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消防地下應急通信

一、行業背景

 地下多層建筑構造復雜,水泥鋼筋墻體厚實,地下金屬反射源繁多,現有無線通信裝備在此類復雜環境下應用時存在信號覆蓋范圍小、信號損耗衰落大、抗多徑效應能力差、帶寬受限等缺點,無法完全解決信息穩定傳輸的問題。建立一套能在地下建筑群里穩定傳輸視音頻的寬帶應急通信系統應對突發事件,并實現復雜地下環境的圖像偵查,一直受到消防部門的重視,也是作為通信行業需要攻克的難題之一。經過多年努力,由沈陽消防研究所牽頭,聯合深圳市中創鑫和科技有限公司共同研發的新型地下應急通信裝備,很好地解決了地下應急通信難題。該研究計劃項目《地下建筑應急通信技術研究及裝備研制》(項目編號:2015JSYJC09),并于2017年通過專家組驗收,取得成果登記證書。同時該系統產品具有架設簡便、使用靈活、操作簡單等特點,可廣泛應用于公安、消防、人防、武警、部隊、電力、石油、交通等部門。

 

二、方案介紹

地下應急通信系統主要由 Mesh 單兵圖傳、Mesh 中繼臺、Mesh基站和相應的單兵圖傳、耳機、手麥、接口線等配件組成,是一種采用全新的“無線網狀網”理念設計的移動寬帶無線通信傳輸系統。系統采用同頻組網技術,支持多跳中繼,每個節點可隨機移動,系統拓撲快速變化時也可快速重構路由。該通信系統利用Mesh設備的多跳中繼性,可為內攻人員與現場指揮部之間打造穩定的寬帶通信鏈路,實現現場音視頻及數據信息的實時傳輸,實現可視化指揮調度。另外通信指揮車的信息也可以通過4G LTE專網、4G公網或者衛星通信網回傳給總指揮中心。示意圖如下:

 

 

三、方案特點  

◆ 軟件無線電架構 采用通用的硬件平臺,支持動態加卸載波形,可根據實際信道條件和用戶狀態的變化在線配置工作頻率、帶寬、發射功率、調制速率和網絡拓撲等參數。

◆ 寬帶Mesh自組網不依賴基站,高效、快速組成無中心的無線寬帶網絡。支持多跳中繼,能有效拓展無線網絡的覆蓋半徑。

◆ 網絡具有自動選擇最佳路由特性,自組織、自愈合,自動實現鏈式、星狀等網絡拓撲。

◆ 一機多模,開機即用任一節點設備可同時作為信息采集節點、中繼節點或信息輸出節點,開機即用,實現高清視頻、語音、圖像等數據雙向傳輸,靈活機動、部署簡單。

◆ IP組網,易于互聯,提供IP接口,可實現與其它IP設備互聯互通。

◆ 融合通信混合組網,既有有中心的4G LTE專網指揮網絡,又有無中心的MESH自組網前端作戰網絡,既解決了復雜環境下的地下相互通信協同作戰的難題,又解決了后端指揮部實時了解前方作戰進展的需求。

 

四、相關設備介紹

1、Mesh單兵終端ZCXH3511

Mesh單兵終端是一款使用非常靈活的產品,使用時由消防單兵攜帶,單兵圖傳或者其他前端視音頻采集器與之通過WIFI 連接,實現現場音視頻信息的采集與傳輸。

技術參數:

◆ 寬帶Mesh、Wifi、可隨身攜帶,開機一鍵式使用,無需配置和更改參數;

◆ 多個Mesh之間可實現動態發現,動態速率自適應,功率控制以及切換;

◆ 部署靈活,使用簡單,攜帶方便;

◆ 天線:全向天線,增益不小于3dBi,專網使用;

◆ 工作頻段:510MHz-580MHz,中心頻點可調,工作頻段可根據應急管理部規劃后的工作頻段進行調整;

◆ Mesh射頻:MIMO 2×2

◆ 頻寬:5M/10M/20M可調;

◆ 系統帶寬:單跳≥70Mbps;

◆ Wifi:覆蓋半徑≥10m;

◆ 內置GPS、北斗;

◆ 發射功率:500mW;

◆ 視頻輸入、輸出編碼方式:H.264;

