浅谈移动视频图像传输技术在低空道路监控中的应用

1、浅谈移动视频图像传输技术在低空道路监控中的应用北京市公安局公安交通管理局 赵敬华摘要 移动视频图像传输技术是专网形式的移动微波通信技术，在很多行业得到了广泛的应用，凭借实时、直观、机动灵活等特点为指挥机构提供第一手的现场音、视频甚至数据资料，为及时决策提供重要依据，尤其是在重大活动保障、事故救援、自然灾害、应急处突等事件中的作用越来越突出。移动视频图像传输技术多用于地面局部覆盖，由于受到摄像镜头角度以及载体位置和移动速度的限制、多径干扰和衰落影响，传输的距离和图像视角也受到了很大的限制。近些年随着各种空中移动载体在各领域的广泛应用，视频图像采集和传输设备安放在移动空中载体上，充分发挥了移动速度

2、快、飞行范围广、搜索面积大、采集路面全的优势，极大的克服地面传输的局限性。根据移动视频图像传输技术多年的发展和实际应用，本文就从传输距离和覆盖范围、视频采集编码、飞行载体等方面进行分析，阐述移动图像传输技术在低空道路监控的应用。关键字 一、概述从冰雪灾害到5.12地震救援，从北京奥运会保障到神七飞船返回，移动视频图像传输技术已经作为一种必备通信方式应用在事故救援、重大事件现场保障等活动中。其中，移动视频图像传输技术将应急现场图像进行采集后及时传输，以其机动灵活的特点发挥着越来越重要的作用，已经成为一种必不可少的通信保障手段。但是，移动视频图像传输技术现多用于地面局部覆盖，采集传输的局部画面虽然

3、细致入微，但是对于大范围图像的瞬时观察，将受到摄像镜头角度以及载体位置和移动速度的限制。另外，在地面移动图像传输中存在着多径干扰和衰落，在城市环境中或复杂地形中衰落表现的尤为严重，即使采取了其他多种技术手段，其传输的距离和图像视角也受到了很大的限制。但是如果把摄像机和传输设备安放在空中移动物体上，由于在空中视野非常开阔，对地面进行俯拍并传输到地面，将极大的克服地面传输的局限性，因此近些年随着各种空中移动载体在各领域的广泛应用，移动视频图像传输技术以其大角度、快速移动到达现场上空、较长距离传输等特点也得到了越来越广泛的重视。二、传输距离和覆盖范围所谓低空是指600米以下范围的空间，空中过高图像的

4、采集已经难以实现，因此移动视频图像传输适合低空使用。移动视频图像传输设备的传输距离和发射功率、接收门限、天线增益、工作频率、射频带宽、电磁和地理环境等因素有关的，除以上因素外，对于机载移动视频图像传输设备来讲，传输距离还和飞行载体的飞行高度、飞行的姿态、飞行速度等因素有关系，传输距离的大小直接决定着该系统的覆盖范围。1、专业的发射机功率一般为1-5W,而无人机发射功率由于尺寸和重量限制的缘故通常为几百毫瓦。采用专业级窄带COFDM接收设备的接收门限在-103-107dBm之间，机载发射天线为全向天线，不但要求有较高的增益，而且对尺寸、天线的安装位置等都有较高的要求；而接收机的天线可选用增益高全

5、向天线，也可以选用定向加伺服系统，定向天线增益一般比较高，可以提高接收能力，天线安装位置尽量选在较高的地方。对于机载设备来讲，工作频率的选择也非常重要，一般选用 U/L波段的比较多，无人机多选用U波段，体积和尺寸可以做的比较小，而直升机多选用L波段，因为这个频段的干扰相对较小，最重要的是其发射传输性能出色，适合在城区和空中应用，天线也可以做的小一些。射频的带宽越宽，传输的图像质量越好，但是射频带宽变宽宽，传输距离将会下降，因此可以通过牺牲一定图像质量的前提下，也就是通过降低射频带宽，来提高传输距离。通常电磁环境和地理环境的好坏是无法选择的，但是可以通过选择工作频率来降低复杂电磁环境对传输的影响

6、。 2、由于地球的曲率和微波的传输特性，机载天线与接收天线所在位置的可视距离将是机载设备传输的最大距离。可视距离可以通过计算得到。假设接收天线架设在距离地面25米的高度，那么机载天线高度即飞行高度与可视距离简略对照如下：接收天线高度（米）飞机飞高（米）可视距离 （公里）25100632520070253008025400902550010025600120通过以上表格不难看出，当接收天线高度一定的时候，飞行高度越高，可视距离越远，因此机载设备越有可能传输的越远。另外对于实际的传输距离中，还与以下因素相关：1）飞行速度。如果速度高，多普乐频移效应会增加，降低接收门限，距离减少。但如果飞行的距离已

7、经接近很远，储备偏少的情形下，则稳定传输的概率就低。2）天线的姿态。理论上，对于全向发射和接收天线都应该是保持垂直方向的，这样，辐射的方向图才能保证通信的畅通，如果天线姿态发生变化，那么将会影响传输质量。 实际上，当外界条件发生变化，如果要想达到或接近理想的传输距离（可视距离），系统就要有充足的系统储备。系统储备的多少和发射机功率、天线增益、接收机门限，系统设备损耗、空间衰耗等因素有关。提高系统储备，增大传输距离可以通过工程设计和设备本身的优势来满足要求。3、COFDM信道调制COFDM采用编码正交频分复用技术，其主要优点有如下：首先适合在城区、城郊、建筑物内等非通视和有阻挡的环境中应用，表现

