远程图像传输技术在消防灭火中的应用

摘要:实现火灾现场进行远程图像的实时传输,是对灾害现场进行应急救援和监控的必要手段。应用远程图像传输技术对火灾现场情况进行真实地反映,可以使消防人员及时了解重大火灾以及突发事件的现场实况,对现场情况做出准确分析和判断,进而进行实时消防处理,提高我消防人员的快速反应能力、指挥能力和突发事件的处置能力大大提高。本文结合以上背景,对远程图像传输技术在消防灭火中的应用进行了研究。

关键词:远程图像传输 消防灭火 应用

火灾的发生具有突发性的特点,没有预见性或者难以预见。所以,实现火灾现场进行远程图像的实时传输,是对灾害现场进行应急救援和监控的必要手段。通过将图像传输系统安装在可以高速移动和机动的设备上,可以应用图像远程传输技术对火灾现场情况真实地反映,使消防人员及时了解重大火灾以及突发事件的现场实况,对现场情况做出准确分析和判断,进而进行实时消防处理,提高我消防人员的快速反应能力、指挥能力和突发事件的处置能力大大提高。因此远程图像传输技术对于提高消防人员快速反应能力,保障人民生活安全,有效处理各种火灾突发事件,具有重要的社会意义。

1 远程图像传输技术概述

1.1 消防远程图像传输的应用原则

应用于消防的远程图像传输具有特殊的功用,也有其所特有的原则性要求。

(1)实时性。消防的及时性对火灾的控制显而易见,火灾现场的图像只有及时的传送到指挥中心,才可能实现指挥中心对火灾的正确判断和正确指挥。

(2)高质量。根据火灾事件中图像分析、存储等应用需要,现场图像传输应该具备高质量,图像的数字编解码至少应达到352×288像素以上的分辨率。

(3)适应性。火灾现场环境复杂,根据需求分析,远程图像的传输必须要实现在复杂环境下的传输。尤其是在城市中,建筑物较多,建筑物的阻挡不能对图像传输的速度和质量产生大的影响。

(4)便捷性。在火灾现场,能够掌握一手情况的是现场的消防队员,在情况复杂的火灾现场,图像的采集和传输设备应该具备体积小、重量轻的特点;前端必须灵活机动,移动中也可以进行可靠地图像传输,安装便捷。

1.2 消防远程图像传输的应用种类

(1)有线传输。有线传输最常用的方式有三种,为双绞线传输、同轴电缆传输、光纤传输。这三种有线传输方式各有优缺点,其优缺点比较如表1.1所示:

表1.1 有线传输方式的优缺点比较

从上述比较分析看,只有光纤传输符合远距离图像传输的要求。但是光纤的安装非常困难,任何熔接、切断、连接等方面的微小误差都会造成较大的信号衰减,因此布线工作量很大。从其缺点看,不符合消防远程图像传输便捷性的要求。

(2)无线传输。无线图像传输设备具有安装方便、灵活性强、性价比高的优点,在消防领域中得到越来越广泛的应用。无线传输分为模拟微波传输和数字微波传输。

模拟微波传输:把视频信号直接调制在微波的信道上(微波发射机,HD-630),通过天线(HC-1300LX137)发射出去,监控中心通过天线接收微波信号,然后再通过微波接收机(Microsat 600AM)解调出原来的视频信号。这种传输方式图像非常清晰,没有延时,没有压缩损耗,造价便宜。

数字微波传输:视频信号经过编码压缩器(HD-6004) 编码压缩后,通过数字微波(HD-9500E)信道调制器进行调制,然后通过天线发射出去,完成视频信号的传输任务;接收端则相反,天线接收信号,微波解扩,视频解压缩。在相同的容量下,数字传输所需要的带宽比模拟传输时要宽。并且数字通信系统需要复杂的同步系统。但是数字微波传输也有着许多优点。

2 远程图像传输在消防中应用的瓶颈问题

将灭火救援现场的图像、声音和数据及时传回指挥中心,需要解决以下问题:在实战中,通信指挥车一般不可能很接近火灾现场,只能对现场外围情况进行观测。为了将现场内部的情况实时传回到指挥中心,119指挥系统中还需要解决现场到指挥车的图像实时传输问题。城市是建筑的组合,解决在城市环境下的远距离图像实时传输,要求系统在有阻挡的环境下解决图像的实时传送。

目前在消防作战指挥领域解决瓶颈问题应用较为成熟的是CDMA技术、COFDM技术等,而COFDM技术又有着突出的优势。下文将结合COFDM技术从实例分析的角度出发,就如何在COFDM技术框架下解决远程图像传输在消防中应用的瓶颈问题。

