太阳城集团

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一种应急通信系统多功能终端.pdf

摘要
申请专利号:

CN201610824654.5

申请日:

2016.09.14

公开号:

CN106304006A

公开日:

2017.01.04

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):H04W 4/22申请日:20160914|||公开
IPC分类号: H04W4/22(2009.01)I; G08C17/02; H04N7/18 主分类号: H04W4/22
申请人: 重庆邮电大学
发明人: 余翔; 涂斯宇; 周志义; 段思睿
地址: 400065 重庆市南岸区黄桷垭崇文路2号
优先权:
专利代理机构: 北京同恒源知识产权代理有限公司 11275 代理人: 廖曦
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法律状态
申请(专利)号:

CN201610824654.5

授权太阳城集团号:

|||

法律状态太阳城集团日:

2017.02.01|||2017.01.04

法律状态类型:

太阳城集团实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明涉及一种应急通信系统多功能终端,该终端包括电源管理模块、TD‑LTE传输模块/脱网传输模块、语音模块、视频模块、心率/体温采集模块、GPS采集模块、显示控制模块;TD‑LTE传输模块/脱网传输模块不管是在有网络还是在无网络的环境下,均能保证终端装置能够与外界进行通信,保证作战人员不失联以及通信的连续性;语音模块保证通信的实时性;视频模块将事故现场情况实时上传至监控中心,便于监控中心下达命令和指挥救援工作;心率/体温模块采集救援人员的心率和体温上传至监控中心,监控中心分析生命体征太阳城集团对救援人员及时救援;GPS模块保证救援人员不失联特性以及救援地理位置的明确性;显示控制模块对其他模块进行显示和操作控制。

权利要求书

1.一种应急通信系统多功能终端,其特征在于:包括:电源管理模块、TD-LTE传输模块/
脱网传输模块、语音模块、视频模块、心率/体温采集模块、GPS采集模块、显示控制模块,显
示控制模块分别与语音模块、视频模块、心率/体温采集模块、GPS采集模块相连;
所述电源管理模块负责给整个应急通信终端的各个模块进行供电;
所述TD-LTE传输模块/脱网传输模块用于实现在有网络或无网络的环境下与外界进行
通信;
所述语音模块用于实现实时语音通信;
所述视频模块用于将事故现场情况实时上传至监控中心,便于监控中心下达命令和指
挥救援工作;
所述心率/体温采集模块用于采集救援人员的心率和体温上传至监控中心,监控中心
分析生命体征太阳城集团对救援人员及时救援;
所述GPS采集模块用于实现救援人员的位置定位;
所述显示控制模块用于对其他模块进行显示和操作控制。
2.根据权利要求1所述的一种应急通信系统多功能终端,其特征在于:所述TD-LTE传输
模块/脱网传输模块主要包括:TD-LTE无线上网装置、高度集成的无线射频接收器和频谱感
知模块;通过所述TD-LTE无线上网装置,终端可接入到LTE网络,从而实现无线通信;通过高
度集成的无线射频接收器和频谱感知模块,在无TD-LTE网络环境下,感知周围的空闲频谱,
通过ARM嵌入式系统来调节收发的中心频率,实现无线通信。
3.根据权利要求1所述的一种应急通信系统多功能终端,其特征在于:所述语音模块包
括:在终端上外接一个USB耳机转换器,利用ALSA实现语音采集、回放;利用G.711语音编解
码器实现语音编码、解码;利用SIP协议进行信令传输;利用RTP传输协议进行语音数据的传
输。
4.根据权利要求1所述的一种应急通信系统多功能终端,其特征在于:所述视频模块利
用H.264进行视频编解码,利用RTP协议实时传输至监控中心。
5.根据权利要求1所述的一种应急通信系统多功能终端,其特征在于:所述心率/体温
采集模块利用HCP52型心率体温模块采集体温和脉搏;采用HC06蓝牙传输模块将数据上传
至监控中心,监控中心随时监控作战人员的生命体征太阳城集团,若上传数据异常,及时对作战人
员进行救援。
6.根据权利要求1所述的一种应急通信系统多功能终端,其特征在于:所述GPS采集模
块包括:将GPS8100-S模块与开发板拓展口相连接,接收GPS定位数据,终端将接收的GPS信
息上传至监控中心,监控中心时刻监控作战人员的地理位置太阳城集团,确保救援人员不失联以
及救援地理位置的明确性。
7.根据权利要求1所述的一种应急通信系统多功能终端,其特征在于:所述显示控制模
块包括:将TFT LCD显示屏与开发板相连,利用Qt将各模块以图像界面的形式集成在显示屏
上,使得人机交互更加方便。
8.根据权利要求1所述的一种应急通信系统多功能终端,其特征在于:所述电源管理模
块采用可拆卸更换的充电电池。

