山區(qū)短波和超短波應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)*

(四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院，成都 610065)

1 引 言

5·12汶川特大地震發(fā)生后，重災(zāi)區(qū)通信設(shè)施嚴(yán)重受損，地震導(dǎo)致的山體滑坡掩埋了山區(qū)道路，交通完全中斷，抗震救災(zāi)工作非常被動(dòng)。由于縣以及縣以下單位沒有應(yīng)急指揮通信設(shè)備，地震后十多個(gè)小時(shí)，還有多個(gè)縣城杳無音訊。工業(yè)和信息化部迅速總結(jié)了地震中的應(yīng)急通信問題，5月下旬，批準(zhǔn)了“中國應(yīng)急通信規(guī)劃”，相繼啟動(dòng)了國家通信網(wǎng)應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)、應(yīng)急短波通信系統(tǒng)、應(yīng)急寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)等重點(diǎn)項(xiàng)目[1-2]。

中國是一個(gè)多山的國家，山區(qū)面積占全國國土總面積的69.1%。山區(qū)更易遭受各種災(zāi)害，災(zāi)害的發(fā)生往往導(dǎo)致交通中斷，信息的傳遞和搶險(xiǎn)救災(zāi)的指揮只能依靠通信系統(tǒng)，研究山區(qū)應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)對(duì)山區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)具有著特別重要的意義。

2 汶川地震中的應(yīng)急指揮通信狀況

2.1 汶川地震對(duì)通信造成的損害以及應(yīng)急通信修復(fù)

汶川特大地震造成四川、甘肅、陜西省內(nèi)3 811個(gè)電信局所、29 064個(gè)移動(dòng)基站(含小靈通基站)受災(zāi)，累計(jì)損毀線路24 056 km，倒桿斷桿117 057根。受地震的影響，汶川縣、黑水縣、茂縣、理縣、平武縣、青川縣、北川縣通信完全中斷，只能依靠海事衛(wèi)星電話與外界取得通信聯(lián)系[3]。

汶川地震發(fā)生當(dāng)天，工業(yè)和信息化部成立了以李毅中部長(zhǎng)為組長(zhǎng)的國家抗震救災(zāi)應(yīng)急指揮領(lǐng)導(dǎo)小組，緊急啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案[4]。各電信運(yùn)營(yíng)商在工業(yè)和信息化部的統(tǒng)一部署下，全力投入抗震救災(zāi)工作。5月13日13時(shí)，通過衛(wèi)星電話在北川搶險(xiǎn)救災(zāi)指揮部現(xiàn)場(chǎng)撥通了與外界的第一個(gè)電話，13日18時(shí)30分，開通了30路通信電路、8M視頻通信，恢復(fù)北川對(duì)外聯(lián)系；13日7時(shí)55分，通過衛(wèi)星電話發(fā)回了青川災(zāi)損的情況， 21時(shí)50分基本恢復(fù)縣城通信；14日8時(shí)40分，理縣固話、小靈通、寬帶通信全面恢復(fù)；15日13時(shí)55分，全面恢復(fù)汶川固定電話、小靈通和寬帶的對(duì)外通信；16日18時(shí)20分，打通平武的通信光纜；16日21時(shí)45分，茂縣通信打通。截至5月20 日早上8時(shí)， 8個(gè)重災(zāi)縣轄下的201個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中有146個(gè)通信基本正常。

2.2 汶川地震的應(yīng)急指揮通信

汶川地震發(fā)生后的最初幾天時(shí)間，應(yīng)急指揮通信基本上依賴中國衛(wèi)通和交通部中國交通信息中心提供的衛(wèi)星電話或其它的衛(wèi)星通信終端，中國電信、中國聯(lián)通、中國移動(dòng)最初為應(yīng)急指揮通信提供的服務(wù)，也需通過衛(wèi)星終端完成轉(zhuǎn)發(fā)和中繼。

對(duì)于公眾的信息傳遞主要依靠廣播。在省會(huì)成都市，5月12日14時(shí)55分，成都人民廣播電臺(tái)開始廣播與地震相關(guān)的信息，發(fā)布政府公告，廣播災(zāi)區(qū)求救和救援信息。5月12日16時(shí)10分，成都市公安部門派出廣播車上街廣播，代表成都市人民政府廣播公告。

