一．前言
基于有線和無線電技術(shù)的電話，對講機(jī)和微波通信設(shè)備，長久以來，是現(xiàn)代作戰(zhàn)和指揮系統(tǒng)的核心設(shè)備，許多技戰(zhàn)術(shù)都是以此為核心發(fā)展起來的，并形成了固定的模式。但是這種依賴短距離數(shù)據(jù)，語音和視頻信號傳輸?shù)哪Ｊ接衅涔逃腥毕荩髞沓霈F(xiàn)的無線蜂窩電話，在一定程度上解決距離以及移動的限制問題。
無線蜂窩技術(shù)大獲成功之后并逐漸發(fā)展為現(xiàn)在的3G、4G.。3G無線通信技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)逐漸成熟并在中國得到大規(guī)模應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)帶寬和有限寬帶網(wǎng)絡(luò)的差距也在逐漸縮小，利用3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時傳輸壓縮編碼后的音視頻數(shù)據(jù)成為可能。與此同時，廣播電視，會議電視以及安放監(jiān)控領(lǐng)域的需求也催生了許多高效的音視頻壓縮算法和標(biāo)準(zhǔn)，比如MPEG2/4以及H264等，同時也出現(xiàn)了成熟的SOC解決方案。而軍事以及民用領(lǐng)域的定位和導(dǎo)航需求，也使得GPS全球定位系統(tǒng)得到發(fā)展成熟并早已大規(guī)模商用。
高效的音視頻壓縮算法，GPS定位以及3G寬帶數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，是本文要討論的現(xiàn)代化應(yīng)急指揮系統(tǒng)的核心技術(shù)。本文將圍繞這幾個方面，討論現(xiàn)代應(yīng)急指揮系統(tǒng)的特點(diǎn)，構(gòu)成要素，3G單兵的實(shí)現(xiàn)方案以及現(xiàn)代應(yīng)急指揮系統(tǒng)的發(fā)展展望。
二．關(guān)鍵詞
3G WCDMA EVDO TD-SCDMA GPS WIFI ARM DSP GPU
H264 LINUX iOS Android Symbian WP7
視頻編解碼 單兵 應(yīng)急指揮 協(xié)同作戰(zhàn)
三．現(xiàn)代化應(yīng)急指揮系統(tǒng)的特點(diǎn)
現(xiàn)代化應(yīng)急指揮系統(tǒng)，是為解決應(yīng)對突發(fā)事件，群體事件，協(xié)同作戰(zhàn)的遠(yuǎn)程指揮調(diào)度的需求而構(gòu)建的，具備以下幾個特點(diǎn)：
1． 靈活機(jī)動，部署方便快速，成本低廉，循環(huán)使用。
2． 現(xiàn)場音視頻實(shí)時通信，各作戰(zhàn)單位位置實(shí)時顯示。
3． 無障礙，全天候使用，通信穩(wěn)定可靠安全。
4． 宏觀，微觀全景呈現(xiàn)，協(xié)同作戰(zhàn)，指揮調(diào)度游刃有余。
四．基于3G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急指揮系統(tǒng)的構(gòu)成
一個應(yīng)急指揮系統(tǒng)，主要由兩個要素組成，一個是在現(xiàn)場實(shí)施具體任務(wù)的單兵，一個是在控制中心實(shí)時指揮調(diào)度的控制臺。為了實(shí)現(xiàn)二者之間數(shù)據(jù)的有效通信，必須架設(shè)一個中心平臺，為二者之間建立通信的橋梁，下面簡單描述各構(gòu)成要素的基本功能：
1. 3G單兵
作為現(xiàn)代化應(yīng)急指揮系統(tǒng)的核心要素之一，最小化作戰(zhàn)單位(人員或者車輛)攜帶或者安裝）的電子設(shè)備，我們稱之為單兵，是各自現(xiàn)代化技術(shù)的集大成者，其功能特點(diǎn)直接決定了指揮系統(tǒng)的優(yōu)劣。具備3G通信功能的單兵，我們稱之為3G單兵
3G單兵主要在現(xiàn)場秘密或者公開執(zhí)行任務(wù)，將現(xiàn)場實(shí)時的語音和圖像通過3G網(wǎng)絡(luò)回傳到控制中心，并根據(jù)控制中心的指令執(zhí)行動作，也可以緊急呼叫控制中心，請求對講。單兵也可以拍照或者錄制現(xiàn)場高清晰度視頻，以便返回時作為證據(jù)或者供分析處理。
2. 中心平臺
中心平臺是一套網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器系統(tǒng)，用來實(shí)現(xiàn)單兵設(shè)備，控制臺用戶的管理，并轉(zhuǎn)發(fā)二者之間的數(shù)據(jù)，同時實(shí)現(xiàn)音視頻，GPS位置數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)以及存儲，并支持錄像數(shù)據(jù)，GPS數(shù)據(jù)的查詢以及回放。
