河北地震現(xiàn)場應急通信系統(tǒng)關鍵技術研究

康 江，李 姜，呂國軍，李 皓，范 強

（河北省地震局，河北 石家莊 050000）

河北地震現(xiàn)場應急通信系統(tǒng)關鍵技術研究

康 江，李 姜，呂國軍，李 皓，范 強

（河北省地震局，河北 石家莊 050000）

為了確保地震現(xiàn)場通信通暢，保障地震現(xiàn)場應急救援工作順利開展，中國地震局建設了一套基于衛(wèi)星的應急通信網(wǎng)絡，并為各省局配備了相關的便攜設備。由于地震現(xiàn)場衛(wèi)星集成箱系統(tǒng)在實際的使用中存在諸多不足之處，河北省地震局對其進行了集成改造，將便攜站的全部設備安裝于應急通信車內，并對地震現(xiàn)場應急通信所需各項業(yè)務進行系統(tǒng)集成。主要介紹了地震現(xiàn)場應急通信系統(tǒng)所涉及的各項關鍵技術，并對應用中出現(xiàn)的情況給出解決方案。

地震應急；應急通信；系統(tǒng)集成

P315.69

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.04.017

1674-8565（2017）04-0095-05

河北省地震局地震科技星火計劃項目（DZ20170510059）

2017-06-21

2017-09-10

康江(1987-),男，河北省石家莊市人，2014年畢業(yè)于河北科技大學，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事地震應急技術研究方面的工作。E-mail：kjiang810@163.com

0 引言

地震發(fā)生后會對地面通信基站、通信光纜、通信塔等基礎設施造成破壞，導致地面通信不暢甚至中斷，對災情信息的傳遞、救援力量和救援物資的分配造成很大的障礙，給救災工作的開展帶來很大困難，因此需要建立一套可靠的應急通信網(wǎng)絡來保障地震現(xiàn)場各類信息的交互[1-4]。在中國地震局統(tǒng)一規(guī)劃下，各省局建立了地震現(xiàn)場通信系統(tǒng)。由于國家局配發(fā)的通信系統(tǒng)設備以集成箱為載體，經(jīng)過多次演練實踐證明，大量的箱式設備不僅嚴重制約著通信系統(tǒng)的展開時間，同時也需要較多的保障人員，嚴重影響了震現(xiàn)場應急通信響應速率，給地震現(xiàn)場應急救援工作的開展造了成很大的障礙。因此，河北省地震局經(jīng)過對原有便攜集成箱式設備升級改造，建立了一套車載式地震應急通信系統(tǒng)，以保障地震現(xiàn)場各類災情信息的收集及傳輸，為地震現(xiàn)場與各個救援參與單位提供了可靠的通信保障。

1 車輛集成

1.1 車輛改造

根據(jù)國家技術規(guī)范的要求，通信車的工作特點，考慮到要適應復雜路況、承重大等業(yè)務需求，通過認真分析研究對國內外相關車型綜合對比后，選用奔馳524底盤進行改造集成。整車共分為三個區(qū)：分別為駕駛區(qū)、工作區(qū)和設備區(qū)。

1.2 供電系統(tǒng)

車輛采用了靈活方便的供電系統(tǒng)。在電源設計上，以整車所需要的電源總功率為依據(jù)，具有較大的冗余性，采用了市電、后備電池、汽油發(fā)電機等多種供電方式，汽油發(fā)電機選用進口高性能的靜音型汽油發(fā)電機組。市電采用220V，頻率50Hz。當市電斷開的狀態(tài)下，系統(tǒng)自動切換至由蓄電池供電，并啟動油機，在油機運行平穩(wěn)時系統(tǒng)自動切換至油機供電。

1.3 車輛支撐

由于地震現(xiàn)場場地環(huán)境較為復雜，很難提供平整的路面用于停放應急通信車開展通信保障業(yè)務，輪胎彈性較大也不利于車輛自身保持平衡穩(wěn)定，車輛晃動會引起衛(wèi)星天線對星角度發(fā)生變化，從而造成衛(wèi)星系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，同時由于車輛加載的大量通信裝備長期停放，易造成底盤彈簧鋼板變型及輪胎受損。因此，通信指揮車加裝一組大力神折彎式電動平衡支撐系統(tǒng)，在車輛到達地震現(xiàn)場后，支撐系統(tǒng)能快速支撐和平衡車體，保證系統(tǒng)安全工作；同時，可以增加抗風性能及車輛穩(wěn)定性，避免了應急通信中衛(wèi)星設備由于車輛晃動引起的干擾。

