消防地下应急通信

一、行业背景

地下多层建筑构造复杂，水泥钢筋墙体厚实，地下金属反射源繁多，现有无线通信装备在此类复杂环境下应用时存在信号覆盖范围小、信号损耗衰落大、抗多径效应能力差、带宽受限等缺点，无法完全解决信息稳定传输的问题。建立一套能在地下建筑群里稳定传输视音频的宽带应急通信系统应对突发事件，并实现复杂地下环境的图像侦查，一直受到消防部门的重视，也是作为通信行业需要攻克的难题之一。经过多年努力，由沈阳消防研究所牵头，联合深圳市中创鑫和科技有限公司共同研发的新型地下应急通信装备，很好地解决了地下应急通信难题。该研究计划项目《地下建筑应急通信技术研究及装备研制》（项目编号：2015JSYJC09），并于2017年通过专家组验收，取得成果登记证书。同时该系统产品具有架设简便、使用灵活、操作简单等特点，可广泛应用于公安、消防、人防、武警、部队、电力、石油、交通等部门。

二、方案介绍

地下应急通信系统主要由 Mesh 单兵图传、Mesh 中继台、Mesh基站和相应的单兵图传、耳机、手麦、接口线等配件组成，是一种采用全新的“无线网状网”理念设计的移动宽带无线通信传输系统。系统采用同频组网技术，支持多跳中继，每个节点可随机移动，系统拓扑快速变化时也可快速重构路由。该通信系统利用Mesh设备的多跳中继性，可为内攻人员与现场指挥部之间打造稳定的宽带通信链路，实现现场音视频及数据信息的实时传输，实现可视化指挥调度。另外通信指挥车的信息也可以通过4G LTE专网、4G公网或者卫星通信网回传给总指挥中心。示意图如下：

三、方案特点

◆ 软件无线电架构采用通用的硬件平台，支持动态加卸载波形，可根据实际信道条件和用户状态的变化在线配置工作频率、带宽、发射功率、调制速率和网络拓扑等参数。

◆ 宽带Mesh自组网不依赖基站，高效、快速组成无中心的无线宽带网络。支持多跳中继，能有效拓展无线网络的覆盖半径。

◆ 网络具有自动选择最佳路由特性，自组织、自愈合，自动实现链式、星状等网络拓扑。

◆ 一机多模，开机即用任一节点设备可同时作为信息采集节点、中继节点或信息输出节点，开机即用，实现高清视频、语音、图像等数据双向传输，灵活机动、部署简单。

◆ 全IP组网，易于互联，提供IP接口，可实现与其它IP设备互联互通。

◆ 融合通信混合组网，既有有中心的4G LTE专网指挥网络，又有无中心的MESH自组网前端作战网络，既解决了复杂环境下的地下相互通信协同作战的难题，又解决了后端指挥部实时了解前方作战进展的需求。

