衛(wèi)星通信綜合平臺解決方案

航天物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司

張澍裕 趙學東 董 皓 艾 東

我國是災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)的國家，根據(jù)聯(lián)合國公布的數(shù)字，全球近年來發(fā)生的54起嚴重災(zāi)害事故中，有8起發(fā)生在我國，約占全球的15%。根據(jù)國內(nèi)各職能部門數(shù)據(jù)統(tǒng)計，僅2017年我國就發(fā)生各類生產(chǎn)安全事故5.3萬起、死亡人數(shù)達3.8萬人，發(fā)生有影響的各類地震810次，森林火災(zāi)3000余起，草原火災(zāi)50余起，受害草原面積3萬公頃。此外，各類洪澇、雪災(zāi)、泥石流等自然災(zāi)害共造成全國1.4億人次受災(zāi)，881人死亡，98人失蹤。這些災(zāi)害造成的損失巨大，對我國的應(yīng)急管理水平提出了嚴峻的考驗。

2018年，國家應(yīng)急管理部組建，標志著我國形成了統(tǒng)一指揮、專常兼?zhèn)?、反?yīng)靈敏、上下聯(lián)動、平戰(zhàn)結(jié)合的中國特色應(yīng)急管理體制，同時也意味著我國的應(yīng)急管理工作進入新階段。為提高我國防范特大安全風險、防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)的能力，應(yīng)急管理部對安監(jiān)、消防、民政、國土、水利等應(yīng)急領(lǐng)域相關(guān)部門的職責進行了整合，加強了各部門之間的集體協(xié)作。這些部門擁有各自獨立的管理體系及應(yīng)急設(shè)備資源，為使這些設(shè)備資源形成“1+1＞2”的效果，迫切需要建設(shè)一個可以融合所有設(shè)備資源的綜合管理平臺。

航天物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司（以下簡稱“物聯(lián)網(wǎng)公司”）成立于2017年10月，其前身是中國航天電子技術(shù)研究院下屬物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究院，主要致力于民用智慧化應(yīng)用和軍隊信息化提升，為客戶提供面向通信系統(tǒng)研制、網(wǎng)絡(luò)融合開發(fā)、智能總體集成、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的全面解決方案。物聯(lián)網(wǎng)公司對其應(yīng)急管理部進行重新整合，融合了原部門多種體制和品牌的通信設(shè)備，整合衛(wèi)星頻率資源，建成功能齊備、統(tǒng)管統(tǒng)控的衛(wèi)星通信綜合平臺。

一、系統(tǒng)篇

物聯(lián)網(wǎng)公司應(yīng)急管理部現(xiàn)存的主要系統(tǒng)是使用衛(wèi)星通信地球站（VSAT）搭建的衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)和天通衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)，兩大系統(tǒng)相互獨立，物聯(lián)網(wǎng)公司通過對雙方系統(tǒng)進行融合改造，搭建了統(tǒng)一的衛(wèi)星通信綜合平臺，將2個網(wǎng)絡(luò)進行融合，使得雙方的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)互通。

VSAT衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)置了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)控中心，利用TDM/ALOHA網(wǎng)管設(shè)備，構(gòu)建了統(tǒng)一的星狀網(wǎng)管網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)是對原有系統(tǒng)的升級改造，實現(xiàn)了國產(chǎn)新增設(shè)備與原有Comtech設(shè)備的融合互通、建新利舊。

應(yīng)急管理部建設(shè)了統(tǒng)一接入服務(wù)系統(tǒng)，通過信關(guān)站，構(gòu)建了天通衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)，并連接工業(yè)和信息化部應(yīng)急通信保障中心的各類業(yè)務(wù)和服務(wù)。

衛(wèi)星通信綜合平臺將分離的VSAT衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)、天通衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)、對講系統(tǒng)和視頻會議系統(tǒng)融合為一體，實現(xiàn)業(yè)務(wù)綜合和管理綜合，完成應(yīng)急通信資源的統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)度。綜合平臺業(yè)務(wù)呈現(xiàn)示意圖如圖1所示。

