江苏省电力公司科技项目建议书 12页

'江苏省电力公司科技项目建议书项目名称：申请单位:起止时间:年月至年月项目负责人:通信地址：邮政编码：联系电话：传真：申请日期：年月12第页，共12页 一:本研究项目的科技依据(一)项目背景发生重大的生产安全事故后，由于缺少有效的信息和指挥系统，各级有关领导不得不匆匆赶赴事故现场实施指挥，耽误了事故初发时期采取有效措施实时组织救援的宝贵时间；也由于事故现场不同方位、场所之间的信息沟通不便，使得事故现场的组织指挥工作出现延误和混乱，无法实施高效率的组织救援。因此，在发生重大生产安全事故的抢险救援中使用有效的信息系统，使指挥机关迅速了解现场情况、合理调度和使用可用于抢险救援的人力、物力资源，集中后方专家的智慧指导抢险救援工作，有着十分重要的意义。“数字图像传输系统”研制的目的在于通过便携和可移动的、无线的、抗干扰能力强的数字图像传输系统和网络系统，使事故现场与后方指挥机关之间，以及事故现场不同方位、场所之间，实现实时图像的传输，大大改善信息传输手段落后的状况，提高抢险救援工作效率。本项目江苏省电力公司提出立项研制申请书，正式展开了项目的技术攻关工作。(二)应用前景应用行业1、公安系统产品系公安急需设备，主要作用是：对重大治安事故现场进行实时的监控，提高对重大公安事故的反应处理能力，政治保卫，政府大型活动监控，应急指挥，游行、集会，以及城市反恐等。2、消防系统产品系消防急需设备，主要作用是：对火灾事故现场进行实时的监控，提高对重大火灾事故的反应及处理能力。3、交管系统主要用于对交通突发事件的监控及部份随机及特殊监视违章车辆等。4、海关系统（海关总署现正规划，拟建全国缉私网）主要用于海关辑私及各种海关特殊监控，能使终端及时掌握现场情况。5、边防系统12第页，共12页 主要用于及时、准确的掌握边防员巡逻控制地带情况的实时传输。在发生重大及随机边防事件时，能使指挥部门及时掌握现场动态。6、安全生产监督管理局（拟建立全国重大事故监控图）重大安全生产事故监控及指挥。7、国家防汛抗旱指挥部防汛救灾系现在我公司产品市场发展方向之一，主要是对危险地段汛情的及时掌握，起到实时监控和指挥的作用。也包括水文水情资料收集，以及应急指挥。8、卫生防疫、急救中心即“120”急救中心，可实时将病人的状况传到急救中心，中心有针对性地做好抢救准备，为病人的及时抢救争取了宝贵的时间。9、司法部监狱管理系统可用在运输重要犯人过程中进行实时监控，防止截犯人和中途出现不可预见事故发生时的现场实时监控；也可以用于对改造偏远山区犯人的监控。10、国家海洋局海岸、海域、海监管理系统对事故现场进行实时的监控，提高对重大事故的反应处理能力。11、银行运钞车行业一种监控设施，对发生重大事故时，通过图像提供可靠的线索。12、地震系统对发生重大事故时，通过图像提供可靠的线索。13、航空、航天卫星回收，卫星发射现场监控，卫星测控作业现场数据传输和图像监控。14、矿山对发生重大事故时，通过图像提供可靠的线索,帮助救援队及时抢救受伤人员。15、城管城市管理监控，通过图像提供可靠的线索。16、环保环境保护监控17、渔政、渔业对发生重大事件时(如：抓捕违法捕捞等)，通过图像提供可靠的线索。18、海事19、森林防火产品是森林防火部门火情观察及火灾应急指挥监控急需的产品，主要用于监控森林突发事件的发生及对火灾隐患的预防。12第页，共12页 20、港口监控港口突发事件监控，导航、引航监控。21、高速公路监控监控各种事故的发生及对逃跑肇事者跟踪。22、电力监测对地力传输系统进行监控,出现异常或紧急情况时能够及时避免或减轻损失23、电视台可以在一定条件下替代卫星电视转播车，或进行隐蔽性事件跟踪调查和类似焦点访谈栏目的事件调查；也可用于现场直播的辅助设备，适用于中小城市电视台。