说明书

一种应急通信系统多功能终端

技术领域

本发明属于无线通信技术领域,涉及一种应急通信系统多功能终端。

背景技术

随着行业的发展,以提高效率和安全生产为前提的行业太阳城集团化要求对行业专用无
线网络通信提出了新的挑战,即行业通信中日益出现的大数据传输和高带宽的需求,同时
行业无线通信的需求正在从“单一语音集群”向“语音集群、宽带数据和视频应用融合调度”
过渡,并且对时延、容量等性能指标提出了更高的要求。现在行业用户在利用集群通信系统
进行指挥调度的过程中,不仅要“听得到”,还要“看得见、看得清”,需要集群系统支持语音、
数据、图像和视频等多种业务的不同传输速率。随着LTE技术越来越成熟,将LTE技术融入到
集群系统中,将实现集群通信系统从窄带到宽带的完美过渡。并且可以在一个网络或一个
终端实现专业语音、数据和高清视频的融合统一调度,同时具备集群通话、协同作业、数据
采集、图像传送、视频监控的统一调度指挥能力。但当环境非常恶劣时,如发生地震,所有基
础设施被毁坏,常规通信能力全部丧失,通信救援车抵达事故现场受阻,基于公网基础设施
的设备无法工作,这种情况下依靠价格昂贵、数量有限的卫星电话,严重影响了前方救灾的
效率和力度。此时系统需要一种简单的工作模式:终端间不需要经过基站能够直接进行通
信。当终端切换脱网直通工作模式时,救援人员间能够进行通信,救援效率提高。

目前,现有技术中存在以下相关方案:

1)多业务应急通信系统(CN 103957141 A),其包括便携式应急通信设备、指挥中
心端设备及传输系统,便携式应急通信设备包括:网络视频模块、电话网关模块、以太网交
换模块、传输模块以及电源供电模块等。该便携式应急通信设备采用以太网内核设计,可实
现视频、电话、以太网、语音等的远程传输通信。但是该装置多业务均局限在以太网内,无法
在局域网以外的工作环境(如空旷移动救援环境)下作业。无法适应应急环境的复杂性和多
样性。

2)一种便携式应急救灾移动通信装置(CN 103945569 A),包括收容壳体、显示设
备、CDMA核心网模块、电源管理模块、ARM处理模块、语音模块、FM调频模块、天线模块、通信
接口模块,CDMA核心网模块、电源管理模块、ARM处理模块、FM调频模块设置在收容壳体内,
显示设备、天线模块、通信接口模块设置在收容壳体外,电源管理模块与CDMA核心网模块、
ARM处理模块电连接,CDMA核心网模块与天线模块电连接。显示设备设置在收容壳体的第一
面上,收容壳体的与第一面相背的第二面上设置有滚轮、伸缩把手、背带卡,滚轮靠近收容
壳体的底面,伸缩把手靠近收容壳体的顶面,背带卡设置在第二面的四角上。但是该装置采
用的是CDMA技术,由于使用相同的载频,许多用户共用一个信道,强信号对弱信号有着明显
的抑制作用,从而产生“远--近”效应,影响用户通话,同时在数据传输速率、业务时延等
用户体验方面都不及TD-LTE技术,也无法在无网络的环境下通信,而且该装置体积较大,难
以手持操作,不方便单人携带。