一般來講，中心平臺需要部署到互聯(lián)網(wǎng)，并能支持較多3G單兵的接入，同時實(shí)現(xiàn)多路實(shí)時視頻的轉(zhuǎn)發(fā)和存儲，并能支持多級部署。通常需要采用電信級別的服務(wù)器，并采用可靠的LINUX服務(wù)器操作系統(tǒng)。
3. 客戶端（控制臺）
控制臺是控制中心實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮調(diào)度的用戶界面。
可查看一路和或者同時查看多路單兵在線狀態(tài)，當(dāng)前位置，實(shí)時視頻和現(xiàn)場聲音，并可通過短信控制單兵上線和下線。
可接收單兵的緊急呼叫并開啟下達(dá)指令。
可廣播或短信發(fā)送控制指令。
可查詢，下載以及回放中心平臺的錄像和GPS軌跡數(shù)據(jù)。
控制中心可以在總部基地，當(dāng)然也可以移動，比如在移動指揮車上，只要能上網(wǎng)，比如通過3G或者WIFI，當(dāng)然也可以多級指揮同時協(xié)調(diào)工作。
中心平臺以及客戶端均為純軟件產(chǎn)品，并且都基于成熟的網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，因此本文不做過多討論。本文著重討論基于3G網(wǎng)絡(luò)的單兵設(shè)備所要完成的功能，使用的技術(shù)，可選的實(shí)現(xiàn)方案以及未來發(fā)展方向。
五．3G單兵所需關(guān)鍵技術(shù)
1. H264編解碼技術(shù)
3G單兵的核心是3G實(shí)時視頻傳輸，要求用較低的帶寬傳遞更高質(zhì)量的圖像以及音頻數(shù)據(jù)。這就要求采用更高壓縮比的視頻壓縮算法。H264是當(dāng)前已經(jīng)廣泛使用的視頻壓縮算法中最佳選擇，并且有成熟的解決方案。
2. 3G網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)
無所不在的3G網(wǎng)絡(luò)使得無障礙的應(yīng)急指揮成為可能，作為數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)載體，3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在中國已經(jīng)逐漸成熟，在3個3G牌照發(fā)放之后，各地的3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)都發(fā)展迅速，目前聯(lián)通的WCDMA，電信的EVDO以及移動的TD_SCDMA都發(fā)展了相當(dāng)數(shù)量的終端用戶，并真正進(jìn)入實(shí)用化階段。雖然各地情況不同以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不同，但每個網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時視頻傳輸?shù)膸挾蓟緣蛴茫?00kbps的帶寬已經(jīng)能夠比較流暢的傳輸CIF分辨率的H264實(shí)時視頻，部分地方經(jīng)過測試，傳輸1000bps的D1視頻流在部分時段也比較穩(wěn)定。
3. GPS定位技術(shù)
GPS定位技術(shù)已經(jīng)在車載定位導(dǎo)航方面得到多年的應(yīng)用，并完全成熟，因此，完全可以在應(yīng)急指揮系統(tǒng)中加以應(yīng)用。
六．實(shí)現(xiàn)方案
筆者深入研究并比較了各種主流產(chǎn)品和技術(shù)，對于3G單兵給出了3種實(shí)現(xiàn)方案。
1. 嵌入式專用設(shè)備
此方案為根據(jù)用戶需求，深度定制的產(chǎn)品，目前已經(jīng)批量生產(chǎn)和供貨，并在各地公檢法系統(tǒng)中得到應(yīng)用。
可以實(shí)現(xiàn)視頻預(yù)覽，D1 + CIF雙碼流編碼，錄像，拍照，回放，3G視頻傳輸，GPS定位，短信接收顯示，緊急呼叫，對講，廣播等功能。
此方案主要由主處理器（ARM + DSP雙核），攝像頭（配紅外燈），外置喇叭，3G模塊（WCDMA/EVDO可選），GPS模塊，LCD屏，按鍵，TF卡，大容量電池等構(gòu)成。
此方案外殼采用防水設(shè)計(jì)，攝像頭喇叭耳麥一體設(shè)計(jì)（類似對講機(jī)一樣裝配和使用），和主機(jī)分離并通過線纜可靠連接，主機(jī)內(nèi)置3G天線和GPS天線，體積小，方便單兵攜帶和裝配。
此方案穩(wěn)定可靠，成本也較低，攜帶裝配方便，定制的大容量電池可以保證長時間使用。
當(dāng)然此方案也存在一些缺點(diǎn)，比如開發(fā)難度較大，功能擴(kuò)展比較困難，操作界面簡單，無法和手機(jī)界面相提并論。
２. 3G手機(jī) + 軟件實(shí)現(xiàn)