行业的市场前景数字图像通信产品主要用于政府部门的应急指挥和图像传输，属于跨越安防和通信两个行业的高科技技术。如用于城市应急指挥中心，可将全市各政府职能部门和各级政府部门所管辖的地区所发生的任何突发事件现场图像及时传回到应急指挥中心。仅一个城市需要装备的部门就有公安，交警、消防、电力、卫生、环保、防汛、防风、城管、海事、海关、高速公路、铁路等部门，每个部门可以独立装备无线图像传输系统，由市政府在各部门拥有数量的条件下统一规划并进行资源整合，实现深圳市政府主要职能部门全天候信息共享。如果需要实现全城覆盖，即需要组成类似GSM移动通信系统的大区制蜂窝网络，实现网内漫游通信功能，实现图像视频、语音、数据的三网融合通信。按一个职能部门一个区级行政单位如分局装备一套，一个城市有N个区，M个职能部门，最终装备无线扩频图像传输系统的容量为Y=N*M。结合国内实际应用情况，保守的可预见的市场客户主要是那些装备了“110”、“119”、“120”、“122”以及海事、海关等部门，这些已建成通信指挥中心的单位都是我们的客户，可以想象，这个市场是真实的，同时可以预见的巨大的市场。12第页，共12页 本产品还可用于在工业生产中的无人值守监控。例如用于高温高压和产生有毒有害气体的化工厂反应和管路系统监控，西电东输输电线路检测监控，采油井监控，长距离天然气输送管道和输油管道的安全监控，危险化学品运输和仓储监控等场所。也可安装在无人驾驶飞机上执行海上、沙漠地区的搜索营救侦察任务，执行森林火灾、洪水灾情、黄河凌汛等大面积长距离巡逻侦察图像传输，以及用于海上缉私、边境反偷渡等搜索图像传输任务，对保障安全生产发挥重要作用。其应用前景十分广阔。(一)国内外研究概况视频、语音和数据综合传输问题，一直是图像信息传输的热点问题，而如何在移动过程中和非视距传输，甚至是视距完全阻挡的情况下传输连续的清晰图像，更是一个世界性的难题。目前，无线COFDM数字图像传输系统由于其保密性好，抗干扰能力强，射频分集接受，适合复杂地形。目前在掌握其核心技术的主要是欧洲国家有英国、法国等;而在国内，则是以OEM的方式从国外直接采购其核心电路模块,然后进行组装集成.其缺陷非常明显,主要表现在以下几个方面:1>产品成本高,由于没有掌握核心技术,从而导致国外核心电路模块的价格非常昂贵,从而使设备的成本居高不下.2>设备维护困难,维护成本高;由于一旦设备出现问题,很多情况下都要发回国外进行维修,路上需要较长的时间,而且维修费用昂贵,这样一来,极大限制了产品的应用推广.3>新产品推出慢;面对市场不断出现的对产品新功能的要求,由于核心技术的限制,难以迅速满足客户的需求.在全球信息产业高速发展的今天，科学技术的高速发展带来了美好的生活，同时也带来了安防技术的高速发展，由于国内经济高速发展容易导致一系列的重大的突发事故和灾害。为了维护社会的稳定，使用无线数字图像传输系统可以更快捷、更及时的处理好突发事故和灾害。通过现有的图像数字化技术、语音数字化技术以及无线通信技术，可以将视频图像、语音和数据统一封装成IP数据包，在各种不同结构、不同类型的网络中简洁、高效地进行分组交换和传输。在网络发展的过程中，以TCP/IP为主的网络协议组成了互联网的标准事实，而在无线应用方面，无线数据传输技术更是突飞猛进，使用无线方式组网，利用标准的无线网络协议，可以将各种基本的网络服务有效应用。两者有机的结合，使得各种视频信息实现数字化，而数字化的视频信息又可通过无线网络为用户提供实时的数字图像信息，使得各种以IP为基础的业务都能实现互通和共享。12第页，共12页 二:研究推广应用内容和预期成果"数字图像传输系统"属无线局域网基站与终端设备和MPEG数字视音频编解码广播级设备技术领域。