視頻技術在防汛指揮系統中的應用

濟南市排水管理服務中心 王 婷

視頻技術在防汛指揮系統中的應用

濟南市排水管理服務中心 王 婷

信息技術的發展，特別是計算機和互聯網的廣泛應用，為越來越多的行業提供了全新的技術支持，多媒體技術的發展更是滲透于社會生產生活的各個方面。以語音、視頻、數據傳輸為特征的現代通信技術在防汛指揮應急系統里的應用，使得后方指揮部的決策更加準確、及時，本文將對防汛指揮中的視頻技術展開論述。

防汛應急系統；多媒體技術；視頻通信技術；應用平臺

在應急防汛指揮系統里，對現場數據（包括音頻、圖片、視頻等）的采集是整個指揮決策系統中重要部分。隨著通信技術的不斷進步，基于3G的多媒體視頻通信技術實現了語音、視頻的快速傳輸，各防汛單位面對復雜的災情實際，結合當前先進的面向服務的SOA架構體系，借助于互聯網服務，Android終端平臺，以及web Gis等先進技術，建立一個以圖像、視頻采集系統和地理信息服務系統為基礎的工險、災情信息化服務系統，在防汛搶險應急通信保障方面提供了充分的現場數據，同時，為后方指揮部作出準確決策提供了幫助。

為了滿足在防汛搶險救災中準確及時的作出應對方案，充分發掘和利用計算機網絡平臺，以提高防汛調度、水資源優化配置、水工程監控和水行政管理的整體水平，運用視頻技術來實現對工險、災情進行全方位、多領域監測，結合成熟的EVS通信協議和DV等標準視頻采集設備，構建可個人攜帶的3G無線視頻系統，成為未來防汛信息化建設的發展方向。

1.多媒體視頻技術現狀分析

多媒體通信技術是借助于通信技術、網絡技術的發展而產生的，隨著計算機交互能力的不斷增強，網絡新技術的不斷應用，為多媒體信息的傳輸創造了條件。語音信息、文字信息、圖片信息以及視頻信息都能夠實現快速傳輸和應答。當前的主要相關技術有以下幾個方面。

1.1 基于IP網絡構建的視頻會議系統

視頻會議系統通常是基于網絡架構體系為H.320和H.323協議，H.320是基于電路交換的，而H.323是基于分組交換的，國際電信聯盟-電信標準部（ITU-T）采用了視頻壓縮技術，從而可以實現容量更小的文件進行傳輸。為適應當前對畫面質量的要求，ITU-T通過采用H.264視頻標準，以實現高質量畫面。

1.2 對網絡傳輸需要有足夠的帶寬

在當前的網絡條件下，一幀1024×768像素的圖像為例，如果用12bit表示每個像素，則需要傳輸9.4MB，如果按照20幀/秒的傳輸速率來計算，則1秒內需要傳輸的數據量為188MB，如此大的數據流則需要足夠大的帶寬來實現。

1.3 需要采用適當的壓縮技術

對視頻數據進行壓縮，可以有效地降低數據量，選擇合適的壓縮計算方法，則能在保證視頻效果的前提下實現最低的數據量，比如在采用H.323標準的會議系統里，圖像編碼主要采用H.261和H.263標準，新的H.264是比H.263和MPEG-IV壓縮比更高的標準，同樣可以獲得更好的圖像質量。

1.4 需要基于IP網絡的多播技術

在視頻會議系統應用過程中，采用多播技術可以實現一次發送，多個用戶共享數據包，這樣在網絡帶寬緊張的今天，多播技術能夠最大限度的實現網絡資源的共享。

2.無線視頻傳輸技術現狀

隨著圖像、話音和數據相結合的多媒體對通信業務的要求也不斷增加，而過去一代、二代系統遠遠不能滿足需要，第三代移動通信技術的出現，為處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體滿足了傳輸需求。在當前因網絡覆蓋范圍及區域不均衡的現狀，中國移動的TD-SCDMA只在大城市提供服務，為此，考慮到在國家水利部門應對突發事件時，更側重于采用以CDMA2000和WCDMA為主的信息傳輸方式。

現對WCDMA和CDMA2000技術進行綜合比較如下：我們知道，無論是WCDMA還是CDMA2000都是基于CDMA技術的蜂窩系統，它們都能支持高速多媒體業務、分組數據和IP接入等。WCDMA技術較成熟，能夠和GSM系統廣泛兼容，而CDMA2000的優勢則是對窄帶CDMA的基站設備具有很好地兼容性，其缺點是不能和GSM系統兼容。