针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种在TD-LTE存在和脱网环境下均能够
进行工作的多功能终端装置。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种应急通信系统多功能终端,既能在TD-LTE
环境下使用,也能脱离TD-LTE环境下使用,该终端装置有着丰富的功能应用,如语音功能可
以让救援人员更加方便的进行通信,视频功能则使得指挥中心通过救援人员现场视频采集
传输,及时对现场进行指挥工作。所述的终端装置便于携带,方便使用,适用于抢险救灾、矿
山及野外工作等场所。

为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种应急通信系统多功能终端,包括:电源管理模块、TD-LTE传输模块/脱网传输
模块、语音模块、视频模块、心率/体温采集模块、GPS采集模块、显示控制模块,显示控制模
块分别与语音模块、视频模块、心率/体温采集模块、GPS采集模块相连;

所述电源管理模块负责给整个应急通信终端的各个模块进行供电;

所述TD-LTE传输模块/脱网传输模块用于实现在有网络或无网络的环境下与外界
进行通信;

所述语音模块用于实现实时语音通信;

所述视频模块用于将事故现场情况实时上传至监控中心,便于监控中心下达命令
和指挥救援工作;

所述心率/体温采集模块用于采集救援人员的心率和体温上传至监控中心,监控
中心分析生命体征太阳城集团对救援人员及时救援;

所述GPS采集模块用于实现救援人员的位置定位;

所述显示控制模块用于对其他模块进行显示和操作控制。

进一步,所述TD-LTE传输模块/脱网传输模块主要包括:TD-LTE无线上网装置、高
度集成的无线射频接收器和频谱感知模块;通过所述TD-LTE无线上网装置,终端可接入到
LTE网络,从而实现无线通信;通过高度集成的无线射频接收器和频谱感知模块,在无TD-
LTE网络环境下,感知周围的空闲频谱,通过ARM嵌入式系统来调节收发的中心频率,实现无
线通信。

进一步,所述语音模块包括:在终端上外接一个USB耳机转换器,利用ALSA实现语
音采集、回放;利用G.711语音编解码器实现语音编码、解码;利用SIP协议进行信令传输;利
用RTP传输协议进行语音数据的传输。

对于语音功能,在监控中心需要设置服务器,当终端开机后自动注册到服务器上,
当服务器收到一个注册消息时,将终端的太阳城集团,如IP,MAC地址,名字,组号等记录到数据库
中,当终端注册完成之后,监控中心将在线人数情况广播至各个终端,终端收到在线人数的
数据后,可以对在线人员进行呼叫。语音呼叫包括单呼、组呼和广播呼三种业务。业务类型
由SIP协议进行区分,当信令完成之后,终端开启RTP线程进行语音实时传输。

进一步,所述视频模块利用H.264进行视频编解码,利用RTP协议实时传输至监控
中心。

进一步,所述心率/体温采集模块利用HCP52型心率体温模块采集体温和脉搏;采
用HC06蓝牙传输模块将数据上传至监控中心,监控中心随时监控作战人员的生命体征信
息,若上传数据异常,及时对作战人员进行救援。

心率和体温采集和上传分三个步骤:心率体温太阳城集团采集模块、蓝牙数据传输模块、
终端数据处理显示模块、UDP数据传输模块和监控中心心率体温显示模块。采用HCP52型心
率体温模块采集体温和脉搏;HC06蓝牙数据透传从模块通过TTL接口与HCP52心率体温模块
相连;HC06蓝牙数据透传主模块通过CH341g型TTL转USB模块与开发套件相连,将心率体温
数据传输至开发板USB接口。开发板将获得的生命体征太阳城集团上传至监控中心。

