應(yīng)急通信技術(shù)在人工地震爆破現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

吳楠楠， 王啟東， 洪惠群， 肖 健， 王 旭

（福建省地震局， 福州 350003）

0 引言

為了進(jìn)行福建省未來強(qiáng)震趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究， 制訂防震減災(zāi)戰(zhàn)略決策、 國土資源規(guī)劃與利用、 重大工程建設(shè)等提供科學(xué)依據(jù)， 自2010年福建省地震局開始實(shí)施 “福建省地震構(gòu)造人工地震爆破觀測(cè)” 項(xiàng)目， 擬用5年時(shí)間在福建全省及其近海地區(qū)范圍實(shí)施深部構(gòu)造探測(cè)工作， 獲取地震活動(dòng)斷層等地下三維地殼深部構(gòu)造信息。

2012年7月至8月期間， 福建省地震局聯(lián)合臺(tái)灣有關(guān)方面， 通過人工地震的方法， 對(duì)福建及臺(tái)灣海峽地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)。 為了實(shí)時(shí)監(jiān)控爆破現(xiàn)場(chǎng)的爆破效果， 完整的記錄爆破的過程， 更好地完成跨越海峽人工爆破科學(xué)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)夜間拍攝與圖像傳輸任務(wù)， 現(xiàn)場(chǎng)通信保障人員多次到選定的FJ2、 FJ4 兩條測(cè)線9個(gè)炸測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)開展實(shí)地通信條件及夜視拍攝效果的測(cè)試工作。 同時(shí)也借此機(jī)會(huì)演練充分合理地利用無線移動(dòng)圖像系統(tǒng)為指揮層實(shí)時(shí)提供第一手客觀資料的能力。

1 通信需求分析

經(jīng)過與負(fù)責(zé)此次爆破工程的技術(shù)人員溝通， 通信組成員了解到了現(xiàn)場(chǎng)的大致環(huán)境。 為了避免爆破試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的聲音、 震動(dòng)以及其他可能產(chǎn)生的破壞因素對(duì)人們正常生產(chǎn)生活的影響， 此次測(cè)試的9個(gè)炸測(cè)點(diǎn)均選擇在遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)的無人居住的山區(qū)及海邊。 并且選擇在凌晨0 點(diǎn)至4 點(diǎn)的時(shí)間段內(nèi)起爆。 此外， 技術(shù)人員還要解決現(xiàn)場(chǎng)指揮部收集人工地震實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)。 因此需要現(xiàn)場(chǎng)通信保障人員做好應(yīng)對(duì)以下情況的方案。

（1）野外無公共有線寬帶接入。 由于是無人地區(qū)， 不具備公共有線寬帶接入條件， 只能考慮使用無線寬帶接入方案。 而可選的無線寬帶接入方案中有3 種常見的應(yīng)急通信方式： 3G 無線網(wǎng)絡(luò)接入方式、 VSAT 衛(wèi)星通信方式和海事衛(wèi)星通信方式。

（2）要實(shí)現(xiàn)爆破現(xiàn)場(chǎng)、 現(xiàn)場(chǎng)指揮部、 省局應(yīng)急指揮中心三方實(shí)時(shí)音視頻互聯(lián)， 網(wǎng)絡(luò)路由復(fù)雜。 存在跨衛(wèi)星網(wǎng)、 行業(yè)網(wǎng)和公網(wǎng)多個(gè)網(wǎng)段的問題， 為了提高傳輸效率， 網(wǎng)絡(luò)管理人隨時(shí)隨地需要更改設(shè)備地址和靜態(tài)路由表、 地址映射以及VPN 設(shè)置。

（3）9個(gè)炸測(cè)點(diǎn)分別在3個(gè)晚上爆破， 每個(gè)晚上的現(xiàn)場(chǎng)指揮部都在不同的地方， 因此要因各炸測(cè)點(diǎn)和各指揮部的不同情況選擇最佳通信方案?，F(xiàn)場(chǎng)指揮部的通信系統(tǒng)也必須是便攜和易于組建的設(shè)備組成。