8、出卓越的“绕射”“穿透”能力，该设备能够以高概率实现图像的稳定传输，不受环境影响或受环境影响小；其次适合高速移动中传输，可应用于车辆、船舶、直升机/无人机等平台；第三适合高速数据传输，速率一般大于4M bps，满足高质量视音频的传输，COFDM技术每个子载波可以选择QPSK、16QAM、64QAM等高速调制，合成后的信道速率一般均大于4M bps，因此，可以传输MPEG2中4:2:0、4:2:2等高质量编解码，接收端图像分辨率可达到576720或480720，满足后期分析、存储、编辑等要求；第四在复杂电磁环境中，COFDM具备优异的抗干扰性能；第五在对抗频率选择性衰落或窄带干扰及信号波形间的干

9、扰性能优越，通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。因此，采用COFDM信道调制技术是机载移动视频图像传输设备的首选。由于作为广播电视领域成熟应用的视频编码术-MPEG2编解码方式，可得到传输速率可达2.0M-10Mbps、 图像更新2530帧/秒、分辨率可达到720x576、可得到高质量的DVD画质图像，完全满足机载移动视频图像传输设备对画面质量的要求，因此采用MPEG2的图像编解码方式。 机载移动视频图像传输设备另一重要的组成部分是视频采集设备，直升机、固定翼飞机多采用吊舱，也可以用手持摄像机进行航拍。吊舱其可以360度旋转拍摄，具有红外摄像功能，吊舱的性能将决定拍摄的画面稳定性。

10、而无人机或其他空中移动体多采用摄像机或摄像头进行拍摄。三、 接收基站1、固定区域覆盖； 固定区域覆盖，应用最多的为城区覆盖，对于中小型城市，一般架设一个接收基站就可以实现城区覆盖，对于大中型城市，则要选择架设多个接收基站来实现城区覆盖，接收基站的分布要合理，一般城市多选较高的楼定架设。基站和指挥中心之间一般通过有线的形式连接，如光缆。2、与移动接收站结合，实现移动的区域覆盖 对于城市之外的多数区域，不可能都要架设基站来实现机载无线图像传输，可以选择与地面的移动载体所携带的接收设备实现图像传输，如人可以手提的便携手持一体接收机、车载/船载接收机等等，如果需要更远距离的传输，如千里之外的指挥部，还

11、可以通过静中通、动中通卫星通信系统来实现。3、可做中继来进行图像传输 设想如果机载设备安装的是中继设备，那么可以接收地面发过来的无线图像信号，再转发给异地的无线视频图像传输接收设备，这样可以解决地面信号因阻挡或超视距而不能传输的问题，增大了地面图像传输设备的传输距离。四、飞行载体通常适合安装移动视频图像传输设备的空中飞行载体有：直升机、无人机、固定翼飞机、飞艇甚至热气球等等。依据飞行载体的不同，对通信设备有不同的要求，对机载图像传输设备的要求也是一样，例如直升机、固定翼飞机要求机载无线图像传输设备具有较强的温度适应性、耐连续震动、具备很好的电磁兼容性、接口标准、电源电压、能够在一定大气压力和空

12、气湿度下工作、散热性能优异、外壳及接插件要耐盐雾腐蚀等等；而无人机对机载无线图传设备在满足其传输需要的基础上，还要考虑其有效载荷，要满足一定的尺寸、重量和功耗要求；飞艇和热气球则要求能提供足够的外部电力供应等等。 目前国内的直升机既有我们本国生产的也有从国外进口的直升机，例如：国产的直系列直升机，进口有欧洲欧直公司和阿古斯塔公司的多型号直升机、美国的希克斯基的黑鹰直升机以及俄罗斯的米系列的直升机等等，这些直升机正在服务于我们的国防和国民经济建设当中，并且我们自己也正在不断研制更加先进的直升机。其他如固定翼飞机、无人机、飞艇等等各种空中载体也在不断的蓬勃发展之中。五、实战应用图片1两年前组建的目

13、前国内规模最大、设备最先进、管理最规范的北京警务飞行队的警用直升机（直升机图像见图片1）上面就装备移动视频图像传输设备，能将直升机上360度拍摄的图像（监控图像见图片2）传回到地面指挥中心,在08年北京奥运期间，圆满完成了奥运火炬传递保卫及图像传输、开闭幕式国家体育场备勤、公路自行车赛及铁人三项等赛事的巡逻监控，以及奥运专用道巡逻警戒任务。奥运后，飞行队着手进行空地协同执勤实战训练，建立空中警务指挥平台，空中指挥和地面指挥将结合起来。警务平台启用后，当警方发现问题后，可以调动直升机赶赴现场，通过实时传回的图像资料，由地面指挥中心判断所需调动的各个警种。必要的时候，指挥员也会登机，直接在空中进行

14、指挥。如首都的巡逻布控、反恐处突、对犯罪分子实施目标跟踪、搜索和抓捕；在交通管理领域，在城市交通高峰时段，警用直升机监测一些重点区域道路，协助地面指挥部门进行疏导。警用直升机已担负了周一早高峰和周五晚高峰的交通状况监控。 图片2 一些重大交通事故，往往造成交通严重拥堵，地面交管、救援等力量短时间内无法到达现场。警用直升机将在最短时间内到达，将现场图像传输给地面指挥系统，作为决策依据。 若某个区域刑事案件高发、治安状况出现严重问题，警用直升机可以在高发案的时段、地区，配合地面警车进行立体的巡逻控制。警用直升机装备的摄像系统能辨认到几公里范围内车辆的车牌。一旦发生突发事件，警用直升机可对犯罪嫌疑人、车辆进行搜索，发现目标后根据地面指挥中心的要求，进行空中跟踪，为地面警力指明目标，必要时，机载特警可对嫌疑人实施抓捕。六、展望我国幅员辽阔，国民经济和社会发展对与