◆ 視頻輸入接口:HDMI;

◆ 防護等級:IP66;

◆ 重量:430g(含電池);

◆ 尺寸:139.5*64*30mm(不含天線及配件);

◆ 電池供電:不少于8小時;

◆ 攜行與運輸附件由攜行包構成,總重量差不過1kg,設備平時放置到攜行包內,用于單兵徒步攜行時使用。

 

2、Mesh中繼臺

Mesh 中繼臺是一款使用非常靈活的 Mesh 產品,它可以采用多種通信組合方式,應用于不同的使用場景。可以單兵背負使用,也可以使用三腳架作為中繼使用,還可以在固定點安裝,還可以在移動的車輛、船舶、機器人、無人機、無人船等上面使用,隨時隨地,一鍵開機使用,無需配置和更改參數。主要用于實現 Mesh 單兵終端之間,單兵與基地臺之間的多媒體互聯互通。

 

技術參數:

◆ 寬帶Mesh、Wifi、4G公網、4G專網融合中繼節點,開機一鍵式使用,無需配置和更改參數;

◆ 天線:全向天線,增益不小于5dBi,長度不大于0.8m,專網使用;

◆ 4G網絡多路融合:在同一個Mesh網絡中,允許有多個節點開啟4G功能,與4G網絡通信,并保證單兵業務通信的就近自動接入原則,即單兵在保證業務不斷開的情況下,離哪個開啟4G的Mesh節點近,就從哪個節點發送業務數據給4G網絡;

◆ 掃頻與批量配置:支持電腦或手機端對周圍無線環境掃描、頻率、頻寬等信息的管理配置;

◆ 無縫路由切換:支持Mesh節點在80km/h以上移動速度的情況下,在多個Mesh節點間零丟包無縫切換,業務不中斷;

◆ 工作頻段:512-582MHz,中心頻點可調,工作頻段可根據應急管理部規劃后的工作頻段進行調整;

◆ Mesh射頻:MIMO 2×2;

◆ 發射功率:500mW;

◆ 頻寬:5M/10M/20M可調;

◆ 系統帶寬:80Mbps;

◆ 同一Mesh網絡中節點容量不低于50個;

◆ 雙頻Wifi(覆蓋半徑不少于50m);

◆ 防護等級:不低于IP66;

◆ 工作溫度:-30℃~+55℃;

◆ 重量:1.2kg;

◆ 尺寸:240×200x100mm(W×H×D);

◆ 內置電池供電:滿負載不少于12小時,待機不少于24小時;

◆ 能夠使用手機APP對設備進行批量配置,拓撲呈現,頻譜掃描。

 

3、Mesh基站 ZCXH3709

Mesh基站可拆卸使用,實現救援現場到前方指揮部的Mesh信號自動覆蓋,實現事故現場寬帶Mesh、Wifi、4G專網信號的接力傳輸及信號延伸,支持多跳中繼,每一跳中繼之間至少保證穿透地下1層,水平2km的傳輸距離。

◆ 實現災害事故現場到前方指揮部的Mesh信號自動覆蓋,在基站中配置4G上網卡,在公網信號好的區域,通過4G公網傳輸至后方指揮部;

◆ 一鍵式操作:開機直接使用,基站開機一鍵式使用,自動覆蓋周圍信號,自動和Mesh中繼臺聯網,可讓戰斗員快速投入戰斗,無需配置和更改參數。并且能夠配合4G專網基站使用,只要在信號覆蓋范圍內就可開機自動入網;

◆ 多網融合:支持Mesh、4G公網(含4G公網模塊)、4G專網,根據公網4G信號、專網4G信號和Mesh信號質量,自動切換,選擇信號質量好的鏈路進行傳輸;在同一個Mesh網絡中,允許有多個節點開啟4G功能,與4G網絡通信,并保證單兵業務通信的就近原則,即單兵在保證業務不斷開的情況下,離哪個開啟4G的Mesh節點近,就從哪個節點發送業務數據給4G網絡;

◆ Mesh網絡和4G網絡協議融合(無線鏈路層互通):Mesh網絡和4G網絡協議融合,無需通過另外一個設備,無需通過設備之間線纜互聯,實現信號接力,利用4G專網基站實現專網信號的區域覆蓋,利用Mesh手段將信號延伸至建筑物內部,實現圖像、數據、語音信號的全覆蓋。