2 業(yè)務系統(tǒng)集成

2.1 網(wǎng)絡系統(tǒng)集成

依據(jù)“十五”項目原有地震現(xiàn)場應急通信局域網(wǎng)絡規(guī)劃，對核心交換機和網(wǎng)絡路由器進行升級改造，將圖形工作站、多媒體調度服務器、視頻會議終端、WiMax基站、IP語音網(wǎng)關、WiFi路由器等設備連接至核心交換機，構成地震現(xiàn)場應急通信系統(tǒng)基本網(wǎng)絡拓撲架構系統(tǒng)。網(wǎng)絡拓撲如圖1所示。通過不同的路由配置，可通過衛(wèi)星通信網(wǎng)、移動通信網(wǎng)以及無線局域網(wǎng)等多種網(wǎng)絡途徑進行數(shù)據(jù)傳輸。

地震現(xiàn)場衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用甚小口徑衛(wèi)星終端站（VSAT）進行通信，采用“點到多點”的組網(wǎng)方式。日常運行利用一段2MHz的載波進行通信，地震發(fā)生后，增加一條8MHz的載波進行通信。歷次地震現(xiàn)場應急通信保障工作表明，當震級小于6.0時，震區(qū)大部分通信基礎設施受損普遍輕微[5]，因此可使用當?shù)匾苿油ㄐ啪W(wǎng)絡進行應急通信，也可以通過無線網(wǎng)橋與公共通信信道連通，從而搭建VPN 通信信道實現(xiàn)來實現(xiàn)地震現(xiàn)場和地震行業(yè)專用網(wǎng)絡的互聯(lián)互通，為地震現(xiàn)場的信息交換提供技術支撐[1]。

圖1 網(wǎng)絡系統(tǒng)拓撲圖Fig.1 The Network system topology

由上圖可知，整套系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡設備和業(yè)務設備構成。網(wǎng)絡設備主要實現(xiàn)系統(tǒng)國家應急衛(wèi)星網(wǎng)接入功能，由衛(wèi)星網(wǎng)絡設備、移動通信網(wǎng)絡設備、無線網(wǎng)橋、WiMax基站、無線路由器組成及網(wǎng)絡交換機構成。衛(wèi)星網(wǎng)絡設備主要由SKYWAN（諾達）IDU 7000 調制解調器、功放及其電源模塊、高頻頭、分路器和C-COM980衛(wèi)星天線及天控系統(tǒng)構成。移動通信網(wǎng)絡設備主要實現(xiàn)地震行業(yè)專網(wǎng)接入功能。本系統(tǒng)采用MP1800-35E 新一代多業(yè)務4G無線工業(yè)路由器，將相應的路由策略寫入該路由器，從而實現(xiàn)系統(tǒng)與地震行業(yè)專網(wǎng)互聯(lián)互通。WiMax基站和無線網(wǎng)橋可以實現(xiàn)將光纖、地面網(wǎng)絡等提高的網(wǎng)絡環(huán)境進行無線組網(wǎng)，實現(xiàn)5km范圍內無線網(wǎng)絡接入功能。無線路由器實現(xiàn)車輛100m范圍內無線網(wǎng)絡接入功能。

業(yè)務設備主要由科達SKY X500視頻會議終端、多媒體調度終端、無線圖傳工作站、圖形工作站組成。視頻會議終端主要實現(xiàn)車內與后方指揮部音視頻傳輸功能，保障各種會議的順利召開。多媒體調度終端主要實現(xiàn)多媒體調度指揮功能，無線圖傳工作站接收由車載站和中繼站發(fā)回的音視頻。圖形工作站即系統(tǒng)工作站，實現(xiàn)對衛(wèi)星系統(tǒng)設備、業(yè)務設備等的實時監(jiān)控及狀態(tài)記錄。

2.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)