（4）爆破過程往往只有短短一瞬間時(shí)間， 要保證在這關(guān)鍵的幾秒鐘時(shí)間內(nèi)的傳輸不間斷， 對(duì)傳輸?shù)目煽啃砸筝^高， 必須考慮備用傳輸鏈路。

（5）野外設(shè)備架設(shè)場(chǎng)地條件有限， 道路也崎嶇坎坷， 七八月份又正是臺(tái)風(fēng)影響福建最為頻繁的時(shí)期。 對(duì)通信設(shè)備的防風(fēng)防雨以及便攜性能都有較高要求。

（6）野外條件下， 無市電供應(yīng)。 每次通信從測(cè)試到爆破結(jié)束的時(shí)間較長， 衛(wèi)星通信系統(tǒng)又都是精密設(shè)備組成， 因此對(duì)自備電源的供電時(shí)間和供電品質(zhì)要求也較高。

（7）爆破間隔短。 3個(gè)晚上的各爆破點(diǎn)之間的爆破間隔時(shí)間只有10 min。 因此要求每個(gè)爆破點(diǎn)都要同時(shí)在線。 而因各點(diǎn)環(huán)境的差異導(dǎo)致通信方式又不一樣， 要求現(xiàn)場(chǎng)指揮部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要兼容各通信手段。

2 擬定傳輸方案

由于野外沒有公共有線寬帶接入， 現(xiàn)有條件下可供考慮的遠(yuǎn)距離無線接入方案有海事衛(wèi)星鏈路、 3G 鏈路及VSAT 衛(wèi)星傳輸鏈路。

2.1 海事衛(wèi)星鏈路

利用一對(duì)海事衛(wèi)星設(shè)備建立視頻會(huì)議系統(tǒng)，TANDBERG tactical MXP 終端將夜視儀采集到的信息通過BGAN-700 海事衛(wèi)星終端上星， 由應(yīng)急通信指揮車上的BGAN-E527 海事衛(wèi)星終端接收后通過無線網(wǎng)橋傳到指揮部內(nèi)的TANDBERG tactical MXP 視頻會(huì)議終端上， 最后信息在指揮部大屏幕上顯示。

優(yōu)點(diǎn)： 設(shè)備便攜性強(qiáng)， 操作簡單。 缺點(diǎn)： 帶寬有限， 通信費(fèi)用較高。

2.2 3G 單兵鏈路

在3 大網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的3G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)， 將現(xiàn)場(chǎng)爆破視頻通過3G 單兵便攜通信設(shè)備傳回指揮部和指揮中心。

優(yōu)點(diǎn)： 通信費(fèi)用低、 設(shè)備輕便。 缺點(diǎn)： 信號(hào)覆蓋有賴運(yùn)營商保障。 延時(shí)較為嚴(yán)重， 有可能產(chǎn)生丟幀現(xiàn)場(chǎng)。

2.3 VSAT 衛(wèi)星傳輸鏈路

利用3 臺(tái)VSAT 便攜站與一臺(tái)衛(wèi)星通信車在各爆破現(xiàn)場(chǎng)、 現(xiàn)場(chǎng)指揮部和省局應(yīng)急指揮中心三方之間建立衛(wèi)星通信專網(wǎng)。

優(yōu)點(diǎn)： 帶寬高， 能保證至少2M 帶寬。 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專線傳輸， 延時(shí)可縮短。 可作為今后現(xiàn)場(chǎng)的主要通信信道。 缺點(diǎn)： 設(shè)備便攜性較低； 組裝需要較長時(shí)間。 受降雨天氣環(huán)境影響大。 應(yīng)急通信車到達(dá)點(diǎn)受道路條件因素制約較多。 設(shè)備與通信費(fèi)用較高。