2.3 汶川地震應(yīng)急指揮通信暴露的主要問題

(1)地震后的第一時(shí)間，山區(qū)基本沒有指揮通信工具。由于縣以及縣級(jí)以下單位沒有應(yīng)急指揮通信設(shè)備，交通中斷導(dǎo)致外部的應(yīng)急通信設(shè)備無法在短期內(nèi)送入，地震發(fā)生后，重災(zāi)區(qū)縣級(jí)單位與上級(jí)機(jī)關(guān)失去聯(lián)系。部分山區(qū)鄉(xiāng)村，在地震過后一周都得不到消息；

(2)應(yīng)急通信設(shè)備嚴(yán)重不夠?？拐鹁葹?zāi)的前兩天，指揮機(jī)構(gòu)通信工具依靠總數(shù)兩千多臺(tái)的衛(wèi)星電話。由于受災(zāi)面積大，搶險(xiǎn)救災(zāi)需要部隊(duì)、通信、交通、電力、醫(yī)療等多部門參與，兩千多臺(tái)的衛(wèi)星電話遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足通信需求；

(3)缺少面向公眾的廣播通信。突發(fā)事件發(fā)生后，廣播通信可能是公眾了解事件信息、政府信息，組織搶險(xiǎn)自救的唯一通信工具。汶川地震中，很多受災(zāi)地區(qū)沒有廣播信息；

(4)指揮通信信息容易被他國竊取。地震剛開始，指揮通信完全依賴衛(wèi)星通信?？墒切l(wèi)星通信使用的衛(wèi)星大都為國外衛(wèi)星，通信信號(hào)容易被他國竊取，影響到國家安全。

3 建設(shè)山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)的必要性

3.1 我國山區(qū)的基本概況

中國是一個(gè)多山的國家，山區(qū)(包括丘陵和高原)面積達(dá)663.6萬平方公里，占全國國土總面積的69.1%。山區(qū)人口約6.74億，占全國總?cè)丝诘?5.7%。山區(qū)的土地資源、生物資源、水能資源、礦產(chǎn)資源是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，山區(qū)在國家安全方面具有重要的戰(zhàn)略地位。維護(hù)山區(qū)的穩(wěn)定、發(fā)展，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)來說具有非常重要的意義。

3.2 山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)的重要作用

(1)山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)關(guān)系到國家安全。目前，國際形勢(shì)復(fù)雜，恐怖勢(shì)力增強(qiáng)，而山區(qū)容易成為恐怖勢(shì)力的根據(jù)地，山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)是應(yīng)對(duì)潛在恐怖襲擊的通信保障，山區(qū)應(yīng)急指揮通信的建設(shè)關(guān)系到國家安全；

(2)山區(qū)應(yīng)急指揮通信可能成為緊急狀態(tài)下山區(qū)與外界信息傳遞的唯一通道。汶川地震震壞了山區(qū)與外界聯(lián)系的道路，由于沒有應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)，幾個(gè)山區(qū)縣城在震后十多個(gè)小時(shí)仍然杳無音訊；

(3)山區(qū)應(yīng)急指揮通信是突發(fā)事件后山區(qū)統(tǒng)一指揮的基礎(chǔ)；山區(qū)應(yīng)急指揮通信是外部救援力量迅速到位、合理有效分配的保障；山區(qū)應(yīng)急指揮通信是發(fā)布政府消息、安撫民心、穩(wěn)定社會(huì)秩序、迅速組織救災(zāi)力量的有力保證。

3.3 山區(qū)應(yīng)急指揮通信應(yīng)具備的特征

汶川地震損毀線路24 056 km，受災(zāi)山區(qū)的固定電話完全中斷，由于移動(dòng)蜂窩通信的基站和交換機(jī)依賴有線通信，移動(dòng)蜂窩電話也完全中斷。因此，山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)應(yīng)不含有線通信模塊。

山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)應(yīng)使用國內(nèi)通信系統(tǒng)。應(yīng)急指揮通信內(nèi)容必然包含國家機(jī)密，在搶險(xiǎn)救災(zāi)動(dòng)用軍隊(duì)時(shí)，還包含國防機(jī)密。包含國家機(jī)密和國防機(jī)密的通信信號(hào)，如果通過國外的通信載體傳輸，通信信號(hào)容易被截獲，就可能給國家安全帶來影響。

突發(fā)事件的處理需要在第一時(shí)間發(fā)布指揮部的各種消息，穩(wěn)定民心，組織搶險(xiǎn)力量，征集搶險(xiǎn)物質(zhì)，應(yīng)急指揮通信應(yīng)能將這些信息通知到事發(fā)地的所有人。