目前3G手機(jī)已經(jīng)比較成熟，通話，短信，高分辨率顯示屏，攝像頭拍照錄像，SD/TF卡存儲，WIFI, GPS定位，3G上網(wǎng)都成為標(biāo)配和基本功能。而且隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，手機(jī)處理器的運(yùn)算速度以及處理能力也越來越強(qiáng)，而且不少手機(jī)的處理器已經(jīng)是ARM （主處理器）+ GPU（圖像處理單元） + DSP（數(shù)字信號處理器） + 基帶（通話以及3G通信）多合一的，主頻超過1G的，視頻編碼能力達(dá)到1080P（注：不確定是否是H264）的3G智能手機(jī)也已經(jīng)問世。這樣的智能手機(jī)已經(jīng)完全能夠勝任3G單兵的功能。
要通過3G手機(jī)實(shí)現(xiàn)一款高性能的3G單兵，需要完成以下工作：
(1) 選好手機(jī)平臺。
此項(xiàng)工作非常重要，直接決定產(chǎn)品性能。必須滿足以下條件：
硬件能力能滿足需求。關(guān)鍵一點(diǎn)在于是否該型號手機(jī)是否能編碼H264雙流，一路高清晰本地存儲，一路低碼流適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。如果只能做低分辨率低碼流的編碼，產(chǎn)品性能會大打折扣。
l 軟件平臺易于開發(fā)。在目前主流3G手機(jī)的軟件平臺中，iOS，Android，WP7，Symbian等是可選的方案，綜合考慮，筆者推薦開放源碼的Android平臺，這個平臺的手機(jī)價格更加容易接受，而且開發(fā)的起步要求比較低，只要一臺普通PC即可開發(fā)。其他更詳細(xì)的比較，已經(jīng)超出本文范圍，有興趣的朋友可以仔細(xì)研究。
(2) 開發(fā)應(yīng)用軟件
此應(yīng)用軟件主要包含以下幾個部分：
l 操作界面
l 音視頻編碼
l 音視頻解碼回放
l 平臺接入和控制
l 音視頻傳輸（接入流媒體服務(wù)器）
l 對講，短信，通話等其他業(yè)務(wù)相關(guān)功能
必須指出，基于3G手機(jī)的3G單兵，一樣離不開中心平臺以及客戶端控制臺的支持，只有這三者緊密配合，才能完成一個應(yīng)急指揮系統(tǒng)的全部功能，當(dāng)然中心平臺和操作客戶端是可以兼容多種3G單兵的接入的。
此方案的優(yōu)勢在于：
l 手機(jī)作為必須攜帶的設(shè)備，無需攜帶多余設(shè)備。
l 可以重用手機(jī)原有的導(dǎo)航，WIFI數(shù)據(jù)傳輸功能。
l 完全無需做硬件開發(fā)，純軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)難度大為降低。
l 基于手機(jī)平臺的開發(fā)和調(diào)試更加容易。
l 基于手機(jī)GUI系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更加靈活方便的操作界面和功能。
當(dāng)然此方案也存在以下問題需要解決：
l 手機(jī)如何攜帶和裝備？由于3G手機(jī)的攝像頭基本都位于手機(jī)背面，因此必須時刻保證該位置對準(zhǔn)拍攝的方向，這是一個很大的問題。
l 手機(jī)電池能用多久？在3G，GPS以及視頻編碼傳輸同時工作的情況下，手機(jī)電池能用多久？按照現(xiàn)在的只能手機(jī)基本只能待機(jī)一天左右的情況來看，這是一個難以忽略的問題。
l 可靠性和適用性問題。作為消費(fèi)類產(chǎn)品的手機(jī)，在各種復(fù)雜環(huán)境下的可靠性和適用性也是一個問題。
l 成本問題。基本上目前能滿足要求的3G手機(jī)，價格都不菲，這也是一個需要考慮的問題。
3. 3G手機(jī) + WIFI視頻采編模塊
結(jié)合1和2的方案，筆者給出了一個新的解決方案。
此方案有一個帶WIFI功能的音視頻采集編碼傳輸模塊和一個低成本3G手機(jī)構(gòu)成。當(dāng)然此3G手機(jī)仍需具備通話，短信，SD/TF卡存儲，WIFI，高分辨率顯示屏，GPS定位，3G上網(wǎng)功能。攝像頭拍照錄像的功能可以降低要求，但必須能支持WIFI AP的功能。
此方案中，WIFI視頻采集編碼模塊實(shí)現(xiàn)音視頻采集編碼和傳輸功能，并通過3G手機(jī)接入中心平臺。當(dāng)然，對講音頻的解碼和輸出也可以在此模塊上完成。
此方案中，手機(jī)除了實(shí)現(xiàn)WIFI AP的功能之外，還需要實(shí)現(xiàn)視頻預(yù)覽，錄像，錄像回放以及其他業(yè)務(wù)相關(guān)功能，當(dāng)然這些功能對手機(jī)處理能力的要求就不會要求那么高了。
此方案的最大優(yōu)點(diǎn)在于，WIFI視頻采編模塊是可以定制的，體積可以很小，并可以方便裝配的，對3G手機(jī)的要求大為降低，但仍然可以利用手機(jī)的開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。
作為兩個獨(dú)立的系統(tǒng)需要協(xié)同工作，必然存在一定的問題。
首先是WIFI通信的可靠性問題。當(dāng)然如果WIFI視頻采編模塊和3G手機(jī)一直佩戴在單兵身上，相信這個可靠性還是可以保證的。
其次WIFI視頻采編模塊采用獨(dú)立電池供電，需要在體積以及連續(xù)工作時間上做一個折中。
七．發(fā)展展望