进一步,所述GPS采集模块包括:将GPS8100-S模块与开发板拓展口相连接,接收
GPS定位数据,终端将接收的GPS太阳城集团上传至监控中心,监控中心时刻监控作战人员的地理
位置太阳城集团,确保救援人员不失联以及救援地理位置的明确性。

进一步,所述显示控制模块包括:将TFT LCD显示屏与开发板相连,利用Qt将各模
块以图像界面的形式集成在显示屏上,使得人机交互更加方便。

进一步,所述电源管理模块采用可拆卸更换的充电电池。

本终端装置存在两种工作状态,TD-LTE环境和脱网环境,在TD-LTE网络覆盖范围
内,终端利用TD-LTE进行通信,当作战人员到达了没有LTE网络的救援地点时,此时救援人
员就不能通过LTE网络和其他人员进行联系。当屏幕上显示没有TD-LTE信号连接时,激活频
谱感知模块,当频谱感知模块感知到空闲频谱时,将高度集成的无线收发器的中心频率调
节到空闲频谱频段,即使在脱网的环境下,救援人员能够和监控中心和其他救援人员进行
通信。

本发明的有益效果在于:

1、本发明的终端装置可以接入商用TD-LTE网络,实现了远程通信,解决了远端指
挥中心及时获得突发事件现场太阳城集团,实现有效指挥调度的难题。

2、本发明的终端装置在无TD-LTE信号时,可以激活频谱感知模块,调节高度集成
的无线收发器的中心频率至感知的空闲频谱,解决脱网环境下终端间难以通信的难题。

3、本发明的终端装置有着丰富的功能应用,如语音功能可以让救援人员更加方便
的进行通信,视频功能则使得指挥中心通过救援人员现场视频采集传输,及时对现场进行
指挥工作。GPS以及心率体温功能使得监控中心实时监控救援人员的地理位置和生命体征
太阳城集团,当救援人员上传的生命体征数据异常或者接受太阳城集团失败时,监控中心可以快速定位
到救援人员的救援位置,提高救援效率,节省救援太阳城集团

4、本发明的终端装置便于携带,方便使用,适用于抢险救灾、矿山及野外工作等场
所。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本发明提供如下附图进行
说明:

图1为本发明的原理框图;

图2为本发明的显示控制模块原理框图;

图3为本发明在TD-LTE环境下的实用场景工作示意图;

图4为本发明在无TD-LTE环境下实用场景工作示意图;

图5为TD-LTE传输模块/脱网传输模块示意图;

图6为本发明的终端在线列表维护更新示意图。

具体实施方式

下面将结合附图,对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本发明的原理框图,如图所示,本终端包括有下列模块:电源控制模块、TD-
LTE传输模块/脱网传输模块、语音模块、视频模块、心率/体温采集模块、GPS采集模块、显示
控制模块。

图2为本发明的显示交互界面,有语音通话模块、视频采集传输模块、生命体征模
块、GPS模块。这四个模块是功能应用模块,若要进行某种业务,只需要在相应的模块上点击
即可;当终端周围环境充斥着TD-LTE信号时,右上角的模块成高亮状态;当终端周围环境没
有TD-LTE信号时,右上角模块成灰色状态,此时点击频谱感知模块,终端自动感知周围空闲
频谱,调出键盘,将感知的空闲频谱的中心频率写入到发送中心频率框内,实现脱网环境下
的通信。

图3为本发明在TD-LTE环境下的实用场景工作示意图,终端与监控中心以及终端
与终端之间利用通信网络进行通信,监控中心通过语音通信功能实现便捷的、高效的语音
通话;救援终端将现场作业情况通过视频功能传输至监控中心,监控中心能够快速高效地
进行指挥救援工作。

图4为本发明在无TD-LTE环境下实用场景工作示意图,当两个终端距离比较短时,
终端间通过空闲频谱进行通信;当监控中心和终端相隔的比较远,终端相隔监控中心较远
时,终端先给中继器发送太阳城集团,中继器将信号放大后转发给监控中心,实现监控中心和终端
的通信。