四、相关设备介绍

1、Mesh单兵终端ZCXH3511

Mesh单兵终端是一款使用非常灵活的产品，使用时由消防单兵携带，单兵图传或者其他前端视音频采集器与之通过WIFI 连接，实现现场音视频信息的采集与传输。

技术参数：

◆ 宽带Mesh、Wifi、可随身携带，开机一键式使用，无需配置和更改参数；

◆ 多个Mesh之间可实现动态发现，动态速率自适应，功率控制以及切换；

◆ 部署灵活,使用简单，携带方便；

◆ 天线：全向天线，增益不小于3dBi，专网使用；

◆ 工作频段：510MHz-580MHz，中心频点可调，工作频段可根据应急管理部规划后的工作频段进行调整；

◆ Mesh射频：MIMO 2×2

◆ 频宽：5M/10M/20M可调；

◆ 系统带宽：单跳≥70Mbps；

◆ Wifi：覆盖半径≥10m；

◆ 内置GPS、北斗；

◆ 发射功率：500mW；

◆ 视频输入、输出编码方式：H.264；

◆ 视频输入接口：HDMI；

◆ 防护等级：IP66；

◆ 重量：430g（含电池）；

◆ 尺寸：139.5*64*30mm（不含天线及配件）；

◆ 电池供电：不少于8小时；

◆ 携行与运输附件由携行包构成，总重量差不过1kg，设备平时放置到携行包内，用于单兵徒步携行时使用。

2、Mesh中继台

Mesh 中继台是一款使用非常灵活的 Mesh 产品，它可以采用多种通信组合方式，应用于不同的使用场景。可以单兵背负使用，也可以使用三脚架作为中继使用，还可以在固定点安装，还可以在移动的车辆、船舶、机器人、无人机、无人船等上面使用，随时随地，一键开机使用，无需配置和更改参数。主要用于实现 Mesh 单兵终端之间，单兵与基地台之间的多媒体互联互通。

技术参数:

◆ 宽带Mesh、Wifi、4G公网、4G专网融合中继节点，开机一键式使用，无需配置和更改参数；

◆ 天线：全向天线，增益不小于5dBi，长度不大于0.8m,专网使用；

◆ 与4G网络多路融合：在同一个Mesh网络中，允许有多个节点开启4G功能，与4G网络通信，并保证单兵业务通信的就近自动接入原则，即单兵在保证业务不断开的情况下，离哪个开启4G的Mesh节点近，就从哪个节点发送业务数据给4G网络；

◆ 扫频与批量配置：支持电脑或手机端对周围无线环境扫描、频率、频宽等信息的管理配置；

◆ 无缝路由切换：支持Mesh节点在80km/h以上移动速度的情况下，在多个Mesh节点间零丢包无缝切换，业务不中断；

◆ 工作频段：512-582MHz，中心频点可调，工作频段可根据应急管理部规划后的工作频段进行调整；

◆ Mesh射频：MIMO 2×2；

◆ 发射功率：500mW；

◆ 频宽：5M/10M/20M可调；

◆ 系统带宽：80Mbps；

◆ 同一Mesh网络中节点容量不低于50个；

◆ 双频Wifi（覆盖半径不少于50m）；

◆ 防护等级：不低于IP66；

◆ 工作温度：-30℃~+55℃；

◆ 重量：1.2kg；

◆ 尺寸：240×200x100mm（W×H×D）；

◆ 内置电池供电：满负载不少于12小时，待机不少于24小时；

◆ 能够使用手机APP对设备进行批量配置，拓扑呈现，频谱扫描。

3、Mesh基站 ZCXH3709

Mesh基站可拆卸使用，实现救援现场到前方指挥部的Mesh信号自动覆盖，实现事故现场宽带Mesh、Wifi、4G专网信号的接力传输及信号延伸，支持多跳中继，每一跳中继之间至少保证穿透地下1层，水平2km的传输距离。

◆ 实现灾害事故现场到前方指挥部的Mesh信号自动覆盖，在基站中配置4G上网卡，在公网信号好的区域，通过4G公网传输至后方指挥部；

◆ 一键式操作：开机直接使用，基站开机一键式使用，自动覆盖周围信号，自动和Mesh中继台联网，可让战斗员快速投入战斗，无需配置和更改参数。并且能够配合4G专网基站使用，只要在信号覆盖范围内就可开机自动入网；

◆ 多网融合：支持Mesh、4G公网(含4G公网模块)、4G专网,根据公网4G信号、专网4G信号和Mesh信号质量，自动切换，选择信号质量好的链路进行传输；在同一个Mesh网络中，允许有多个节点开启4G功能，与4G网络通信，并保证单兵业务通信的就近原则，即单兵在保证业务不断开的情况下，离哪个开启4G的Mesh节点近，就从哪个节点发送业务数据给4G网络；