衛(wèi)星通信是指利用衛(wèi)星作為中繼站而進行的通信。衛(wèi)星通信主要有通信衛(wèi)星和地球站組成。常見的衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間站和地球站組成。空間站由在軌運行的通信衛(wèi)星以及對衛(wèi)星進行操作的地面站組成。國家地震應急衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用亞洲4號衛(wèi)星（122oE）KU波段進行通信[6]。地球站主要包括：中心站、固定站和移動站。其中中心站設在國家臺網(wǎng)中心，固定站設在各個省局指揮大廳，移動站又分為車載站和便攜站。河北局移動站衛(wèi)星通信系統(tǒng)設備連接情況如圖2所示。

圖2 衛(wèi)星設備連接示意圖Fig.2 Satellite device connection diagram

2.3 無線圖傳系統(tǒng)與多媒體調度系統(tǒng)

微波無線圖傳系統(tǒng)是利用微波進行音視頻傳輸?shù)囊惶妆憬莸耐ㄐ畔到y(tǒng)，包含三個子系統(tǒng)，分別是：單兵系統(tǒng)、車載接收和中繼接收發(fā)射系統(tǒng)，各系統(tǒng)設備連接如圖3所示。

圖3 無線圖傳系統(tǒng)設備連接示意圖Fig.3 Wireless map transmission system equipment connection diagram

在原有的系統(tǒng)之上增加了一套適用于車載的多媒體調度系統(tǒng)?；谠撓到y(tǒng)可以構建地震現(xiàn)場應急指揮中心，將各種信息通訊業(yè)務統(tǒng)一管理，采用衛(wèi)星或者移動通信系統(tǒng)將車載指揮系統(tǒng)與指揮大廳互聯(lián)互通。該系統(tǒng)各項業(yè)務主要通過多媒體調度一體機進行業(yè)務實現(xiàn)。調度一體機是一個高度集成化調度平臺，內置GSM/CDMA/3G/4G、FXO/FXS/E1、DB15集群接口等多種通信接口。除了實現(xiàn)常規(guī)的調度功能外，還可實現(xiàn)與PSTN固話、移動手機、TETRA和GOTA數(shù)字集群對講系統(tǒng)等多種通信系統(tǒng)聯(lián)通，大幅提高調度平臺的兼容性，為指揮調度提供有力信息保障。調度運行界面如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)運行界面Fig.4 System operation interface

2.4 音視頻系統(tǒng)

音視頻系統(tǒng)主要實現(xiàn)地震現(xiàn)場各類災情音視頻信息的采集與傳輸，確保與后方指揮中心以及各個救援參與單位之間的音視頻的互聯(lián)互通，圖5對音視頻的信息流做了示意性連接描述。

圖5 音視頻系統(tǒng)集成連接圖Fig.5 Audio and video system integration connection diagram

車內采用索尼高清分辨率攝像頭進行圖像及視頻采集；科達視頻會議終端SKY X500和IDS多媒體調度指揮系統(tǒng)實現(xiàn)地震現(xiàn)場和與后方指揮中心以及各個救援參與單位之間的音視頻雙向傳輸及雙流顯示；數(shù)字調音控制臺將圖形工作站、視頻會議終端、多媒體調度系統(tǒng)、車內話筒以及其他音頻信號提供控制和切轉、擴聲等功能。

3 實際應用與問題對策

河北地震應急通信系統(tǒng)經(jīng)歷過多次應急演練檢驗。例如：2015年8月26日由河北、山西、內蒙古地震局聯(lián)合開展的晉冀蒙交界重點危險區(qū)地震應急聯(lián)動演練在內蒙古豐鎮(zhèn)進行，通信指揮車經(jīng)過4個多小時的長途行程，充分發(fā)揮機動能力，在規(guī)定的時間內快速到達演練目的地，各項業(yè)務順利展開，圓滿完成演練任務。2016年9月13日參加了國家臺網(wǎng)中心組織的全國地震應急指揮系統(tǒng)應急響應與服務保障演練，實現(xiàn)了各個參演單位間的互聯(lián)互通。每月、季度開展的地震現(xiàn)場應急通信演練同樣對系統(tǒng)實際運行提供了良好的經(jīng)驗。

在日常的運行維護中，發(fā)現(xiàn)了一些問題，并嘗試了一些解決辦法，總結如下：

（1）衛(wèi)星鏈路建立不暢

在實際的應用中，經(jīng)常出現(xiàn)無法正常對星的情況。由于衛(wèi)星利用高頻微波信號進行信息傳輸[2]，因此在尋星過程中避免周圍高大建筑物以及其他造成較高物體帶來的遮蔽干擾，從而造成衛(wèi)星波速回波反射。另外還要避開與衛(wèi)星通信同頻或者臨頻的干擾源，如微波信號等。