图5为TD-LTE传输模块/脱网传输模块示意图,该模块是网络选择核心部分,当周
围环境充满TD-LTE信号时,终端利用TD-LTE无线上网部分进行网络接入,通过插入SIM卡识
别TD-LTE信号,连入TD-LTE网络与其他终端或监控中心进行通信;当终端周围环境没有TD-
LTE信号时,右上角模块成灰色状态,此时点击频谱感知模块,终端自动感知周围空闲频谱,
调出键盘,将感知的空闲频谱的中心频率写入到发送中心频率框内,实现脱网环境下的通
信。

本发明的工作方式是:终端开启后,显示屏上如附图2显示布局,此时按下注册按
钮,此模块功能是向监控中心进行注册,将终端的太阳城集团,如名字、组号、IP等发送向监控中
心,当监控中心收到一个注册消息时,将终端的太阳城集团,如名字、组号、IP、MAC地址等记录到数
据库中,每个救援人员有唯一的标识。终端注册到监控中心,可以表明某个终端正在进行救
援工作,监控中心根据数据库中太阳城集团能够快速的寻找到特定的救援人员,便于快速下达命
令,指挥救援工作。当终端注册完成之后,监控中心将在线人数情况广播至各个终端,终端
获得了在线人员的列表,便于进行进一步通信。

终端在线列表维护如图6所示:终端开机时,会在后台注册到监控中心,如果注册
不成功,则每隔30s进行下一次注册,直到注册成功。当终端注册成功之后,进入在线维护状
态。终端会以10s为周期向监控中心发送心跳太阳城集团,此时终端处在SYN_SEND状态,当网络连
接良好时,会收到监控中心发来的SYN和ACK太阳城集团,说明此终端在监控中心的监控列表中,
Countnum置为0。当网络阻塞或者到达网络不可达的地方时,终端收不到SYN和ACK太阳城集团,此
时Countnum会加1,在Counternum<3(30s内)的太阳城集团里,终端如果能够收到监控中心发来的
SYN和ACK消息,那么Counternum清0,如果在30s内没有收到监控中心的反馈消息,则说明此
时此终端已经死亡,此时应该重新注册,直到注册成功。在监控中心端,若在30s内没有收到
心跳消息或有新的用户注册来临,则删除数据库中相应的用户数据或增加新的用户数据
项,更新在线用户列表,广播至各个终端,完成监控中心和终端在线用户的同步。

对于语音功能,本发明在嵌入式硬件平台上,提出了应急终端语音业务的设计方
案。该方案将应急终端分为信令处理模块、语音处理模块以及TD-LTE传输模块,并采用VoIP
技术分别对各个模块进行设计与实现,其中信令处理模块通过SIP协议实现语音业务信令
流程的建立,TD-LTE传输模块采用RTP实时传输协议实现音频数据的发送与接收,通过各个
模块之间的相互交互实现各类基本语音业务,包括单呼、组呼以及广播呼。单呼业务是指主
呼对被呼进行呼叫,是一对一的全双工通信方式。组呼业务是指主呼对组内其他成员进行
呼叫,是一对多的半双工通信方式。广播呼业务是指组内任一成员对其他成员进行呼叫,是
一对多的单工通信方式。