4 山區(qū)應(yīng)急指揮通信的基本架構(gòu)

4.1 應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)總體架構(gòu)

根據(jù)我國的行政劃分，山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)可以分為省級(jí)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)、縣級(jí)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)、鄉(xiāng)級(jí)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)和村級(jí)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)。市級(jí)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)與縣級(jí)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)類同，城市的行政區(qū)以及城市的各級(jí)部門、參與搶險(xiǎn)救災(zāi)的各種機(jī)構(gòu)的指揮通信系統(tǒng)與鄉(xiāng)級(jí)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)類同，城市的街道應(yīng)急指揮系統(tǒng)與村級(jí)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)類同。省應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 省應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2 應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求

省級(jí)指揮中心與縣級(jí)指揮中心需要協(xié)調(diào)的部門多，軍隊(duì)、醫(yī)療、專業(yè)搶險(xiǎn)隊(duì)、通信、運(yùn)輸、電力、新聞等部門都要與縣級(jí)指揮中心溝通。因此，縣級(jí)與省級(jí)指揮通信除了語音業(yè)務(wù)外，還需數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與圖像、視頻業(yè)務(wù)。帶有圖像、視頻業(yè)務(wù)的指揮通信系統(tǒng)，將有助于省級(jí)指揮中心詳細(xì)了解災(zāi)情險(xiǎn)情，還可以提供遠(yuǎn)程救援和遠(yuǎn)程醫(yī)療。

縣級(jí)指揮中心與鄉(xiāng)級(jí)指揮中心至少應(yīng)該有語音業(yè)務(wù)，最好還有視頻業(yè)務(wù)。鄉(xiāng)級(jí)指揮中心與村級(jí)指揮中心應(yīng)該有語音業(yè)務(wù)。村級(jí)指揮中心需要廣播業(yè)務(wù)，用于向公眾傳遞政府信息。

4.3 山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)通信方式

根據(jù)山區(qū)可能遇到的災(zāi)情、險(xiǎn)情、恐怖襲擊的分析，考慮到山區(qū)大多經(jīng)濟(jì)實(shí)力較差、缺少專業(yè)通信人才的特點(diǎn)，山區(qū)應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)應(yīng)該滿足的基本要求為：通信信道為無線信道；通信距離遠(yuǎn)、成本低、易于維護(hù)；使用、維護(hù)簡(jiǎn)單；遇到災(zāi)情、險(xiǎn)情受損后，容易迅速恢復(fù)；指揮信息覆蓋面廣，能夠覆蓋到村級(jí)單位；通信內(nèi)容可以加密。

汶川地震中，由于光纜與基站的損壞，重災(zāi)區(qū)的固定電話、移動(dòng)蜂窩電話、網(wǎng)絡(luò)全部中斷，而且，通信中斷后短期內(nèi)恢復(fù)困難。可見，現(xiàn)有的固定電話、蜂窩移動(dòng)通信以及大靈通、小靈通都不能作為山區(qū)應(yīng)急指揮通信工具。

衛(wèi)星電話和衛(wèi)星通信在抗震救災(zāi)指揮系統(tǒng)中發(fā)揮了巨大作用，衛(wèi)星通信方式應(yīng)是指揮通信的最佳選擇。但是，使用衛(wèi)星通信作為指揮通信系統(tǒng)面臨幾個(gè)問題：衛(wèi)星電話信號(hào)不穩(wěn)定；衛(wèi)星通信成本高，不適合大范圍使用；我國自己的通信衛(wèi)星無法滿足應(yīng)急通信指揮需求，如果租用國外的衛(wèi)星，存在泄密的危險(xiǎn)。基于以上幾個(gè)原因，山區(qū)的應(yīng)急指揮通信目前還不能采用衛(wèi)星通信方式。

汶川地震指揮系統(tǒng)中，除了衛(wèi)星通信外，還有兩種通信方式發(fā)揮了巨大作用。其一是短波電臺(tái)，另一種就是超短波對(duì)講機(jī)。某武警部隊(duì)使用了短波電臺(tái)，保證了抗震救災(zāi)時(shí)指揮通信通暢；都江堰市公安局的對(duì)講機(jī)系統(tǒng)，幾乎是當(dāng)?shù)鼐葹?zāi)搶險(xiǎn)中唯一可以使用的指揮通信工具。