基于3G單兵的應(yīng)急指揮系統(tǒng)，目前尚處于起步階段，只有少數(shù)幾家設(shè)備廠商可以提供解決方案，而且只實(shí)現(xiàn)了基本的錄像回放，GPS定位，實(shí)時視頻傳輸，對講等基本功能。但從應(yīng)用需求的角度來看，以下功能是基于3G單兵構(gòu)建的應(yīng)急指揮系統(tǒng)未來發(fā)展的方向：
?。? 單兵集群通話
作為協(xié)同工作的單兵小分隊(duì)，如果大家能同時互相通話，實(shí)現(xiàn)對講機(jī)類似功能，則可以更有效的實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)的目標(biāo)。
2. 單兵可視對講
同上，如果協(xié)同工作的單兵小分隊(duì)，如果大家不僅能互相通話，而且能彼此看到對方實(shí)時視頻，實(shí)現(xiàn)類似移動視頻會議的功能，則可以更有效提高協(xié)同作戰(zhàn)能力。
3. 高清
高清（1080P以及以上）編解碼技術(shù)上已經(jīng)成熟，因此如能在3G單兵上得到應(yīng)用，則又是一個質(zhì)的飛躍。但必須要要解決高清視頻的存儲和傳輸問題，32G SD/TF卡已經(jīng)無法滿足長時間錄像的需求了，但相信隨著技術(shù)的發(fā)展，這些問題終將得到完美解決。
4. 數(shù)據(jù)加密以及數(shù)據(jù)水印
由于應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，部分音視頻或者照片可能涉及到國家機(jī)密，因此必須保證其安全，需要在數(shù)據(jù)源以及網(wǎng)絡(luò)傳輸時進(jìn)行加密，確保只有授權(quán)人員才能訪問有效數(shù)據(jù)。比如采用一些難以破解的加密算法，利用VPN網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)等。
此外，如果錄像以及拍照的數(shù)據(jù)需要作為法律證據(jù)的話，必須要在數(shù)據(jù)上疊加水印以確保數(shù)據(jù)未被修改。
對于這些問題，有專門的研究和討論，本文不在贅述。
5. 數(shù)據(jù)智能分析和后處理
視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行钠脚_后，可進(jìn)行智能化分析和后處理，比如進(jìn)行人臉識別，車牌識別，再通過網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可以快速對人員以及車輛進(jìn)行快速身份確認(rèn)，在反恐以及打擊犯罪方面能起到不可或缺的作用。
6. 3G雙網(wǎng)雙待
3G網(wǎng)絡(luò)目前以及基本成熟，但下行帶寬比較穩(wěn)定，上行帶寬受限且波動較大?；?G網(wǎng)絡(luò)上行傳輸實(shí)時視頻數(shù)據(jù)，必然要面對網(wǎng)絡(luò)差的情況下數(shù)據(jù)如何傳輸?shù)膯栴}，一個3G傳輸通道有時上行帶寬無法滿足大數(shù)據(jù)量實(shí)時實(shí)時視頻的傳輸。如能同時配備2個3G傳輸通道，并實(shí)現(xiàn)自動分流傳輸，則能有效緩解視頻上行傳輸帶寬的限制問題。如果能做到兩個不同制式3G網(wǎng)絡(luò)同時支持比如WCDMA和EVDO，則可以有效避免不同地方網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展不均衡的問題，實(shí)現(xiàn)無障礙的應(yīng)急指揮。
7. 3G + WIFI
3G網(wǎng)絡(luò)上行帶寬始終受限，在一些WIFI熱點(diǎn)發(fā)展較快的地方，如果3G單兵不需要大范圍移動，則可以用WIFI作為視頻傳輸通道，這樣就可以提供更高質(zhì)量的服務(wù)。而且3G單兵也可以用私有WIFI網(wǎng)絡(luò)，自動傳輸單兵本地錄像數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心，無需手動拷貝SD卡錄像，管理更加方便快捷有效。
8. 北斗導(dǎo)航和數(shù)據(jù)傳輸
目前的GPS地位大都基于美國的民用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)。目前中國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)日趨成熟，相信不久的將來，即可實(shí)現(xiàn)民用，在3G單兵中使用北斗導(dǎo)航，也應(yīng)該不是什么問題。而且借助北斗導(dǎo)航系統(tǒng)或者其他衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，可以實(shí)現(xiàn)通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)實(shí)時視頻數(shù)據(jù)的傳輸，也不是沒有可能。實(shí)現(xiàn)了這個功能，就可以真正實(shí)現(xiàn)跨境遠(yuǎn)程實(shí)時作戰(zhàn)指揮等強(qiáng)大功能（比如美國最近在巴基斯坦實(shí)施的刺殺本拉登的行動）。