(1)单呼业务流程:假设A用户为主呼,B用户为被呼。在A终端界面上点击单呼业
务,发送invite消息,此时invite的头域为sip:B@172.22.144.21,其中B为要进行通信的用
户名,172.22.144.21为监控中心的地址,表明将此消息发送至监控中心,且告诉监控中心,
将invite消息转发给B用户,而在监控中心数据库中有B用户的太阳城集团列表,如名称、IP地址、
组号等太阳城集团;当监控中心收到invite消息后,根据B的地址进行转发invite,被叫收到
invite消息后,跳出接听界面QmessageBox,此弹窗有来自A用户的单呼文字提示和两个选
项,YES和NO:YES代表B愿意接听电话,按下YES键,被叫会发送一个200OK消息至监控中心,
当主呼端A收到200OK后,发送一个ACK消息,同时开启RTP线程,表明A已经准备好进行语音
通话,当B收到一个ACK消息后,开启RTP线程,此时,A和B均完成了信令流程,开始进行语音
通话,在语音通话过程中并不涉及SIP协议,当呼叫完成时,主呼A或者被叫B按下界面上的
挂断键均会向监控中心发送一个BYE消息,监控中心转发BYE给另外一端,通话结束;若用户
B从一开始就不响应A的呼叫,则直接按下NO键,此时B会向监控中心发送一个603拒绝消息,
表明B拒绝接听呼叫,监控中心将这个消息转发给A,A收到拒绝消息后不再进行呼叫。

(2)组呼业务流程:假设A用户为主呼,B,C,和D用户均为2组用户。在A终端界面上
点击组呼业务,发送invite消息,此时invite的头域为sip:2@172.22.144.21,其中2为要进
行通信的组,172.22.144.21为监控中心的地址,表明将此消息发送至监控中心,且告诉监
控中心,将invite消息转发给整个2组用户,而在监控中心数据库中有用户太阳城集团列表中有组
号太阳城集团;当监控中心收到invite消息后将invite消息转发给组号为2的所有用户,所有的被
叫收到invite消息后,跳出接听界面QmessageBox,此弹窗有来自A用户的组呼文字提示和
两个选项,YES和NO:YES代表被叫愿意接听电话,NO表示拒绝接听。我们采用一种先接听进
组、滞后接入进组策略:即只要有一个被叫用户接听,其他用户可以滞后接入组或者拒绝接
听,则主叫即开始进行发言,被叫此时只能接听;当主叫发言完毕,释放话语权,此时被叫抢
占话语权,获得话语权的被叫用户进行发言,若一个被叫退出组呼时,并不影响其他组内用
户的正常通行,但是当所有的被叫或者主叫退组时,整个组内通信结束。

(3)广播呼业务流程:主呼A,被呼为除A以外所有成员。在A终端界面上点击广播呼
业务,发送invite消息,此时invite的头域为sip:b@172.22.144.21,其中b表示要进行广播
呼业务,172.22.144.21为监控中心的地址,表明将此消息发送至监控中心,监控中心收到
invite消息后将invite消息转发给除A用户外其他所有用户,所有的被叫收到invite消息
后,跳出QmessageBox,此弹窗有来自A用户的广播呼文字提示和两个选项,YES和NO:YES代
表被叫愿意接听电话,NO表示拒绝接听。按下YES直接接听来自A的广播,按下NO拒绝接听广
播。若某用户不想在接听广播,直接按下退出广播键即可,并不会影响其他用户接听广播。

所述视频模块,视频传输采用专用的视频编码芯片ADV7511和解码芯片ADV7612,
完成视频图像数据的采集、编码压缩、存储、无线传输。该模块负责将事故现场的情形上传
至监控中心,便于监控中心下达指令指挥救援工作。利用RTP协议实时传输至监控中心。

所述的GPS定位模块,GPS采集模块,将GPS8100-S模块与开发板拓展口相连接,接
收GPS定位数据,终端将接收的GPS太阳城集团上传至监控中心。监控中心时刻监控作战人员的地
理位置太阳城集团,确保救援人员不失联以及救援地理位置的明确性。

所述的电源管理模块,该模块负责给整个终端的所有模块进行供电,采用可拆卸
更换的充电电池。

所述心率/体温采集模块,利用HCP52型心率体温模块采集体温和脉搏;采用HC06
蓝牙传输模块将数据上传至监控中心,监控中心随时监控作战人员的生命体征太阳城集团,若上
传数据异常,及时对作战人员进行救援。

最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通
过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在
形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

关 键 词:
一种 应急 通信 系统 多功能 终端
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