短波信道不容易遭到破壞，電臺(tái)架設(shè)簡(jiǎn)單，容易維護(hù)，通信內(nèi)容可以加密，通信成本低，適合縣級(jí)指揮中心與省級(jí)指揮中心的通信[5]。超短波通信終端比短波通信終端更便宜，使用維護(hù)也更方便，但是，由于主要采用地波傳輸，傳輸距離不太遠(yuǎn)，適合于縣級(jí)指揮中心與鄉(xiāng)、村指揮中心的應(yīng)用[6]。

4.4 山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)組成

根據(jù)以上分析，山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(1)省級(jí)指揮中心與縣級(jí)指揮中心之間建立短波通信

以短波通信方式作為省級(jí)指揮中心與縣級(jí)指揮中心之間的應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要有：短波通信傳播距離遠(yuǎn)；傳輸通道依靠電離層，不容易遭到破壞；設(shè)備操作與維修維護(hù)比較簡(jiǎn)單；設(shè)備價(jià)格便宜，適合于多套備份；架設(shè)簡(jiǎn)單、迅速，在系統(tǒng)遭破壞時(shí)，能夠迅速恢復(fù)；可以傳播語音和數(shù)據(jù)，傳輸信息可加密；功率較低，對(duì)電源要求低。在現(xiàn)有的通信技術(shù)條件和山區(qū)人力物力條件的基礎(chǔ)上，短波通信是縣級(jí)單位與省級(jí)單位之間山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)較好的通信方式。

(2)縣應(yīng)急指揮中心與鄉(xiāng)、村應(yīng)急指揮中心建立超短波數(shù)字集群通信系統(tǒng)

數(shù)字集群通信系統(tǒng)是多個(gè)用戶(部門或群體)共用一組無線電信道，并動(dòng)態(tài)地使用這些信道的專用移動(dòng)通信系統(tǒng)。集群通信系統(tǒng)具備特有的調(diào)度功能、組呼功能以及快速呼叫等特性,在應(yīng)急通指揮信系統(tǒng)中具有重要作用。

超短波數(shù)字集群通信系統(tǒng)需要無線基站。無線基站的選址除了考慮能滿足通信方面的要求，還需考慮基站所處場(chǎng)地的地址條件，避免山體崩塌或滑坡造成的不利影響。另外，基站的設(shè)計(jì)還應(yīng)具有良好的抗震性能，為了確?；灸懿婚g斷工作，建議采用太陽能電池供電。

這樣構(gòu)成的超短波數(shù)字集群通信系統(tǒng)，平時(shí)可以作為縣內(nèi)各部門辦公通信工具，在突發(fā)事件時(shí)組成縣里的應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)，不必為維護(hù)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)增添額外的開支。

(3)鄉(xiāng)應(yīng)急指揮中心與村應(yīng)急指揮中心建立無線廣播系統(tǒng)

無線廣播系統(tǒng)用于向公眾廣播政府公告、發(fā)布救援信息、組織人力物力投入自救工作。無線廣播系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖3所示，供電方式為太陽能電池供電。鄉(xiāng)指揮中心將指揮信息通過無線發(fā)送終端發(fā)送出去，村指揮中心通過無線接收終端收到指揮信息，并通過高音喇叭進(jìn)行廣播，搶險(xiǎn)救援的相關(guān)信息就可以通知到每個(gè)人。

圖3 鄉(xiāng)與村之間的無線廣播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

根據(jù)對(duì)當(dāng)前通信技術(shù)水平的分析，綜合災(zāi)情、險(xiǎn)情可能會(huì)遇到的困難，山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)可以采用如下方式：省應(yīng)急指揮中心與縣應(yīng)急指揮中心采用加密的無線短波通信方式，縣應(yīng)急指揮中心與鄉(xiāng)應(yīng)急指揮中心以及村應(yīng)急指揮中心采用超短波數(shù)字集群通信，鄉(xiāng)應(yīng)急指揮中心與村應(yīng)急指揮中心采用無線廣播系統(tǒng)。這樣的山區(qū)應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)，指揮信息可以根據(jù)需要下發(fā)到各個(gè)層次，具有成本低、易于維護(hù)、覆蓋面廣、組網(wǎng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)采用無線信道，無論什么樣的突發(fā)事件，通信信道都不會(huì)遭到破壞，可以滿足突發(fā)事件下山區(qū)應(yīng)急指揮通信的要求，其中，超短波數(shù)字集群通信系統(tǒng)與無線廣播系統(tǒng)可以用于日常通信。

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