圖1 綜合平臺業(yè)務(wù)呈現(xiàn)示意圖

VSAT衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)包括中心站、備份中心站及各類遠端站。在應(yīng)急管理部配置一級網(wǎng)管，作為全網(wǎng)控制中心；改造安全生產(chǎn)應(yīng)急救援指揮中心衛(wèi)星站，配置二級網(wǎng)管；改造中國地震應(yīng)急搜救中心等單位的各類遠端站，配置三級網(wǎng)管；分級控制調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備，實現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一管理。

VSAT網(wǎng)管系統(tǒng)支持分級管理架構(gòu)，具有全網(wǎng)狀態(tài)管理、衛(wèi)星資源管理、IP數(shù)據(jù)接入、衛(wèi)星通信站網(wǎng)上注冊備案、設(shè)備遠程監(jiān)控、鏈路管理、功率自動控制、拓撲管理、設(shè)備運行狀態(tài)分析、組網(wǎng)管理、載波監(jiān)視功能、遠端站點名、衛(wèi)星資源預(yù)約申請等功能，高效管理視頻會議系統(tǒng)、對講系統(tǒng)、現(xiàn)場通信系統(tǒng)等業(yè)務(wù)傳輸工作。

天通系統(tǒng)包括統(tǒng)一接入服務(wù)系統(tǒng)及多種移動終端，支持語音、短信、視頻、IP數(shù)據(jù)功能，支持天通應(yīng)急通信專用號段和移動4G網(wǎng)絡(luò)；其部署在應(yīng)急管理部中心站的統(tǒng)一接入服務(wù)系統(tǒng)，通過20M專線與天通信關(guān)站直連，向衛(wèi)星通信綜合平臺提供服務(wù)訪問接口，實現(xiàn)天通終端管理服務(wù)、天通位置信息服務(wù)、天通短信功能、天通救援信息服務(wù)、天通統(tǒng)一權(quán)限管理服務(wù)和服務(wù)綜合管理等功能。應(yīng)急管理部的統(tǒng)一接入服務(wù)系統(tǒng)通過8Mbit/s專線連接工信部應(yīng)急通信保障中心，接入其各類業(yè)務(wù)和服務(wù)。

衛(wèi)星通信綜合平臺包括平臺軟件、衛(wèi)星語音交換主機、衛(wèi)星媒體處理中心、衛(wèi)星視頻融合中心。該平臺采用“集中部署、分級使用”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)對VSAT衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)、天通衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)、對講系統(tǒng)和視頻會議系統(tǒng)的管理綜合業(yè)務(wù)的融合，具有衛(wèi)星通信裝備管理、統(tǒng)一位置信息、應(yīng)急信息發(fā)布、現(xiàn)場信息采集、在線會商、衛(wèi)星通信調(diào)度、系統(tǒng)管理等功能，同時為應(yīng)急管理部的其他業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)及開發(fā)接口。

二、技術(shù)篇

衛(wèi)星通信綜合平臺融合VSAT衛(wèi)星應(yīng)急通信網(wǎng)管系統(tǒng)功能、天通衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)功能、對講系統(tǒng)和視頻會議系統(tǒng)功能，實現(xiàn)統(tǒng)一權(quán)限管理和控制。衛(wèi)星通信綜合平臺整體采用B/S架構(gòu)，分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)持久層、核心服務(wù)層、應(yīng)用系統(tǒng)層，并對外提供訪問接口，使用安全管理服務(wù)保證該平臺的數(shù)據(jù)安全。衛(wèi)星通信綜合平臺的總體架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 衛(wèi)星通信綜合平臺總體架構(gòu)圖