该项目是在340MHZ频段，将COFDM通信技术、数字图像压缩技术及互联网技术完美地结合，成功解决了重大事故现场图像在较恶劣环境中远距离无线传输和远程监控的难题，具有抗干扰能力强、保密性强、绕射力和穿透力强等优点。该项目技术处于国内领先水平，具有自主知识产权，为重大事故实施及时抢险救援提供一种先进、有效的手段。重大事故现场数字图像传输系统"可广泛用于事故救援指挥、海关缉私、航道监管、交通监控、环保监测、火灾现场指挥、工业生产中的无人值守监控、空中对灾情的侦察等多种场合，是一种重要的视频通信手段，具有广阔的应用前景，属于跨越安防和通信两个行业的高新科技技术。如用于深圳市应急指挥中心，可将全市各政府职能部门和各级政府部门所管辖的地区所发生的任何突发事件现场图像及时传到应急指挥中心，需要装备的部门就有公安，交警、消防、卫生、武警、环保、防汛、防风、城管、海事、海关、高速公路、铁路等部门，每个部门可以独立装备无线扩频图像传输系统，由市政府进行统一规划，并进行资源整合，实现深圳市政府主要职能部门全天候信息共享。如果需要实现全城覆盖，即需要组成类似GSM移动通信系统的大区制蜂窝网络，实现网内漫游通信功能，实现图像视频、语音、数据的三网融合通信。按一个职能部门一个区级行政单位如分局装备一套，一个城市有N个区，M个职能部门，最终装备无线扩频图像传输系统的容量为Y=N*M。结合目前国内实际情况，保守的、可预见的客户主要是那些装备了“110”、“119”、“120”、“122”以及海事、海关等部门，已建成通信指挥中心的单位都将成为我们的客户，市场潜力非常巨大。此系统同样适用于记者现场采访时的无线图像传输，奥运会期间，新闻、公安、交管、救护等保障机构和帆船比赛等项目将广泛运用此系统。l技术指标：◆设备符合MPEG-2/DVB-T技术标准◆频率调节：通过控制面板设置频率,步进125kHz◆工作频段：300~800MHz◆调制方式：COFDM，2K,QPSK12第页，共12页 ◆压缩格式：MP@ML，4:2:0◆输出功率：20W◆数据带宽：6MHZ◆码流1.5Mbps~6Mbps◆音视频数据格式：MPEG-II◆视频输入：PAL/NTSC◆音频通道：LineInput/Output（0dBm@10kΩ）◆图像清晰度：传输速率为25帧/s时，分辨率为720×576◆端端延时：<100ms◆MTBF：连续工作20000小时◆误码率：≤10-8◆加密：具有AES或ABS加密功能◆数据通道：RS-232，单工9600bps◆工作电压：AC220V◆外形尺寸：标准2U机箱◆存储温度：-45－＋75度◆工作温度：-25－50度◆工作湿度：相对湿度85％（三）投资的必要性和预期经济效益建立重大事故现场数字图像传输系统是一项公益事业，它可以强化监管，防止和减少生产事故，保障人民群众生命和财产安全，促进经济发展。该项目已进入中试阶段，要进行产品性能优化、组网和推广应用，以满足市场需要，尚需投入一定的资金。预期效益：12第页，共12页 三:采取的研究方法和技术路线1、数字图像传输系统组成本系统主要由如下部分组成：（1）发射机发射机主要实现将视频、语音信号进行数字压缩编码，调制后通过无线射频信道进行传输，是本系统的核心设备。（2）接收机接收机主要实现将从空中接收到的信号解调还原成视频、音频数据流，然后转换为视频、音频信号进行输出，是本系统的核心设备。（3）天线天线是系统发送、接收电磁波信号的媒介，决定了系统能否发挥其最大效能。目前系统可采用两种天线：玻璃钢全向天线，车台天线。选用何种天线一般由现场技术人员决定。（4）电源系统电源采用高稳定、高可靠度开关电源。系统发射机标配AC220V/DC12V8.5A开关电源，接收机标配AC220V/DC12V3.5A开关电源。未经许可，请不要随意使用其他外购电源。（5）系统辅助部件A、视频输入设备视频输入设备主要用来为系统提供视频源。