基于有線和無線電技術(shù)的電話，對講機(jī)和微波通信設(shè)備，長久以來，是現(xiàn)代作戰(zhàn)和指揮系統(tǒng)的核心設(shè)備，許多技戰(zhàn)術(shù)都是以此為核心發(fā)展起來的，并形成了固定的模式。但是這種依賴短距離數(shù)據(jù)，語音和視頻信號傳輸?shù)哪Ｊ接衅涔逃腥毕荩髞沓霈F(xiàn)的無線蜂窩電話，在一定程度上解決距離以及移動的限制問題。
無線蜂窩技術(shù)大獲成功之后并逐漸發(fā)展為現(xiàn)在的3G、4G.。3G無線通信技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)逐漸成熟并在中國得到大規(guī)模應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)帶寬和有限寬帶網(wǎng)絡(luò)的差距也在逐漸縮小，利用3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時傳輸壓縮編碼后的音視頻數(shù)據(jù)成為可能。與此同時，廣播電視，會議電視以及安放監(jiān)控領(lǐng)域的需求也催生了許多高效的音視頻壓縮算法和標(biāo)準(zhǔn)，比如MPEG2/4以及H264等，同時也出現(xiàn)了成熟的SOC解決方案。而軍事以及民用領(lǐng)域的定位和導(dǎo)航需求，也使得GPS全球定位系統(tǒng)得到發(fā)展成熟并早已大規(guī)模商用。
高效的音視頻壓縮算法，GPS定位以及3G寬帶數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，是本文要討論的現(xiàn)代化應(yīng)急指揮系統(tǒng)的核心技術(shù)。本文將圍繞這幾個方面，討論現(xiàn)代應(yīng)急指揮系統(tǒng)的特點(diǎn)，構(gòu)成要素，3G單兵的實(shí)現(xiàn)方案以及現(xiàn)代應(yīng)急指揮系統(tǒng)的發(fā)展展望。
二．關(guān)鍵詞
3G WCDMA EVDO TD-SCDMA GPS WIFI ARM DSP GPU
H264 LINUX iOS Android Symbian WP7
視頻編解碼 單兵 應(yīng)急指揮 協(xié)同作戰(zhàn)
三．現(xiàn)代化應(yīng)急指揮系統(tǒng)的特點(diǎn)
現(xiàn)代化應(yīng)急指揮系統(tǒng)，是為解決應(yīng)對突發(fā)事件，群體事件，協(xié)同作戰(zhàn)的遠(yuǎn)程指揮調(diào)度的需求而構(gòu)建的，具備以下幾個特點(diǎn)：
1． 靈活機(jī)動，部署方便快速，成本低廉，循環(huán)使用。
2． 現(xiàn)場音視頻實(shí)時通信，各作戰(zhàn)單位位置實(shí)時顯示。
3． 無障礙，全天候使用，通信穩(wěn)定可靠安全。
4． 宏觀，微觀全景呈現(xiàn)，協(xié)同作戰(zhàn)，指揮調(diào)度游刃有余。
四．基于3G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急指揮系統(tǒng)的構(gòu)成
一個應(yīng)急指揮系統(tǒng)，主要由兩個要素組成，一個是在現(xiàn)場實(shí)施具體任務(wù)的單兵，一個是在控制中心實(shí)時指揮調(diào)度的控制臺。為了實(shí)現(xiàn)二者之間數(shù)據(jù)的有效通信，必須架設(shè)一個中心平臺，為二者之間建立通信的橋梁，下面簡單描述各構(gòu)成要素的基本功能：
1. 3G單兵
作為現(xiàn)代化應(yīng)急指揮系統(tǒng)的核心要素之一，最小化作戰(zhàn)單位(人員或者車輛)攜帶或者安裝）的電子設(shè)備，我們稱之為單兵，是各自現(xiàn)代化技術(shù)的集大成者，其功能特點(diǎn)直接決定了指揮系統(tǒng)的優(yōu)劣。具備3G通信功能的單兵，我們稱之為3G單兵
3G單兵主要在現(xiàn)場秘密或者公開執(zhí)行任務(wù)，將現(xiàn)場實(shí)時的語音和圖像通過3G網(wǎng)絡(luò)回傳到控制中心，并根據(jù)控制中心的指令執(zhí)行動作，也可以緊急呼叫控制中心，請求對講。單兵也可以拍照或者錄制現(xiàn)場高清晰度視頻，以便返回時作為證據(jù)或者供分析處理。
2. 中心平臺
中心平臺是一套網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器系統(tǒng)，用來實(shí)現(xiàn)單兵設(shè)備，控制臺用戶的管理，并轉(zhuǎn)發(fā)二者之間的數(shù)據(jù)，同時實(shí)現(xiàn)音視頻，GPS位置數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)以及存儲，并支持錄像數(shù)據(jù)，GPS數(shù)據(jù)的查詢以及回放。