◆ Mesh网络和4G网络协议融合（无线链路层互通）：Mesh网络和4G网络协议融合，无需通过另外一个设备，无需通过设备之间线缆互联，实现信号接力，利用4G专网基站实现专网信号的区域覆盖，利用Mesh手段将信号延伸至建筑物内部，实现图像、数据、语音信号的全覆盖。

◆ 具有自动防环路检测功能：系统具有自动检测功能，自行优化传输链路，避免多个Mesh设备外部端口二层级联时形成环路，保证网络正常工作；

◆ 配置不变的情况下，通过任意形态的Mesh设备进行无线中继多跳，多跳链路中的设备位置可以任意进行交换，支持不小于6跳，最末端带宽不低于4M，开机一键式使用，无需配置和更改参数；

◆ 工作频段：512-582MHz（专网使用），能够快速调整频率，可加入频率一致的设备形成的通信网络，不同频率的Mesh基站分为若干个小组进行通信，每个小组之间互不干扰；

◆ 天线：全向天线，增益不小于8dBi，长度不大于1.2m,专网使用；

◆ 频宽：5M/10M/20M可调；网络系统带宽不低于70Mbps；

◆ 发射功率：2×1000mW；

◆ 双频Wi-Fi（覆盖半径不少于50m）；

◆ 防护等级：不低于IP66；

◆ 工作温度：-30℃~+55℃；

◆ 重量：3.5kg；

◆ 尺寸：240×200x100mm（W×H×D）；

◆ 支持电脑、手机端APP对周围无线环境、频率、频宽等信息的批量管理配置，拓扑呈现，频谱扫描。

4、4G LTE专网基站 ZCXH7403

含多通信制式融合模块，实现救援现场到前方指挥部的4G专网信号覆盖，在野外空旷地覆盖半径不小于5km，在城市建筑群覆盖半径不小于2km，在信号屏蔽场所覆盖半径不小于800m，能够将4G专网、Mesh、Wifi等无线资源进行融合统一管理。

技术参数：

◆ 用于实现事故现场到前方指挥部的4G专网信号的覆盖，在野外空旷地覆盖半径不小于5km，在城市建筑群覆盖半径不小于2km，在信号屏蔽场所覆盖半径不小于800m，开机一键式使用，无需配置和更改参数；可配合卫星便携站、Mesh基站、Mesh中继台使用，无需连接线缆，采用无线互通。

◆ Mesh网络和4G网络协议融合：4G专网基站与Mesh基站协议层互通，无需通过其他设备，无需通过设备之间线缆互联，通过Mesh基站内置的4G专网模块和4G基站直接互联互通；

◆ 频点调节功能：可根据现场电磁环境快速修改调整中心频点；

◆ 与消防部队图像综合管理平台对接：含音视频、数据融合调度服务等音视频通信，能实现与部消防救援局双向720P的视频会议，能接入消防图像综合管理平台；图像分辨率：支持1080P@60/30fps、1080i、720P、SIF/CIF；编解码分辨率：800×600、1024×768、1280×1024、1280×720、1920×1080、1600×1200；

◆ 多网络融合综合管理：可管理在线设备数量不低于1000个，对灾害事故现场4G专网、Mesh、Wifi等无线资源进行融合统一管理，互联互通；

◆ 现场网络设备侦测：支持对专网（LTE、Mesh）设备的统一管理，即：网络覆盖强度侦测、基站（中继）用户在线数、手工调整用户工作网络节点等；

◆ 工作频段：586-626MHz，中心频点可调，工作频段可根据应急管理部规划后的工作频段进行调整；

◆ 系统容量：在线用户数不低于1000，系统吞吐量不低于1Gbps；

◆ 可进行信号过滤；

◆ VPN隧道：不低于32路；

◆ 天线采用便携桅杆；

防护等级IP67；

◆ 工作温度:-40℃~+55℃；

◆ 重量：12kg；

◆ 尺寸：375×263×140mm（W×H×D）。

5、多通信制式融合基站 ZCXH7205

◆ 通过4G专网基站，对事故现场4G专网、Mesh、Wifi等无线资源进行融合统一管理，互联互通，开机一键式使用，无需配置和更改参数；

◆ 支持综合接入Android手持终端视频、音视频布控球视频、单兵视频、固定监控视频等多种视频源；支持480p、720p、1080i、1080p等多种图像分辨率，支持码流传输带宽自适应策略；支持终端间以及现场调度台与终端间的实时视频转分发功能；