视频输入设备可以采用能输出1VPP，阻抗为75Ω标准视频信号的设备。B、视频输出设备视频输出设备主要用来监视经系统传输的而来的视频信号，以得到直观的图像信号。视频输出设备可以采用配有1VPP，阻抗为75Ω标准视频信号输入端口的设备。这类设备包括目前业界通用的视频监视器，电视机等。C、音频输入、输出设备音频输入设备主要用来将现场的声音进行拾取，经系统传输后通过音频输出设备进行还原。本设备连接可选用两种方式：一种为直接采用多媒体耳机，另一种为线路输入。2、技术实现及特点（1）发射设备12第页，共12页 发送分系统将视频输入经高效MPEG-2图像压缩编码器压缩为数字信号，将音频输入信号经音频编码器压缩为数字信号，与RS-232异步数据进行数字信道复用及网络协议处理后，进入编码调制处理，再经过调制和混频电路形成无线信号，功率放大后通过天线向空中发射。发射设备原理图：视频输入RS232数据口MPEG2图像压缩编码器复用及网络协议调制和混频功率放大OFDM音频编码器音频输入（2）接收设备接收分系统检测到空中无线信号后进行低噪声放大，下变频至中频后进行解调处理，通过信号匹配相关恢复出基带数字信号，然后进行网络协议分析，信息解复用后形成一路RS-232异步数据，一路MPEG2图像压缩码流送MPEG2图像压缩解码器恢复出视频信号进行显示，另一路音频压缩码流经音频解码器解压缩后恢复为语音信号接收设备原理图：H.264图像压缩解码器下变频低噪声放大解调处理解复用及网络协议视频输出RS232数据接口音频解码器音频输出3、关键技术内容COFDM技术12第页，共12页 信息在移动条件下进行无线传输时,特别是在较为恶劣的地理、电磁环境下进行无线传输时，要求通信信道具有较强的抗干扰性和抗衰落、抗多径的能力。普通的模拟和数字信道难以满足上述要求。因此采用编码正交频分复用技术(COFDM)技术。COFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而COFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在COFDM系统中各个子信道的载波相互正交，它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。COFDM技术的特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰。在对每个载波完成调制以后，为了增加数据的吞吐量、提高数据传输的速度，它又采用了一种叫作HomePlug的处理技术来对所有将要被发送数据信号位的载波进行合并处理，把众多的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。另外COFDM之所以备受关注，其中一条重要的原因是它可以利用离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换（IDFT/DFT）代替多载波调制和解调。OFDM增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。在单载波系统中，单个衰落或者干扰可能导致整个链路不可用，但在多载波的OFDM系统中，只会有一小部分载波受影响。此外，纠错码的使用还可以帮助其恢复一些载波上的信息。通过合理地挑选子载波位置，可以使OFDM的频谱波形保持平坦，同时保证了各载波之间的正交。因此，OFDM系统具有良好的抗多径干扰能力.在多载波的OFDM系统中，通过子载波的联合编码，达到了子信道间的频率分集的作用，解决了常规系统中的多径干扰问题,由于具有良好的抗多径干扰能力,可支持非视距传输(NLOS),系统可以在城市等地形复杂的环境下正常工作。