2.1 在技術層面上兩者的相似性

①內環均采用快速功率控制，可以減少CDMA系統的干擾；

②系統都支持開環發射分集，信道編碼采用卷積碼和Turbo碼；

③系統均采用軟切換技術，可以先與新的基站連通再與原基站切斷聯系，可以有效地提高切換的可靠性；

④WCDMA工作頻段采用1900-2025MHz頻段上行，2110-2170MHz頻段下行。

2.2 在物理層面的技術差異

兩個標準的物理層技術差異可以歸納為以下幾點：①WCDMA使用帶寬和碼片速率是CDMA2000-1X的3倍以上，而CDMA2000系統可支持話音、分組數據等業務，并且可實現QoS的協商；②WCDMA以GSMMAP協議作為上層核心網絡議，CDMA2000把ANSI-41作為自己的核心網絡協議；

3.公用通信網為無線網絡技術的提供了應用平臺

當前，公用通信網的迅猛發展，公用通信速率不斷提高而資費不斷下降的前提下，利用公用3G無線公網信道改進防汛搶險應急通信成為可能。

3.1 無線私有網絡和公網的優勢對比

盡管無線私有網絡擁有高帶寬和高安全性，然而在初始建設和后期維護方面費用很高而且覆蓋范圍還有限制，因此，難以適應防汛搶險的應急通信需要。而利用公網，不僅系統建設和維護成本低廉，而且由于公網覆蓋面廣，可以在任何地方實現對公網的訪問和數據傳輸，不足的是，公網的網絡帶寬要低于無線私有網絡，在音頻、視頻及數據傳輸上難以快速提升。

3.2 WCDMA3G網絡、CDMA網絡及TDSCDMA網絡優勢對比

利用公網實現視頻信息傳輸需要結合當地實際進行選擇合適的信息服務提供商，通常情況下，CDMA網絡是在原有網絡基礎上的自然升級，因此擁有最廣的覆蓋范圍，而WCDMA網絡雖然也有相當的覆蓋區域，但在某些地方還存在盲區，中國移動的TD-SCDMA網絡的覆蓋范圍則更受局限。

4.采用實例來說明利用3G無線網絡來

傳輸視頻的具體應用。

為滿足保障防汛搶險應急現場視頻采集及實時傳送的需要，我們以公網無線網絡為基本架構，中國聯通的WCDMA-3G網絡最高能提供分辨率720x576，15-25幀/秒的無線視頻信號傳輸，中國電信CDMA網絡最高能提供分辨率640x480，10-25幀/秒的無線視頻信號傳輸。分別以一臺為聯通WCDMA制式和一臺為電信CDMA制式為前端發射機來比較其性能如下：

4.1 在圖像性能指標方面

在正常情況下，采用電信CDMA制式的網絡，在按照分辨率為VGA(640x480)，10-25幀/秒，16Bit色的情況下，需要網絡帶寬為300-1800kb/s，通過反復多次測試，視頻信息傳輸相對穩定流暢。

在正常情況下，采用聯通WCDMA制式的網絡，在按照分辨率為VGA(720x576)，20-25幀/秒，16Bit色的情況下，需要網絡帶寬為300-6000kb/s，通過反復多次測試，視頻圖像傳輸信號同樣相對穩定。

4.2 在接收終端方面

以上測試均支持多路無線視頻終端的傳輸標準，支持多路觀看同一路視頻圖像。

4.3 利用3G網絡實現傳輸的工作流程

建立控制中心服務器以及視頻服務器、3G路由器等設備網絡，將現場數據首先通過網絡傳輸到視頻服務器，查看視頻是需要通過客戶端建立無線連接，通過發射機將無線信號發送至3G路由器，然后經過端口映射，與視頻服務器建立連接，實現視頻接收功能。

總之，利用3G無線公網實現防汛搶險應急視頻傳輸具有集成度高、方便靈活、技術先進的優勢，因此，無論從經濟條件還是社會需求都具有相當的可行性。將視頻技術應用于防汛搶險應急信息化系統，不經能夠準確地實現對險情位置和受災狀況進行詳細了解和掌握，而且能夠第一時間將數據通過后臺控制中心傳輸至指揮中心，為防洪抗災搶險提供科學依據和有效支撐，切實提高防汛抗災在處理應急事件的決策水平。

[1]謝娜.基于3G通信網絡的無線視頻服務器設計與實現[D].西安電子科技大學,2010.

[2]張秀武.基于P2P媒體交換策略的SIP通信體系結構及其關鍵技術研究[D].中國科學技術大學,2010.

[3]苗艷超.數字視頻服務關鍵技術研究[D].中國科學院研究生院(計算技術研究所),2004.