一般來講，中心平臺需要部署到互聯(lián)網(wǎng)，并能支持較多3G單兵的接入，同時實(shí)現(xiàn)多路實(shí)時視頻的轉(zhuǎn)發(fā)和存儲，并能支持多級部署。通常需要采用電信級別的服務(wù)器，并采用可靠的LINUX服務(wù)器操作系統(tǒng)。
3. 客戶端（控制臺）
控制臺是控制中心實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮調(diào)度的用戶界面。
可查看一路和或者同時查看多路單兵在線狀態(tài)，當(dāng)前位置，實(shí)時視頻和現(xiàn)場聲音，并可通過短信控制單兵上線和下線。
可接收單兵的緊急呼叫并開啟下達(dá)指令。
可廣播或短信發(fā)送控制指令。
可查詢，下載以及回放中心平臺的錄像和GPS軌跡數(shù)據(jù)。
控制中心可以在總部基地，當(dāng)然也可以移動，比如在移動指揮車上，只要能上網(wǎng)，比如通過3G或者WIFI，當(dāng)然也可以多級指揮同時協(xié)調(diào)工作。
中心平臺以及客戶端均為純軟件產(chǎn)品，并且都基于成熟的網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，因此本文不做過多討論。本文著重討論基于3G網(wǎng)絡(luò)的單兵設(shè)備所要完成的功能，使用的技術(shù)，可選的實(shí)現(xiàn)方案以及未來發(fā)展方向。
五．3G單兵所需關(guān)鍵技術(shù)
1. H264編解碼技術(shù)
3G單兵的核心是3G實(shí)時視頻傳輸，要求用較低的帶寬傳遞更高質(zhì)量的圖像以及音頻數(shù)據(jù)。這就要求采用更高壓縮比的視頻壓縮算法。H264是當(dāng)前已經(jīng)廣泛使用的視頻壓縮算法中最佳選擇，并且有成熟的解決方案。
2. 3G網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)
無所不在的3G網(wǎng)絡(luò)使得無障礙的應(yīng)急指揮成為可能，作為數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)載體，3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在中國已經(jīng)逐漸成熟，在3個3G牌照發(fā)放之后，各地的3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)都發(fā)展迅速，目前聯(lián)通的WCDMA，電信的EVDO以及移動的TD_SCDMA都發(fā)展了相當(dāng)數(shù)量的終端用戶，并真正進(jìn)入實(shí)用化階段。雖然各地情況不同以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不同，但每個網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時視頻傳輸?shù)膸挾蓟緣蛴茫?00kbps的帶寬已經(jīng)能夠比較流暢的傳輸CIF分辨率的H264實(shí)時視頻，部分地方經(jīng)過測試，傳輸1000bps的D1視頻流在部分時段也比較穩(wěn)定。
3. GPS定位技術(shù)
GPS定位技術(shù)已經(jīng)在車載定位導(dǎo)航方面得到多年的應(yīng)用，并完全成熟，因此，完全可以在應(yīng)急指揮系統(tǒng)中加以應(yīng)用。
六．實(shí)現(xiàn)方案
筆者深入研究并比較了各種主流產(chǎn)品和技術(shù)，對于3G單兵給出了3種實(shí)現(xiàn)方案。
1. 嵌入式專用設(shè)備
此方案為根據(jù)用戶需求，深度定制的產(chǎn)品，目前已經(jīng)批量生產(chǎn)和供貨，并在各地公檢法系統(tǒng)中得到應(yīng)用。
可以實(shí)現(xiàn)視頻預(yù)覽，D1 + CIF雙碼流編碼，錄像，拍照，回放，3G視頻傳輸，GPS定位，短信接收顯示，緊急呼叫，對講，廣播等功能。
此方案主要由主處理器（ARM + DSP雙核），攝像頭（配紅外燈），外置喇叭，3G模塊（WCDMA/EVDO可選），GPS模塊，LCD屏，按鍵，TF卡，大容量電池等構(gòu)成。
此方案外殼采用防水設(shè)計(jì)，攝像頭喇叭耳麥一體設(shè)計(jì)（類似對講機(jī)一樣裝配和使用），和主機(jī)分離并通過線纜可靠連接，主機(jī)內(nèi)置3G天線和GPS天線，體積小，方便單兵攜帶和裝配。
此方案穩(wěn)定可靠，成本也較低，攜帶裝配方便，定制的大容量電池可以保證長時間使用。
當(dāng)然此方案也存在一些缺點(diǎn)，比如開發(fā)難度較大，功能擴(kuò)展比較困難，操作界面簡單，無法和手機(jī)界面相提并論。
２. 3G手機(jī) + 軟件實(shí)現(xiàn)
目前3G手機(jī)已經(jīng)比較成熟，通話，短信，高分辨率顯示屏，攝像頭拍照錄像，SD/TF卡存儲，WIFI, GPS定位，3G上網(wǎng)都成為標(biāo)配和基本功能。而且隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，手機(jī)處理器的運(yùn)算速度以及處理能力也越來越強(qiáng)，而且不少手機(jī)的處理器已經(jīng)是ARM （主處理器）+ GPU（圖像處理單元） + DSP（數(shù)字信號處理器） + 基帶（通話以及3G通信）多合一的，主頻超過1G的，視頻編碼能力達(dá)到1080P（注：不確定是否是H264）的3G智能手機(jī)也已經(jīng)問世。這樣的智能手機(jī)已經(jīng)完全能夠勝任3G單兵的功能。
