浅析地铁应急通信的关键技术范文

具体实现方式

（1）通过物联网感知技术获取现场消防人员的位置信息。采用射频识别技术，根据地铁站厅、站台的无线电磁兼容环境，在地铁出入口、闸机口、楼梯、站台等装有摄像机的重点部位合理布设RFID读取器（RFID读取器的有效识别距离3～5m），要求RFID信号在实施消防救援行为的路径上有效覆盖；同时，在站台层和站厅层的合理位置布设无线汇聚点AP（AirPoint，其有效识别距离为200m），可汇接全部RFID读取器的无线信号，并经网线将该信号上传到设于站内机房的RFID上位机。当佩戴RFID卡的消防员经过不同的RFID信号覆盖区域时，会触发相应的RFID读取器，RFID读取器与无线汇聚点AP联合动作，会准确、实时地获取地铁救援人员的位置、姓名等信息。

（2）现场救援人员位置信息及站内视频监控图像与地铁控制中心的汇接传输。一是各地铁站内的视频监控信号均汇接到地铁运营控制中心，并在控制中心的大屏幕上显示。在地铁运营控制中心机房内安装消防视频图像综合集成系统，包括流媒体分发服务器（MTS）、视频网关服务器（MGS）和多点控制单元（MCU）。将各地铁站内的视频监控信号（模拟／数字）接入消防视频图像综合集成系统。二是将各地铁站机房内的RFID上位机接入互联网，在地铁运营控制中心机房内安装RFID服务器和RFID感知服务器。被消防员触发的RFID读取器的ID（以下称“位置ID”）和消防员佩戴的电子标签的ID（以下称“人员ID”）会沿着AP→RFID上位机→RFID服务器→RFID感知服务器的路径，被RFID感知服务器所获取。服务器用于接收第三方设备信息（如RFID信息，包括卡号、天线号、基站号、上传时间等），并将接收到的信息过滤后转换为物联网标准协议格式。RFID的信息要求是实时性的，如果经服务器验证，发现接收到的信息与服务器时间不匹配，服务器会将其丢弃。以感知服务为核心，连接多类服务器或同类多个服务器，可便于系统接入各种安防子系统。而且，如果某个服务器死机，仅丢失此服务器对应的第三方接入信息，不会影响系统的整体运行。

（3）人员ID及其位置ID通过3G传送至全勤指挥部的可视化指挥终端，该终端完成位置ID的3D虚拟现实，同时完成位置ID与该位置下的视频监控图像的匹配关联。RFID感知服务器经与电信运营商的APN专线接入3G网络（WCDMA／CDMA2000），全勤指挥部的可视化指挥终端内插3G上网卡，被RFID感知服务器所获取人员ID及其位置ID通过3G可推送至全勤指挥部的可视化指挥终端。可视化指挥终端内存有各地铁站点的3D立面图，以及各地铁站内视频监控IP与RFID读取器ID的关联列表。可视化指挥终端接收到人员ID及其位置ID后，一是完成人员ID及其位置ID的3D立面图显示；二是完成其位置ID与地铁站内视频监控的IP列表的比对，匹配出与该位置ID（某RFID读取器）相对应的视频监控的IP（站内某视频监控摄像机）。如果可视化指挥终端采用瘦客户端，RFID读取器ID与监控视频IP的匹配将在地铁运营控制中心机房内完成，可视化指挥终端将只接收到被消防员触发的位置信息和该位置下的视频，其他消防员的位置信息无法看到；如果可视化指挥终端采用胖客户端，可视化指挥终端将同步某个地铁站内所有的RFID读取器的ID信息，同时，想看哪路视频，只需点击相应的图标直接向消防视频图像综合集成系统调用即可。胖客户端方式需要在3G网络中传输RFID读取器的ID和监控视频的IP信息，由于信息量非常小，网络延时可忽略。所以，胖客户端方式要优于瘦客户端方式。

（4）在全勤指挥部的可视化指挥终端上获取所需的地铁视频监控图像，在应急突发事件综合集成管理平台上3D实景模拟。根据现场或接警途中的指挥需要，指挥员可在可视化指挥终端上实时看到地铁站点3D立面图上闪动的代表消防员位置的图标，一旦点击某个图标，可视化指挥终端就会自动将与该图标关联的视频监控IP通过3G网络发送至地铁运营控制中心，位于地铁运营控制中心机房内的消防视频图像综合集成系统的MCU收到该IP后，立即向MTS索取该IP下的视频图像信号，并通过3G将图像推送至可视化指挥终端。现场指挥部指挥员既可通过点击图上或列表中的摄像头来选择性地调用前端视频，也可按照3D地图上标注的人员位置信息点击调用该位置下的实景3D模拟，浏览查询消防灭火系统、疏散通道、消防电梯等已有的地铁内部资源，实现调度指挥的可视化。