◆ 具有自動防環路檢測功能:系統具有自動檢測功能,自行優化傳輸鏈路,避免多個Mesh設備外部端口二層級聯時形成環路,保證網絡正常工作;

◆ 配置不變的情況下,通過任意形態的Mesh設備進行無線中繼多跳,多跳鏈路中的設備位置可以任意進行交換,支持不小于6跳,最末端帶寬不低于4M,開機一鍵式使用,無需配置和更改參數;

◆ 工作頻段:512-582MHz(專網使用),能夠快速調整頻率,可加入頻率一致的設備形成的通信網絡,不同頻率的Mesh基站分為若干個小組進行通信,每個小組之間互不干擾;

◆ 天線:全向天線,增益不小于8dBi,長度不大于1.2m,專網使用;

◆ 頻寬:5M/10M/20M可調;網絡系統帶寬不低于70Mbps;

◆ 發射功率:2×1000mW;

◆ 雙頻Wi-Fi(覆蓋半徑不少于50m);

◆ 防護等級:不低于IP66;

◆ 工作溫度:-30℃~+55℃;

◆ 重量:3.5kg;

◆ 尺寸:240×200x100mm(W×H×D);

◆ 支持電腦、手機端APP對周圍無線環境、頻率、頻寬等信息的批量管理配置,拓撲呈現,頻譜掃描。

 

4、4G LTE專網基站 ZCXH7403

含多通信制式融合模塊,實現救援現場到前方指揮部的4G專網信號覆蓋,在野外空曠地覆蓋半徑不小于5km,在城市建筑群覆蓋半徑不小于2km,在信號屏蔽場所覆蓋半徑不小于800m,能夠將4G專網、Mesh、Wifi等無線資源進行融合統一管理。

技術參數:

◆ 用于實現事故現場到前方指揮部的4G專網信號的覆蓋,在野外空曠地覆蓋半徑不小于5km,在城市建筑群覆蓋半徑不小于2km,在信號屏蔽場所覆蓋半徑不小于800m,開機一鍵式使用,無需配置和更改參數;可配合衛星便攜站、Mesh基站、Mesh中繼臺使用,無需連接線纜,采用無線互通。

◆ Mesh網絡和4G網絡協議融合:4G專網基站與Mesh基站協議層互通,無需通過其他設備,無需通過設備之間線纜互聯,通過Mesh基站內置的4G專網模塊和4G基站直接互聯互通;

◆ 頻點調節功能:可根據現場電磁環境快速修改調整中心頻點;

◆ 與消防部隊圖像綜合管理平臺對接:含音視頻、數據融合調度服務等音視頻通信,能實現與部消防救援局雙向720P的視頻會議,能接入消防圖像綜合管理平臺;圖像分辨率:支持[email protected]/30fps、1080i、720P、SIF/CIF;編解碼分辨率:800×600、1024×768、1280×1024、1280×720、1920×1080、1600×1200;

◆ 多網絡融合綜合管理:可管理在線設備數量不低于1000個,對災害事故現場4G專網、Mesh、Wifi等無線資源進行融合統一管理,互聯互通;

◆ 現場網絡設備偵測:支持對專網(LTE、Mesh)設備的統一管理,即:網絡覆蓋強度偵測、基站(中繼)用戶在線數、手工調整用戶工作網絡節點等;

◆ 工作頻段:586-626MHz,中心頻點可調,工作頻段可根據應急管理部規劃后的工作頻段進行調整;

◆ 系統容量:在線用戶數不低于1000,系統吞吐量不低于1Gbps;

◆ 可進行信號過濾;

◆ VPN隧道:不低于32路;

◆ 天線采用便攜桅桿;

防護等級IP67;

◆ 工作溫度:-40℃~+55℃;

◆ 重量:12kg;

◆ 尺寸:375×263×140mm(W×H×D)。

 

5、多通信制式融合基站 ZCXH7205

◆ 通過4G專網基站,對事故現場4G專網、Mesh、Wifi等無線資源進行融合統一管理,互聯互通,開機一鍵式使用,無需配置和更改參數;