要通過3G手機(jī)實(shí)現(xiàn)一款高性能的3G單兵，需要完成以下工作：
(1) 選好手機(jī)平臺。
此項(xiàng)工作非常重要，直接決定產(chǎn)品性能。必須滿足以下條件：
硬件能力能滿足需求。關(guān)鍵一點(diǎn)在于是否該型號手機(jī)是否能編碼H264雙流，一路高清晰本地存儲，一路低碼流適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。如果只能做低分辨率低碼流的編碼，產(chǎn)品性能會大打折扣。
l 軟件平臺易于開發(fā)。在目前主流3G手機(jī)的軟件平臺中，iOS，Android，WP7，Symbian等是可選的方案，綜合考慮，筆者推薦開放源碼的Android平臺，這個平臺的手機(jī)價格更加容易接受，而且開發(fā)的起步要求比較低，只要一臺普通PC即可開發(fā)。其他更詳細(xì)的比較，已經(jīng)超出本文范圍，有興趣的朋友可以仔細(xì)研究。
(2) 開發(fā)應(yīng)用軟件
此應(yīng)用軟件主要包含以下幾個部分：
l 操作界面
l 音視頻編碼
l 音視頻解碼回放
l 平臺接入和控制
l 音視頻傳輸（接入流媒體服務(wù)器）
l 對講，短信，通話等其他業(yè)務(wù)相關(guān)功能
必須指出，基于3G手機(jī)的3G單兵，一樣離不開中心平臺以及客戶端控制臺的支持，只有這三者緊密配合，才能完成一個應(yīng)急指揮系統(tǒng)的全部功能，當(dāng)然中心平臺和操作客戶端是可以兼容多種3G單兵的接入的。
此方案的優(yōu)勢在于：
l 手機(jī)作為必須攜帶的設(shè)備，無需攜帶多余設(shè)備。
l 可以重用手機(jī)原有的導(dǎo)航，WIFI數(shù)據(jù)傳輸功能。
l 完全無需做硬件開發(fā)，純軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)難度大為降低。
l 基于手機(jī)平臺的開發(fā)和調(diào)試更加容易。
l 基于手機(jī)GUI系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更加靈活方便的操作界面和功能。
當(dāng)然此方案也存在以下問題需要解決：
l 手機(jī)如何攜帶和裝備？由于3G手機(jī)的攝像頭基本都位于手機(jī)背面，因此必須時刻保證該位置對準(zhǔn)拍攝的方向，這是一個很大的問題。
l 手機(jī)電池能用多久？在3G，GPS以及視頻編碼傳輸同時工作的情況下，手機(jī)電池能用多久？按照現(xiàn)在的只能手機(jī)基本只能待機(jī)一天左右的情況來看，這是一個難以忽略的問題。
l 可靠性和適用性問題。作為消費(fèi)類產(chǎn)品的手機(jī)，在各種復(fù)雜環(huán)境下的可靠性和適用性也是一個問題。
l 成本問題。基本上目前能滿足要求的3G手機(jī)，價格都不菲，這也是一個需要考慮的問題。
3. 3G手機(jī) + WIFI視頻采編模塊
結(jié)合1和2的方案，筆者給出了一個新的解決方案。
此方案有一個帶WIFI功能的音視頻采集編碼傳輸模塊和一個低成本3G手機(jī)構(gòu)成。當(dāng)然此3G手機(jī)仍需具備通話，短信，SD/TF卡存儲，WIFI，高分辨率顯示屏，GPS定位，3G上網(wǎng)功能。攝像頭拍照錄像的功能可以降低要求，但必須能支持WIFI AP的功能。
此方案中，WIFI視頻采集編碼模塊實(shí)現(xiàn)音視頻采集編碼和傳輸功能，并通過3G手機(jī)接入中心平臺。當(dāng)然，對講音頻的解碼和輸出也可以在此模塊上完成。
此方案中，手機(jī)除了實(shí)現(xiàn)WIFI AP的功能之外，還需要實(shí)現(xiàn)視頻預(yù)覽，錄像，錄像回放以及其他業(yè)務(wù)相關(guān)功能，當(dāng)然這些功能對手機(jī)處理能力的要求就不會要求那么高了。
此方案的最大優(yōu)點(diǎn)在于，WIFI視頻采編模塊是可以定制的，體積可以很小，并可以方便裝配的，對3G手機(jī)的要求大為降低，但仍然可以利用手機(jī)的開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。
作為兩個獨(dú)立的系統(tǒng)需要協(xié)同工作，必然存在一定的問題。
首先是WIFI通信的可靠性問題。當(dāng)然如果WIFI視頻采編模塊和3G手機(jī)一直佩戴在單兵身上，相信這個可靠性還是可以保證的。
其次WIFI視頻采編模塊采用獨(dú)立電池供電，需要在體積以及連續(xù)工作時間上做一個折中。
七．發(fā)展展望
