中国铁路新一代应急通信系统技术发展分析.doc

中国铁路新一代应急通信系统技术发展分析【摘要】文章依据铁路应急通信系统技术发展要求，详细描述了新一代铁路应急通信系统的组成和技术要点，并对现存问题做了简单的分析和建议。【关键词】铁路应急通信系统，应急现场接入，应急指挥中心1前言铁路应急通信系统在铁路运输保障工作中起着重要作用，当发生行车事故或严重自然灾害时，应急通信系统能迅速及时地将现场信息发送至应急指挥中心，使上级领导能及时掌握现场情况。随着这几年来铁路建设的跨越式发展，铁路规模越来越大，突发事件的紧急应对和快速处置需求对铁路应急通信系统提出了新的要求，要求系统将应急现场的图像、语音和数据等信息实时动态地传送到应急指挥中心。但是现有铁路应急通信技术存在信息传送内容单一(通话柱接入实现模拟电话接入与静图上传功能)、传输距离短、易受干扰、通道质量差等缺点，难以满足铁路发展需求，必须要有新技术运用在铁路应急通信系统中。2铁路应急通信系统的组成铁路应急通信系统主要由应急救援指挥中心、传输网络、应急接入三部分组成。应急救援指挥中心包括铁道部应急中心和铁路局公司客专调度所应急救援指挥分中心。应急中心包括中心控制平台和显示、记录设备等。传输网络可尽量利用既有铁路通信网络资源。IPEthernet网络凭借其技术和成本优势，应成为铁路应急通信传输网络的主体架构，传送应急现场的实时性业务，如话音、视频、数据等。应急接入包括现场的接入设备和终端设备，以及车站区间光接入点应急接入设备。铁路应急通信系统结构见图1：采用有线或无线方式传输时，现场信息先传送至邻近车站区间光接入点，通过既有传输网络资源，传送至应急分中心和应急中心；采用卫星传输方式时，突发事件现场信息通过卫星传输通道、既有传输网络传送至应急分中心应急中心。应急中心(分中心)到现场的信息传送与上述过程相反。应急中心对现场上传的图像和语音进行解码、显示、记录、控制等，实现中心对现场实时监控与指挥的功能。3应急通信系统技术要点铁路应急通信对现场接入设备提出了很多要求：模块化一体化设计，包装牢固，携带方便，维护简单，体积小，重量轻，防湿，防震，现场安装调试简洁方便，现场开通时间短，现场设备连续工作时间长，能适应全天候工作环境。3.1现场移动影音采集设备技术要点移动影音采集设备(俗称单兵设备)主要由摄像机、视频编码器、无线发射机、蓄电池等组成。摄像机实现视频图像的采集功能，由视频编码器对所采集的图像进行压缩，再由无线发射机将压缩后的图像数据发送至现场接入设备。无线发射机采用的无线技术种类较多，通过测试发现，在300MHz900MHz调制频段内，其在铁路沿线复杂环境中性能较好，可以在与现场接入设备间的距离大于1km时保证传送D1(720*576像素)质量的实时动态图像。需要指出的是，由于铁路应急通信至今没有申请专用的无线频道，所以无线发射机应能对300MHz900MHz频段进行扫频测试，确认应急现场无线频道应用情况，避免与现有的铁路无线通信系统同频，比如450MHz铁路无线调度通信系统和GSM-R系统。3.2现场接入设备技术要点现场接入设备主要由通道接入设备、各类终端、蓄电池、油机等组成，实现将现场信息实时传送至应急指挥分中心中心的功能。其主要接八方式有2种：有线接入与无线接入。实时业务信息主要包括语音、视频及数据。如果现场接入设备具备现场指挥和监控功能，并能组建现场临时小型指挥中心，那将更有利于现场工作的有序展开。铁路应急通信现场有线接入方式(如图2所示)有光缆接八方式、基于高比特率数字用户线设备的接八方式等。主要是利用现有铁路沿线各区间中通话柱内预留的对绞线路，通过数字调制技术将模拟信号转化成IP数据包，将现场信息发送至车站，再由车站设备转发到应急指挥中心。要求应急现场接入设备至车站接入设备间通道可用带宽不小于1Mbps，以满足CIF(352*288像素)分辨率实时图像以及多路语音通信的传送。铁路应急通信现场无线接八方式有宽带无线接入方式、宽带卫星系统接入方式、海事卫星系统接入方式、GMS-R接八方式等。宽带无线接入技术当前主要有WLAN、MESH、WiMAX、CANOPY等，主要使用频段在2.4GHz、5.8GHz。由于铁路沿线环境比较复杂，障碍物较多，要求应急现场宽带无线接入与车站无线接入设备距离大于3km，其通道可用带宽不小于1Mbps，以满足CIF分辨率实时图像及多路语音通信的传送。海事卫星系统接入技术发展较早，已在国内外广泛运用，接入设备和终端都比较完善。但其成本较高，并且语音通信属于国际业务，视频通信受带宽限制，图像质量不高。由于卫星通信覆盖广，在遇到突发性、严重的自然灾害，而其他所有通信手段都失效时，通过卫星传送将应急现场信息发送至指挥中心就是一条有效途径。宽带卫星系统现场接八方式分为车载型和便携型，可以根据管内区段交通便利条件进行配置。根据现场卫星接入设备的对星调试方式又分为自动对星和手动对星，由于自动对星调试方式操作简单，比较适合于铁路应急通信技术人员使用，所以建议采用此种方式的接入设备。其通道质量要求与宽带无线接八方式一致，但由于卫星通信的特殊性，其通道时延要求有所不同。