关键技术

1IOTPP物联网感知协议

SIP（会话初始协议）在电信软交换领域、企业统一通信领域被广泛应用，它具有简单、易于扩展、便于实现等优点。IOTPP协议是结合实际情况对SIP协议的裁剪与优化。该协议提供以下核心能力。（1）传感信息订阅。向感知服务器订阅传感信息，实时获取传感信息通知。（2）传感信息。感知源向感知服务器传感信息。（3）传感信息转发。感知服务器获取感知源的传感信息，通知给传感信息订阅者。图1是IOTPP协议采用的基本通信模型。图1IOTPP协议采用的基本通信模型在图1中，PUBLISH请求和NOTIFY请求可以携带MessageBody，用以承载状态源状态信息。200消息响应用于确认收到消息请求。此消息模型适用于UDP和TCP传输协议。基本模型在使用TCP协议时可能会遇到高频率并发数据转发的情况，这种场景在RFID应用和GPS应用时会出现。由于PUBLISH消息或者NOTIFY消息在收到200消息响应前是不允许再次发送的。因此，如果200消息响应接收产生较长时延，可能会造成PUBLISH请求或NOTIFY请求的拥塞，造成感知服务器的转发缓冲被后续新接收的请求信息覆盖，从而造成数据丢失。基于以上情况，当转发状态信息时，如果以数据传送为主要目的，并不强调信令的作用，则可以采用以数据传输为主要目的的通信模型，见图2所示。图2以数据传输为主的通信模型由于TCP协议本身能够保证数据的有序性和完整性，因此可以丢弃200消息响应，使协议尽可能以数据传输为主，以提高协议性能。在改进模型中，采用了非SIP标准的通信协议，因此不提供基于PUBLISH消息的鉴权认证和基于SIP消息转发等功能。

2适用于移动指挥的图像编解码技术

地铁站内视频监控图像信号作为应急突发事件现场或接警途中指挥的重要依据，必须保证视频信号的清晰度和流畅度。目前，视频监控通常以D1（704×576）作为标准的分辨率，所占用的传输带宽为768～2048kbps。3G无线传输带宽仅为150～200kbps，远达不到传输D1分辨率视频的要求。因此，需要在采用H．264编码压缩算法的基础上，降低编码复杂度，提高编码实时性，侧重解决在无线传输模式下提高视频编码系统的连续性、实时性和图像数据重建质量。无线传输过程中另一个最重要的问题是在有限的带宽下尽可能传输高质量的视频，这就需要在现有编码模式下优化算法，提高编码效率，提高压缩比。在现有的无线传输环境下要想传输D1格式的全帧率视频是很难达到的，即使勉强传输，在接收端收到的视频也会出现丢帧、卡顿、失真等问题。解决抑制跳帧和连续跳帧的方法：一是I帧量化参数的选取，在控制I帧以及整个GOP的码率，使其尽量减少跳帧；二是及时注意缓存区的状态，避免其突然达到极度饱和的状态，在缓存区达到极度饱和状态前，有效地释放缓存区空间，减少大量的连续跳帧出现；三是避免重要图像被无选择跳过，需要对跳帧有提前预判功能，在缓存区即将达到饱和之前，先跳过一些相对不重要的图像，以使相对重要的图像得以保留。另外，在现场指挥部端的视频图像重建质量同样十分重要，而重建图像的质量对传输差错非常敏感，由此对图像编码提出了抗差错的要求。可采用卷积和包交织编码，将网络中产生的突发差错转变为统计独立的差错。针对无线传输系统，将数据分为重要数据和非重要数据，在接收端检测重要数据信息的差错，并据此来控制发送端的重发机制，仅当重要数据丢包超过一定阈值时才要求发送端重发，减少数据重传造成的网络延时和网络拥塞，保证重建图像质量。

33D虚拟现实技术

应急突发事件综合集成管理平台以三维地图为基础，通过中间件产品，采集前端的RFID数据和监控视频等信息，从数据、信令控制、媒体传输和终端应用层面对地铁内部安防系统、通信传输系统和消防系统进行整合。再通过数据压缩、模型抽象、数据队列化、实体列表化等技术，实现地铁中3D场景漫游、3D场景轮巡和设备标识等功能。将繁杂的数据表现为直观的场景，同时通过人机接口，实现人与虚拟环境的直接交互。（1）数据压缩技术。采用实时纹理压缩算法，避免大场景对内存的过度消耗，越大的像素尺寸意味着文件也越大，并且会增加内存的消耗。在不牺牲纹理细节的情况下，尽可能地保持纹理尺寸最小，对所用纹理图片进行压缩，提高漫游过程中流畅性的同时，尽可能小地降低视觉效果。（2）模型抽象技术。将模型的关键信息进行抽象化，即保留模型的关键数据进行保存和操作，提高了人机交互过程中的便利度，同时在场景轮巡对于视角的定位可进行统一操作。（3）模型数据动态传输。对场景中模型数据进行动态更新，让虚拟场景产生一种动态的渐变过程，可以更具体地显示出场景中各处的变化。（4）数据队列化。对模型关键数据进行队列化操作。将模型中的数据按类型存储到各自的队列中，如模型坐标队列、纹理队列等，通过队列化将模型数据上传保存。（5）实体列表化。将虚拟场景中的实体进行列表存储，在设备标识过程中，可以直接通过实体在列表中对应的位置进行查找操作，方便快捷。

结束语

该技术方案在天津地铁二号线鼓楼站进行了为期2周总共超过1000次的连续测试，根据测试效果微调了RFID读取器的安装角度和发射功率。测试结果显示，该系统已达到实战应用的水平。天津市消防总队随后组织特勤3队、4队在地铁二号线鼓楼站进行了实兵演习，演习取得了预期的效果。（本文作者：吴樵单位：天津市轨道交通消防支队）