◆ 支持点对点多媒体消息，包括：文字、图片、视频、文件等；支持点到群组多媒体消息，包括：文字、图片、视频、文件等；支持历史消息查询功能；

◆ 防护等级：IP67；

◆ 工作温度:-40℃~+55℃；

◆ 尺寸：280×246×60mm（W×H×D）；

◆ 重量：4kg。

6、相关配件

单兵图传

◆ 通信标准：SIP协议；

◆ 视频标准：H.264 High Profile；

◆ 视频特性：标准清晰度图像编码分辨率：QCIF、CIF、4CIF（D1），高清晰度图像编码分辨率：1280×720、1920×1080；

◆ 视频输入：1×Composite Video、1×HDMI；

◆ 标配1080P30全高清摄像机，具有屏幕可本地显示，带电池，支持独立工作，可录像、拍照；

◆ 音频标准：GSM/G.711,Audec；

◆ 音频特性：双向全双工语音对讲、快速回声消除、增强智能噪声抑制、增强自动增益控制、全线性回声抵消技术、回音拖尾处理能力；

◆ 音频输入：麦克风输入：MIC IN，3.5接口；

◆ 音频输出：线路输出：SPEAK OUT，3.5接口；

◆ 网络：可选支持10M/100M/1000M 快速自适应以太网、内置Wifi 802.11 b/g/n、4G/3G(FDD-LTE/TD-LTE/WCDMA/EVDO/TD-SCDMA)全网通；

◆ 存储：提供microSD卡接口，最大支持32G；

◆ 工作时间：不低于6小时；

◆ OSD功能：可提供数字、字母等信息用于OSD叠加；

◆ 外设接口：线控输入，采用航空接头、摄像机供电输出；

◆ 卫星定位：支持GPS和北斗双模定位；

◆ 工作环境温度：0℃至50℃；

◆ 重量：不大于约0.6kg；

手麦

◆ 支持PPT ；

◆ 7PIN雷默头；

◆ 麦克 -21±3dB@1kHz;

◆ 风灵 3.0V；

◆ 敏度 2.2K，0dB=1v/Pa;

◆ 颜色黑色；

◆ 外形尺寸 82*56*32.2mm;

◆ 工作温度 -30°C~65°C；

◆ 贮存温度 -40°C~85°C。

骨传导耳机

◆ 全骨传导：骨传导喇叭+骨传导麦克风，发送和接收均为骨传导方式声音；

◆ 失真小，还原度高，能清晰分辨出所熟识人的讲话；

◆ 两侧骨传导喇叭，双声道接收，佩戴时双耳开放,不影响使用者聆听周围环境的声音；

◆ 独特的VOX声控功能设计，解放使用者双手；

◆ 人体工程学设计，佩戴舒适，兼容各种头盔、空气呼吸器、防毒面具及其它防护用品；

◆ 防水防尘符合IP67；

◆ 配备安全自脱装置；

◆ 无线PTT采用NFMI（近磁场感应技术），可与任意一套耳机进行配对，方便仓储及使用。

五、软件形式

系统软件能有效调度管理MESH无线自组网系统内的各个MESH节点。在系统软件主界面，基于地图实时显示现场人员及设备的位置、轨迹；一键音视频采集、回传、呼叫、求助；半双工单呼、全双工单呼、组呼、强拉、强拆、监听、录音等集群呼叫功能；视频上拉、视频回传、视频推送、云镜控制、视频对讲、视频会议等视频监控、视频调度功能等。