（2）與其他省局自行組網(wǎng)不暢

在現(xiàn)有的地震現(xiàn)場應急通信系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)劃是以省局為單位進行的，河北地震現(xiàn)場應急通信系統(tǒng)可以在網(wǎng)內與其他省地震現(xiàn)場應急通信系統(tǒng)實現(xiàn)點對點通信，但省局之間指揮大廳內進行視頻會議組會通常通過地震專網(wǎng)進行，河北地震現(xiàn)場應急通信系統(tǒng)若想與其他省局指揮大廳進行音視頻聯(lián)通只能通過河北省局指揮大廳進行轉接，建議臺網(wǎng)中心給出自行組網(wǎng)的操作策略及規(guī)范。

除此之外，應急通信車長時間停放容易造成車載啟動電瓶虧電，導致車輛無法正常點火啟動，因此在車輛入庫后要切斷由車輛電瓶供電的設備，同時要對車輛進行定期維護。

4 結語

隨著社會發(fā)展，地震災害造成的影響越發(fā)嚴重。尤其在地面通信設施被毀，通信中斷的地震災害現(xiàn)場，如何能在震后快速建立一條地震現(xiàn)場與后方指揮中心及各個救援參與單位的可靠、有效的通信線路，提高地震現(xiàn)場信息采集和傳輸及交互能力，將成為當前地震現(xiàn)場應急工作的重點內容。河北地震現(xiàn)場應急通信系統(tǒng)具有的高度集成、靈活組網(wǎng)、通信方式多樣、機動靈活等特點，可以快速建立地震現(xiàn)場與后方指揮中心、現(xiàn)場各個救援單位的通信鏈路，為地震現(xiàn)場工作信息傳輸與交互提供技術支持，保障地震現(xiàn)場各項應急工作順利開展。

[1]賈寧，韶丹，姬建中，等．陜西地震應急通信指揮車改造和系統(tǒng)集成的關鍵技術研究[J].震災防御技術，2016，11（2）：403-411．

[2]付榮國，章熙海，肖飛，等．地震應急衛(wèi)星通信指揮車通信系統(tǒng)設計[J].通信技術，2014，47（2）：215-220．

[3]楊理臣，胡玉，郭鵬，等．青海省地震應急衛(wèi)星通信車改進與完善的探索[J].高原地震，2014，26（4）：58-61．

[4]帥向華，姜立新，劉欽，等．地震應急指揮技術系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].測繪通報，2014，（7）：38-41．

[5]趙恒，白仙富，張方浩，等.破壞性地震的應急通信需求與應用初探[J].地震研究，2015，（35）：139-144.

[6]楊樂，曾薇，譚穎．地震應急衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設計與應用[J].震災防御技術，2012，7（1）：100-109．

[7]劉振嶺，張水興，李駿．短波通信網(wǎng)在應急通信領域的應用[J].無線電通信技術，2014，40（2）：82-85．

[8]文鐸．應急通信車 TD-LTE 改造關鍵技術研究[J].信息通信，2014，142（1）：184-185．

[9]楊天青，帥向華．國家地震應急指揮技術系統(tǒng)建設中的關鍵技術及應用[J].震災防御技術，2010，5（2）：208-214．

Research on Key Technology of Emergency Communication System in Hebei Earthquake Field

KANG Jiang，LI Jiang，LV Guo-jun，LI Hao，F(xiàn)AN Qiang

（Earthquake Administration of Hebei Province, Hebei Shijiazhuang 050000, China）

In order to solve the problem of on-site emergency communication caused by the devastating earthquake, during the period of“ Tenth Five-Year Plan”，Earthquake Administration of China has providedall provincial-level administrations with satellite communication portable stations for earthquake emergencyon-scene communication. Due to the seismic site of the satellite integrated box system in the actual use of the existence of many shortcomings, Earthquake Administration of Hebei Province has integrated the transformation, installed all portable station equipment in emergency communication vehicle, integrated the operation of emergency communication in earthquake field. This paper mainly introduces the key technologies and applications of emergency communication system in earthquake field, summarizes the present situation in practical application and presents the solution.

earthquake emergency; emergency communication; system integration