基于3G單兵的應(yīng)急指揮系統(tǒng)，目前尚處于起步階段，只有少數(shù)幾家設(shè)備廠商可以提供解決方案，而且只實(shí)現(xiàn)了基本的錄像回放，GPS定位，實(shí)時視頻傳輸，對講等基本功能。但從應(yīng)用需求的角度來看，以下功能是基于3G單兵構(gòu)建的應(yīng)急指揮系統(tǒng)未來發(fā)展的方向：
?。? 單兵集群通話
作為協(xié)同工作的單兵小分隊(duì)，如果大家能同時互相通話，實(shí)現(xiàn)對講機(jī)類似功能，則可以更有效的實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)的目標(biāo)。
2. 單兵可視對講
同上，如果協(xié)同工作的單兵小分隊(duì)，如果大家不僅能互相通話，而且能彼此看到對方實(shí)時視頻，實(shí)現(xiàn)類似移動視頻會議的功能，則可以更有效提高協(xié)同作戰(zhàn)能力。
3. 高清
高清（1080P以及以上）編解碼技術(shù)上已經(jīng)成熟，因此如能在3G單兵上得到應(yīng)用，則又是一個質(zhì)的飛躍。但必須要要解決高清視頻的存儲和傳輸問題，32G SD/TF卡已經(jīng)無法滿足長時間錄像的需求了，但相信隨著技術(shù)的發(fā)展，這些問題終將得到完美解決。
4. 數(shù)據(jù)加密以及數(shù)據(jù)水印
由于應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，部分音視頻或者照片可能涉及到國家機(jī)密，因此必須保證其安全，需要在數(shù)據(jù)源以及網(wǎng)絡(luò)傳輸時進(jìn)行加密，確保只有授權(quán)人員才能訪問有效數(shù)據(jù)。比如采用一些難以破解的加密算法，利用VPN網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)等。
此外，如果錄像以及拍照的數(shù)據(jù)需要作為法律證據(jù)的話，必須要在數(shù)據(jù)上疊加水印以確保數(shù)據(jù)未被修改。
對于這些問題，有專門的研究和討論，本文不在贅述。
5. 數(shù)據(jù)智能分析和后處理
視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行钠脚_后，可進(jìn)行智能化分析和后處理，比如進(jìn)行人臉識別，車牌識別，再通過網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可以快速對人員以及車輛進(jìn)行快速身份確認(rèn)，在反恐以及打擊犯罪方面能起到不可或缺的作用。
6. 3G雙網(wǎng)雙待
3G網(wǎng)絡(luò)目前以及基本成熟，但下行帶寬比較穩(wěn)定，上行帶寬受限且波動較大?；?G網(wǎng)絡(luò)上行傳輸實(shí)時視頻數(shù)據(jù)，必然要面對網(wǎng)絡(luò)差的情況下數(shù)據(jù)如何傳輸?shù)膯栴}，一個3G傳輸通道有時上行帶寬無法滿足大數(shù)據(jù)量實(shí)時實(shí)時視頻的傳輸。如能同時配備2個3G傳輸通道，并實(shí)現(xiàn)自動分流傳輸，則能有效緩解視頻上行傳輸帶寬的限制問題。如果能做到兩個不同制式3G網(wǎng)絡(luò)同時支持比如WCDMA和EVDO，則可以有效避免不同地方網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展不均衡的問題，實(shí)現(xiàn)無障礙的應(yīng)急指揮。
7. 3G + WIFI
3G網(wǎng)絡(luò)上行帶寬始終受限，在一些WIFI熱點(diǎn)發(fā)展較快的地方，如果3G單兵不需要大范圍移動，則可以用WIFI作為視頻傳輸通道，這樣就可以提供更高質(zhì)量的服務(wù)。而且3G單兵也可以用私有WIFI網(wǎng)絡(luò)，自動傳輸單兵本地錄像數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心，無需手動拷貝SD卡錄像，管理更加方便快捷有效。
8. 北斗導(dǎo)航和數(shù)據(jù)傳輸
目前的GPS地位大都基于美國的民用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)。目前中國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)日趨成熟，相信不久的將來，即可實(shí)現(xiàn)民用，在3G單兵中使用北斗導(dǎo)航，也應(yīng)該不是什么問題。而且借助北斗導(dǎo)航系統(tǒng)或者其他衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，可以實(shí)現(xiàn)通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)實(shí)時視頻數(shù)據(jù)的傳輸，也不是沒有可能。實(shí)現(xiàn)了這個功能，就可以真正實(shí)現(xiàn)跨境遠(yuǎn)程實(shí)時作戰(zhàn)指揮等強(qiáng)大功能（比如美國最近在巴基斯坦實(shí)施的刺殺本拉登的行動）。