3 COFDM技术在消防中的应用

3.1 系统的组成

多载波COFDM无线图像传输系统利用和数字移动电视一样的正交频分复用调制技术,实现了在城市有高层建筑群,严重遮挡环境,郊区环境和山地环境等条件下移动传输DVD级图像。1 W小功率发射机可覆盖半径300~1000m,20W车载发射机覆盖半径可达10~20 km。基本可以满足消防部门从火场到指挥车之间的图像传输以及城市范围内指挥车到指挥中心的图像传输要求。其系统组成结构图如图3.1所示。

图3.1COFDM传输系统组成结构图

从图中可以看出,系统主要有单兵作战系统、119指挥车、公安专网等几部分组成。如图3.2所示,为深圳科卫泰实业有限公司开发研制的MV2000单兵发射机。采用第三代移动通信的核心技术COFDM(多载波调制技术)和MPEG-2 视频编码技术,可在高速移动中和城市建筑物遮挡情况下传输实时稳定的高清晰度音视频。

图3.2MV2000单兵发射机

其具体参数如下:

•体积:238×140×78.5(mm)

•重量:2.7Kg

•调制方式:COFDM

•视频速率:500Kbps--15Mbps(MAX)

•视频图像:720x576(8MHz),352x288(1.25MHz)

•图像压缩格式:MPEG-2 4:2:0 /MPEG-4 可选

其接收器一般安装在119指挥车上,随时接受发射来的图像。其在通视条件下传输距离可达80公里,但是在实际条件下,一般通讯指挥车会在火灾现场1公里以内。其机架式接收机实物图如图3.3所示。

图3.3机架式高清接收机

119指挥车中同样安装有车载发射机,如图3.4所示为深圳科卫泰实业有限公司开发研制的车载发射机。其在通视条件下直线传输距离可以达到100公里,在非通视条件下传输距离可以达到50公里。

图3.4通讯指挥车与车载发射机实物图

3.2 系统工作流程

一线消防队员携带一体化设备进入火灾现场,一体化设备可以安装在头盔内部,也可以随身携带在腰部。现场的图像、声音信息采集经过MPEG-2编码器进行前期压缩、编码,通过多载(COFDM)无线收发设备进行调制后向火场移动指部(车)发送。

移动指挥部(车)配置的多载波(COFDM)无线收发设备通过对移动视频设备所传数据的接收,在移动指挥部(车)终端上实时显示。

指挥车可以根据实际距离,采用车载发射机或者卫星通信将信号实时传送到指挥中心。指挥中心可以通过公安专网将信息实时传送到上一级指挥中心。

3.3 宁波消防实例

基于消防指挥通信系统的实际需求,从2004年开始,宁波市消防支队与有关单位联合开发火场图像实时传输系统,并以装备通信指挥车为契机,使119指挥系统得到进一步完善。系统分为车载式和背负式两种,前者侧重于通信距离,后者侧重于便携性和低功耗。

宁波消防采用COFDM技术,其远程图像传输的实现如图3.5所示:

(1)消防队员携带背负式单兵发射机,在复杂环境下的覆盖范围为1.5～3.0km,图像、语言、数据可以同时传输,在快速移动中可以保持通信的通常。完全可以满足一般火灾现场的距离要求;

(2)指挥车通过车载接收器接收到消防队员传来的图像,再通过车载发射器将图像传送到中心站。车载发射系统的覆盖范围为半径10km左右;

(3)由于宁波市消防队的指挥中心楼层不高,不适合做中心站,所以中心站选址为宁波市中心174m高的建筑——凌江名庭;

(4)在中心站与消防总队之间用2MB专线进行连接,以保障图像的实时传输;

(5)消防指挥中心可以通过公安专网将图像迅速完成图像的远程传播。

整个系统有350MHz无线通信系统作为支撑,针对消防的复杂环境,火场信息采集采用了双保险,用背负式设备把现场图像实时传输到指挥车上,并且与指挥车可以把现场传来的图像或者指挥车上摄像机拍的图像实时传到指挥中心,并且可以与指挥中心保持全双工语音通信,以作为350MHz无线通信系统的补充和备份。

在整个系统中,COFDM技术发挥了巨大的作用,其担任的主要角色就是将单兵采集到图像传送到指挥车上,然后通过车载系统将其传送到中心站,工作频率在300MHz到400MHz之间。很好的解决了消防作战指挥中图像传输的瓶颈问题。

参考文献

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