高效图像压缩编码技术无线数字图像传输遇到的技术难题或关键技术是图像高效压缩编码技术，它要求：•12第页，共12页 高效压缩编码：由于图像信息量大、占用存储容量和要求传输带宽特别大，给技术实现带来极大困难，因此首先要要求高效压缩编码达到低码率的图像压缩，同时保证基本不损失图像中信息。•同时要图像压缩对误码不能太敏感，能适应无线窄带信道传输，适应无线信道高误码率，时变多径等难题解决。•费用成本不能太高。采用H.264图像压缩编译码的技术，效果良好。4、实施内容和技术路线数字化的事故现场图像传输系统的研制始于2005年8月，研制开发了无线数字COFDM图像传输系统的信道及适于无线信道环境的图像压H.264缩编解码器，并与计算机网络接口。这样大大提高了系统传输图像的清晰度、连续性及可靠性，解决了无线传输图像技术的拦路虎----高误码率、时变多径信道、窄信道和高费用等问题。整个研制过程分为三个阶段：技术专题研究阶段，系统设备研制阶段，试验试用和改进阶段。（1）技术专题研究阶段A:COFDM通信技术专题研究我们采用了COFDM通信技术，研制开发了使用于336~344MHz频段的无线数字信道。具有较强的抗干扰、抗衰落、抗多径干扰和抗截获能力，具有较强的安全保密性。B、高效图像压缩编码技术专题研究无线数字图像传输遇到的最主要技术难题或关键技术是图像高效压缩编码技术，为保证图像在传输过程中基本不损失信息，能适应无线窄带信道传输，适应无线信道高误码率、时变多径等难题，我们进行大量研究，采用MPEG-2图像压缩编译码，使该项技术难题迎刃而解，试验效果良好。C、网络视频编码器的网络协议与网络接口专题为便于数字图像不需建设专用宽带线路进行远程传输，我们需要实现数字化视频的网络传输，我们研究了应用最广泛的以太网接口10BASE/100BASE-T，并研制了与无线局域网（WLAN）链接的接口设备，实现了视频的数字网络化传输，从而大大降低了产品成本，为构筑图像数字网络化传输设备研制和扩频传输设备研制系列化、标准化、模块化奠定了坚实的基础。12第页，共12页 （2）系统设备研制阶段基于模块化、标准化思路，将系统规范为三个标准化模块：·图像压缩编码器·COFDM处理电路·射频电路各模块设备研制完成之后，即进行系统集成联试与外场试验。对应安全生产事故现场的图像传输系统的系统集成，是将上述三个标准模块结构上集成，关键是联试接口及其协议标准的适应性与可靠性及其电磁兼容性影响，根据联试中出现的问题进行改进，检验设计是否满足要求，是否达到最优，是否具有前瞻性等。集成联试后，需要外场试验，检验产品在真实环境中是否符合要求。整机外场试验是在深圳市内进行的，模拟安全生产的事故现场图像传输情况，图像传输的摄像和发射部分置于移动的汽车上，实地摄取动态图像并发射到安置于楼顶的图像接收站，接收、显示并记录存贮，检验图像质量、传输距离等性能指标。我们将接收站置于市区某高楼大厦的楼顶，汽车沿公路行驶。在汽车沿途行驶中，接收站观看图像传输情况及最远距离。试验的最远距距离11Km。途中接收的图像视通视与否，楼宇遮挡与否时通时断。通过多次试验发现：系统可保证基本通视，楼宇遮挡在1~2层时，均能够可靠接收，证明研制系统已基本达到要求。（3）试验试用和改进阶段在系统研制期间，除各设备模块自行组织的测试与试验外，还组织了三次系统联试试验，一是系统的鉴定测试；二是在北京与无人机对接及飞行试验；三是武汉长江港航监督局试用试验。试验结果表明：系统在运行过程中，图像连续、清晰、稳定。符合研制总要求中的技术指标要求。四工作进度安排(由客户明确)五实现本项目预期目标已经具备的条件项目负责人(由客户明确);已具备的条件(由客户明确);六:研究项目组成人员情况(由客户明确);七:项目经费预算(由客户明确);12第页，共12页'