◆ 支持綜合接入Android手持終端視頻、音視頻布控球視頻、單兵視頻、固定監控視頻等多種視頻源;支持480p、720p、1080i、1080p等多種圖像分辨率,支持碼流傳輸帶寬自適應策略;支持終端間以及現場調度臺與終端間的實時視頻轉分發功能;

◆ 支持點對點多媒體消息,包括:文字、圖片、視頻、文件等;支持點到群組多媒體消息,包括:文字、圖片、視頻、文件等;支持歷史消息查詢功能;

◆ 防護等級:IP67;

◆ 工作溫度:-40℃~+55℃;

◆ 尺寸:280×246×60mm(W×H×D);

◆ 重量:4kg。

 

6、相關配件

單兵圖傳

◆ 通信標準SIP協議;

◆ 視頻標準:H.264 High Profile;

◆ 視頻特性:標準清晰度圖像編碼分辨率:QCIF、CIF、4CIF(D1),高清晰度圖像編碼分辨率:1280×720、1920×1080;

◆ 視頻輸入:1×Composite Video、1×HDMI;

◆ 標配1080P30全高清攝像機,具有屏幕可本地顯示,帶電池,支持獨立工作,可錄像、拍照;

◆ 音頻標準:GSM/G.711,Audec;

◆ 音頻特性:雙向全雙工語音對講、快速回聲消除、增強智能噪聲抑制、增強自動增益控制、全線性回聲抵消技術、回音拖尾處理能力;

◆ 音頻輸入:麥克風輸入:MIC IN,3.5接口;

◆ 音頻輸出:線路輸出:SPEAK OUT,3.5接口;

◆ 網絡:可選支持10M/100M/1000M 快速自適應以太網、內置Wifi 802.11 b/g/n、4G/3G(FDD-LTE/TD-LTE/WCDMA/EVDO/TD-SCDMA)全網通;

◆ 存儲:提供microSD卡接口,最大支持32G;

◆ 工作時間:不低于6小時;

◆ OSD功能:可提供數字、字母等信息用于OSD疊加;

◆ 外設接口:線控輸入,采用航空接頭、攝像機供電輸出;

◆ 衛星定位:支持GPS和北斗雙模定位;

◆ 工作環境溫度:0℃至50℃;

◆ 重量:不大于約0.6kg;

 

手麥

◆ 支持PPT ;

◆ 7PIN雷默頭;

◆ 麥克 -21±[email protected];

◆ 風靈 3.0V;

◆ 敏度 2.2K,0dB=1v/Pa;

◆ 顏色 黑色;

◆ 外形尺寸 82*56*32.2mm;

◆ 工作溫度 -30°C~65°C;

◆ 貯存溫度 -40°C~85°C。

 

骨傳導耳機

◆ 全骨傳導:骨傳導喇叭+骨傳導麥克風,發送和接收均為骨傳導方式聲音;

◆ 失真小,還原度高,能清晰分辨出所熟識人的講話;

◆ 兩側骨傳導喇叭,雙聲道接收,佩戴時雙耳開放,不影響使用者聆聽周圍環境的聲音;

◆ 獨特的VOX聲控功能設計,解放使用者雙手;

◆ 人體工程學設計,佩戴舒適,兼容各種頭盔、空氣呼吸器、防毒面具及其它防護用品;

◆ 防水防塵符合IP67;

◆ 配備安全自脫裝置;

◆ 無線PTT采用NFMI(近磁場感應技術),可與任意一套耳機進行配對,方便倉儲及使用。

 

五、軟件形式

系統軟件能有效調度管理MESH無線自組網系統內的各個MESH節點。在系統軟件主界面,基于地圖實時顯示現場人員及設備的位置、軌跡;一鍵音視頻采集、回傳、呼叫、求助;半雙工單呼、全雙工單呼、組呼、強拉、強拆、監聽、錄音等集群呼叫功能;視頻上拉、視頻回傳、視頻推送、云鏡控制、視頻對講、視頻會議等視頻監控、視頻調度功能等。

 

六、技術認證和成果

深圳市中創鑫和科技有限公司的地下應急通信系統已經得到了技術驗證和實際應用驗證,是可靠和有效的,并且在2017還榮獲公安部科技信息化局頒發的《科學技術成果登記證書》。


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