線、活動(dòng)區(qū)域、注意事項(xiàng)和聯(lián)系人等信息發(fā)送給前方人員;保障和監(jiān)控前方救援人員的定位、行進(jìn)路線等信息,并可接收?qǐng)?bào)警信息;在突發(fā)應(yīng)急事件時(shí),可以通過用戶終端實(shí)現(xiàn)一鍵驅(qū)動(dòng)預(yù)警、廣播預(yù)警、短信群發(fā)預(yù)警3種預(yù)警方式實(shí)現(xiàn);隨時(shí)向接入公網(wǎng)的應(yīng)急移動(dòng)通信終端進(jìn)行預(yù)警發(fā)布。

        1.3.2 指揮調(diào)度信息接收子系統(tǒng)

        應(yīng)急指揮人員在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)或?yàn)?zāi)后現(xiàn)場(chǎng),使用應(yīng)急指揮車上應(yīng)急通信協(xié)同指揮云平臺(tái),對(duì)前方救援人員進(jìn)行調(diào)度指揮,使前方救援人員能夠接收到后方指揮中心發(fā)來的計(jì)劃救援目的地、行進(jìn)路線、活動(dòng)區(qū)域、注意事項(xiàng)和聯(lián)系人等信息,并保障前方救援人員與后方指揮中心人員進(jìn)行位置、行進(jìn)路線等信息交互。

        1.3.3 預(yù)警消息廣播子系統(tǒng)

        當(dāng)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生自然災(zāi)害、泥石流和臺(tái)風(fēng)等氣象次生災(zāi)害時(shí),可通過預(yù)警信息群發(fā)功能對(duì)周邊攜帶應(yīng)急移動(dòng)通信終端人員群發(fā)預(yù)警信息,通知應(yīng)急處置信息及聯(lián)系方式。

        1.3.4 求助響應(yīng)子系統(tǒng)

        前方救援人員到達(dá)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)后,遇有突發(fā)情況或次生災(zāi)害時(shí),可通過用戶終端一鍵求救模塊發(fā)送求救信息,進(jìn)行報(bào)警,平臺(tái)接收到報(bào)警信息后,迅速響應(yīng),通過終端的報(bào)警響應(yīng)界面,可了解當(dāng)前救援人員基本信息、所在地信息描述及周邊人員信息,及時(shí)將相關(guān)信息發(fā)送給求助人員的緊急聯(lián)系人、單位及所在駐地應(yīng)急指揮中心。

        1.3.5 人員車輛應(yīng)急安全移動(dòng)通信子系統(tǒng)

        基于北斗手持終端或應(yīng)急移動(dòng)通信終端實(shí)現(xiàn)重特大自然災(zāi)害的前方人員定位及通信,可迅速精準(zhǔn)地提供災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)情況,包括前方救援人員數(shù)量和位置分布,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤人員位置信息,回傳人員在不同時(shí)間段的行動(dòng)軌跡,為災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的人員安全保障提供位置服務(wù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

        基于北斗車載終端對(duì)重要車輛進(jìn)行定位及通信,及時(shí)準(zhǔn)確地提供車輛的位置、分布情況以及活動(dòng)軌跡。在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中實(shí)時(shí)生成災(zāi)害前方人員車輛的流動(dòng)路線、活動(dòng)軌跡回放。

        1.3.6 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

        系統(tǒng)滿足多媒體數(shù)據(jù)的接收查看功能,如手持終端回傳的圖片、語音和視頻等;監(jiān)控?cái)z像頭采集的監(jiān)控視頻和回傳的實(shí)時(shí)視頻等。同時(shí),平臺(tái)可驅(qū)動(dòng)廣播系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)在不同場(chǎng)景下的信息播發(fā)功能。

        2 應(yīng)用驗(yàn)證

        傳輸在無主站中繼的情況下,根據(jù)指揮車輛的配置,可分為2種配置場(chǎng)景。場(chǎng)景1:在浙江麗水地區(qū),指揮車輛以SUV、中巴車為底盤時(shí),根據(jù)可安裝衛(wèi)星天線為1.2 m天線配置。應(yīng)急指揮車配置Ku頻段1.2 m靜中通衛(wèi)星天線、40 W衛(wèi)星功放、LNB、調(diào)制解調(diào)器、北斗終端、天通手持機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備和便攜發(fā)電機(jī)等,實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星的信息交互。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與終端集群系統(tǒng)相連,為終端用戶提供IP信息通道。滿足應(yīng)急指揮車與2臺(tái)應(yīng)急通信車同時(shí)通信的需求。