為了充分利用現(xiàn)有資源擬定有針對(duì)性的通信傳輸方案， 項(xiàng)目組首先對(duì)各爆破點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)地勘察。 爆破點(diǎn)在全省的分布范圍如圖1， 并將兩條測(cè)線各點(diǎn)的通信情況記錄如表1 和表2。

3 實(shí)際運(yùn)用

圖1 傳輸點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution of transfer points

表1 FJ2 號(hào)探測(cè)測(cè)線爆炸點(diǎn)通信情況一覽表Table 1 Communication situations of probing blast points in FJ2 survey lines

表2 FJ4 號(hào)探測(cè)測(cè)線爆炸點(diǎn)通信情況一覽表Table 2 Communication situations of probing blast points in FJ4 survey lines

為了將多種傳輸方式傳回的數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行記錄和分發(fā)， 我們?cè)诟＝ㄊ〉卣鹁謶?yīng)急指揮中心建立了視頻服務(wù)器。 Sp21、 sp42 爆破點(diǎn)是衛(wèi)星通信車可以抵達(dá)的爆破點(diǎn)， 由衛(wèi)星通信車將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳回指揮中心， 其他爆破點(diǎn)只能用單兵設(shè)備傳 回。 其 中Sp22、 Sp24、 Sp41、 Sp43 爆 破 點(diǎn) 由VSAT 衛(wèi)星單兵便攜小站與臨時(shí)安裝在指揮部的便攜站進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸， 傳輸速率統(tǒng)一設(shè)置在512kbps。 Sp23、 Sp25 和Sp44 爆破點(diǎn)由于與電信部門溝通后加強(qiáng)了當(dāng)?shù)氐?G 信號(hào)覆蓋， 我們就選擇了3G 單兵視頻傳輸系統(tǒng)經(jīng)公共網(wǎng)絡(luò)傳回指揮中心， 并通過視頻服務(wù)器分發(fā)至現(xiàn)場(chǎng)指揮部， 傳輸速率設(shè)置在256 kbps。 由于海事衛(wèi)星的帶寬問題，在實(shí)際運(yùn)用中我們將其作為其他傳輸手段的備用信道（具體組網(wǎng)如圖2 所示）。 在運(yùn)用中充分做到充分利用現(xiàn)有設(shè)備因地制宜的落實(shí)最佳通信解決方案。 在每個(gè)爆破點(diǎn)的傳輸保障任務(wù)中都能做到系統(tǒng)搭建迅速、 傳輸可靠。 在運(yùn)用中我們認(rèn)為VSAT 通信衛(wèi)星信道的網(wǎng)絡(luò)覆蓋最廣、 傳輸效果最佳； 3G 信道傳輸?shù)男詢r(jià)比最高； 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的便攜性最好。 實(shí)際運(yùn)用中共利用VSAT 衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)約10GB， 3G 通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)約4GB。

4 小結(jié)

經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)和多次的改進(jìn)， 最終在實(shí)際爆破觀測(cè)過程中我們總共傳回了8個(gè)炸點(diǎn)9 次爆破的實(shí)時(shí)視頻信號(hào)， 最多一次同時(shí)傳輸4個(gè)炸點(diǎn)視頻信號(hào)。 任務(wù)實(shí)施期間還經(jīng)受住了 “蘇拉” 臺(tái)風(fēng)的影響， 傳輸過程中視頻信號(hào)清晰流暢， 通信傳輸質(zhì)量滿足了項(xiàng)目組的要求。 在項(xiàng)目的實(shí)施過程中我們摸索出了針對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)情況的應(yīng)急通信方法， 為我們做好地震現(xiàn)場(chǎng)的通信保障打下了良好基礎(chǔ)， 也鍛煉了現(xiàn)場(chǎng)通信保障人員的操作能力，為應(yīng)對(duì)突發(fā)事件做好了通信經(jīng)驗(yàn)和手段的儲(chǔ)備。

圖2. 爆破現(xiàn)場(chǎng)通信組網(wǎng)示意圖Fig.2 Network diagram blasting field communication

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