铁路应急通信宽带卫星地面接收站的设置有三种方案：方案一(如图3所示)：将地面接收站设置在铁道部应急中心，再通过地面有线传输网络将现场信息发送至各路局应急指挥中心。该方案的优点是只需要在铁道部设立一个卫星地面接收设备，充分利用现有的传输网络资源。方案二(如图4所示)：将地面接收站设置在各路局应急中心，再通过地面有线传输网络将现场信息发送至铁道部应急指挥中心。该方案的优点是各路局应急指挥中心可以快速掌握应急现场情况。方案三(如图5所示)：将地面接收站分别设置在各路局应急中心和铁道部应急中心。该方案的优点是如果发生严重自然灾害，导致路局和铁道部的的有线传输通道中断，那么可以通过卫星链路让路局应急中心与铁道部应急中心都能及时掌握应急现场的情况。3.3应急中心设备技术要点应急中心包括中心控制平台和显示、记录等设备，其中控制平台是关键，主要实现中心对应急现场的监控和指挥。一个完整统一的控制平台应兼容不同厂家、不同技术的应急现场设备，从而实现应急现场与应急中心间语音、图像、数据的实时通信。应急现场上传的都是实时压缩图像，当前视频图像压缩技术种类较多，在铁路应急通信中主要使用的是MPEG4、H.264两种压缩技术。由于MPEG4、H.264的视频图像标准规范仅对技术框架作了要求，对细节参数没有具体规定，所以不同厂家的视频编码方式不同。为了建立一套完整的铁路应急通信系统，应急中心控制平台应采用软解码方式，将不同厂家的编码器的解码库作为插件并入其中，实现对不同厂家的视频编码器的压缩图像进行解码和播放，以实现视频兼容功能。应急中心控制平台的语音通信技术实现方式主要有以太网电路仿真业务(CESoP)和VoIP技术。CESoP利用二层技术实现电话线延伸功能，直接将应急中心的自动电话和调度电话延伸至应急现场，技术实现简单，应急现场配置也简单。应急现场可以实现与应急中心间语音通信的要求，并可与铁路调度专网、GSM-R网络、公网PSTN、117、114等用户进行实时通信，而且可以由同一的应急号码进行管理和维护。VoIP技术主要应用于语音通信的软交换，是IP三层技术应用，属于应急通信的内部网络，需要在网络内增加网关设备以实现与外网用户的通信。在铁路应急通信应用中，相对于VoIP技术，CESoP更具开放性、兼容性和实用性。要在中国铁路内建立一套完整的应急通信系统，规定统一的语音通信技术规范是必须的，笔者建议铁路应急通信系统的语音通信技术采用CESoP。4现存问题与建议2007年7月，由铁道部组织对多个应急通信厂家的设备性能和功能进行摸底测试，虽然都符合要求。但也普遍存在以下问题：(1)应急通信现场设备设计简单，包装简陋，没有实现一体化要求，体积大，重量大，携带不方便。由于铁路应急现场条件比较特殊，现代化交通工具往往不能直接到达现场，需要人工搬运方可到达。这就要求应急现场设备必须体积小，重量轻，包装牢固，携带方便，以便应急通信技术人员能在第一时间到达现场。(2)应急接入设备技术构成复杂，很多现场接入设备配线数量多，接口种类多，现场需要配置的参数多，而且很多参数需要在应急中心的设备中完成设置，加之各路局单位很少配有专业的应急通信技术人员，这就直接导致应急现场开通时间长，对应急通信技术人员要求高，不能充分体现应急通信的快速效应。现场设备务必配线简单，开通调试方便。(3)没有特殊防护措施，不具备在特殊气候环境下工作的条件，如夜间、雨天、雾天等。由于不具备照明功能，在夜间对应急现场接入设备进行测试时，发现其开通时间明显要比白天长很多，甚至出现开通失败的现象。所有厂家的图像采集设备都使用普通家用型摄像机，不具备低照度、防抖、防水、防震功能，而且摄像机清晰度不高，不满足铁路应急现场的复杂环境使用要求。(4)无线宽带接入技术受环境影响因素较大。特别是当车站无线接入与应急现场无线接入区域内存在明显的障碍物时，可用接入距离缩短，无线接入的通道质量将受到影响，可用带宽显著下降，丢包率增加，图像通信出现冻结或马赛克效应明显，语音通信出现杂音、掉字现象。所以，无线宽带接入技术比较适于可视距范围内的应急通信现场环境。宽带卫星接入技术由于不受地域环境限制，传输通道可用带宽高，传送语音与图像通信质量高，在国内应急通信系统中应用广泛。但是本次测试发现使用宽带卫星接入时，必须提前一段时间向卫星运营商或国内代理商申请好卫星频道和使用时段，否则将影响开通时间，甚至于无法开通。如在现场测试时发现，临时申请使用频道或申请时段由于调试工作而过期，直接导致无法开通的后果。所以，铁路应急通信宽带卫星接八方式的卫星使用方式有待研究，可以有永久买断、长期租用、临时租用等。(5)不同厂家的中心设备与现场接入设备不具备兼容功能，相互之间无法实现语音通信与视频通信功能。由于铁路应急通信系统没有对语音通信和视频通信技术进行明确的技术要求，所以各应急设备厂家使用的语音通信和视频通信技术各不相同，造成了只有本厂家的应急中心设备与应急现场设备之间才能实现语音和图像的通信功能。这使得一个铁路局应急中心拥有多套应急中心设备，不仅造成了不必要的浪费，而且不利于路局单位对应急通信设备的管理、维护以及技术人员的培训。建议尽快出台铁路应急通信技术规范要求，明确相关技术细节如语音通信技术、视频编解码技术