        設(shè)置應(yīng)急指揮車信道設(shè)備發(fā)送1 Ms/s,PSK3/4TDM前向載波,應(yīng)急通信車信道設(shè)備接收12 Ms/s,QPSK3/4TDMA返向載波,小站完成入網(wǎng)后,測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)傳輸誤碼率和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。浙江麗水地區(qū)測(cè)試的結(jié)果如表1所示。

        表1 浙江麗水地區(qū)測(cè)試結(jié)果顯示

        經(jīng)過鏈路計(jì)算,發(fā)射天線口徑1.2 m天線配備5 W以上的功放,保有一定的雨衰余量,可滿足1 MHz通信帶寬雙向通信的需求。傳輸誤碼率小于10-6,時(shí)延720 ms,經(jīng)測(cè)試,寬帶可以實(shí)現(xiàn)1路720P視頻。天通衛(wèi)星信號(hào)正常覆蓋區(qū)域,實(shí)現(xiàn)2個(gè)天通手持機(jī)正常通話。北斗正常覆蓋區(qū)域,實(shí)現(xiàn)1 min50路短報(bào)文收發(fā)位置信息,地面公網(wǎng)正常覆蓋區(qū)域,可以自動(dòng)切換至移動(dòng)通信,實(shí)現(xiàn)4G制式信號(hào)通信。

        場(chǎng)景2:在西藏地區(qū),指揮車以大型方艙車為底盤,衛(wèi)星天線為1.8 m靜中通天線配置。經(jīng)過鏈路計(jì)算,發(fā)射天線口徑1.8 m天線配備40 W以上的功放保障與1.8 m指揮車天線正常通信,保有一定的雨衰余量情況下,滿足1 MHz通信帶寬雙向通信的需求。經(jīng)測(cè)試,寬帶可以實(shí)現(xiàn)1路720P視頻。天通正常覆蓋區(qū)域,實(shí)現(xiàn)2個(gè)天通手持機(jī)正常通話。北斗正常覆蓋區(qū)域,實(shí)現(xiàn)1 min50路短報(bào)文收發(fā)位置信息。地面公網(wǎng)正常覆蓋區(qū)域,可以自動(dòng)切換至移動(dòng)通信,實(shí)現(xiàn)4G制式信號(hào)通信。西藏地區(qū)測(cè)試結(jié)果如表2所示。

        表2 西藏地區(qū)測(cè)試結(jié)果顯示

        可以看出,應(yīng)急通信協(xié)同指揮系統(tǒng)依托寬帶衛(wèi)星為主要傳輸手段,指揮車配備1.2/1.8 m靜中通天線及相關(guān)調(diào)制解調(diào)設(shè)備,應(yīng)急通信車同樣配備1.2/1.8 m靜中通天線及調(diào)制解調(diào)設(shè)備,可為應(yīng)急通信協(xié)同指揮系統(tǒng)提供不小于1 Mb/s的寬帶衛(wèi)星鏈路,綜合北斗手持終端、車載終端及天通手持機(jī),可為應(yīng)急指揮車與應(yīng)急通信車之間提供音頻、視頻和數(shù)據(jù)傳輸。

        3 結(jié)束語

        基于移動(dòng)應(yīng)急集群通信系統(tǒng)通信鏈路尋優(yōu)切換技術(shù),實(shí)現(xiàn)北斗、寬帶衛(wèi)星通信、地面通信的無縫集成。融合北斗系統(tǒng)、天通及寬帶衛(wèi)星的應(yīng)急通信協(xié)同指揮系統(tǒng)在重大自然災(zāi)害場(chǎng)景的集成應(yīng)用;天通和寬帶網(wǎng)衛(wèi)星通信技術(shù),突破應(yīng)急通信的低延時(shí)速率,大容量帶寬,實(shí)現(xiàn)災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)視頻圖片、語音傳輸以及文字的信息互動(dòng);覆蓋范圍大,通信盲區(qū)少;同時(shí)具備獨(dú)立的組網(wǎng)能力,不需要其他任何系統(tǒng)支持;適合分布于大面積范圍內(nèi)的重大自然災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急數(shù)據(jù)采集與應(yīng)急傳輸通道的應(yīng)用。

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