核心服務(wù)層作為衛(wèi)星通信綜合平臺的關(guān)鍵組成部分，采用微服務(wù)架構(gòu)風格設(shè)計，結(jié)合業(yè)務(wù)維度和技術(shù)維度對衛(wèi)星通信綜合平臺的功能進行服務(wù)拆分，使整個平臺成為一個松耦合服務(wù)的架構(gòu)，進而實現(xiàn)平臺功能升級的快速研發(fā)和部署維護。核心服務(wù)層主要包括WEB服務(wù)、服務(wù)治理、鑒權(quán)服務(wù)、GIS服務(wù)、網(wǎng)關(guān)、接口服務(wù)、日志服務(wù)、報表服務(wù)、音頻服務(wù)、視頻服務(wù)、文件服務(wù)、統(tǒng)一消息服務(wù)。

（1）衛(wèi)星通信綜合WEB服務(wù)采用SpringBoot服務(wù)端技術(shù)和React前端技術(shù)實現(xiàn)前后端分離設(shè)計，降低前后端的耦合度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護性。通過SpringBoot技術(shù)減少代碼工作量，實現(xiàn)服務(wù)端功能快速迭代開發(fā)。

（2）衛(wèi)星通信綜合平臺通過Eureka組件和SpringSecurity組件實現(xiàn)服務(wù)治理與鑒權(quán)服務(wù)，提高系統(tǒng)的安全性。

（3）衛(wèi)星通信綜合平臺通過自搭建的自定義離線地圖，實現(xiàn)平臺的GIS服務(wù)，支持實時指揮調(diào)度、裝備定位、協(xié)同標繪等重要功能。

（4）衛(wèi)星通信綜合平臺通過搭建視頻流服務(wù)器，實現(xiàn)了音、視頻服務(wù)在線會商，現(xiàn)場信息實時采集，指揮站與救災(zāi)前線實時雙向?qū)υ挕?/p>

用戶使用的應(yīng)用系統(tǒng)層包括衛(wèi)星通信裝備管理、統(tǒng)一位置信息管理、應(yīng)急信息發(fā)布、現(xiàn)場信息采集、在線會商、衛(wèi)星資源動態(tài)管控、綜合態(tài)勢分析、系統(tǒng)管理、衛(wèi)星通信調(diào)度九大應(yīng)用，應(yīng)用系統(tǒng)層由利用核心服務(wù)層所提供的基礎(chǔ)服務(wù)功能組合而成。

除此之外，衛(wèi)星通信綜合平臺使用OAUTH2標準進行平臺訪問安全認證與授權(quán)功能，并且對外使用RESTfulAPI和Websocket方式提供數(shù)據(jù)訪問和能力輸出，便于向上層平臺同步系統(tǒng)數(shù)據(jù)，向第三方系統(tǒng)提供對接能力。

三、應(yīng)用篇

衛(wèi)星通信綜合平臺使得衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)接入應(yīng)急管理部指揮信息網(wǎng)，為大型災(zāi)害事故的應(yīng)急救援提供了有力保障。與地面網(wǎng)通信相比，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的長處在于可以抵抗更加嚴重的災(zāi)害。當?shù)孛婊?、光纖網(wǎng)絡(luò)遭到災(zāi)害的破壞時，地面通信網(wǎng)絡(luò)可能會陷入癱瘓，但是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)仍然可以正常運行。

該平臺具有以下優(yōu)勢：一是連接應(yīng)急救援隊固定站，使事故發(fā)生時總指揮可以與事故當?shù)刂苯訙贤?，信息不再需要?jīng)過層層上報，信息損耗減少，決策層可以根據(jù)一線消息做出正確決定；二是連接了車載站，使得決策層的信息獲取途徑得到了極大擴展，不再局限于事故當?shù)鼐仍牭臅h室中；三是連接了固定電話，為視頻會商提供了第二重保障；四是連接了救援手臺，進一步擴大了信息半徑，使得信息可以從車輛到不了的危險地帶直接傳回指揮中心。

當某地出現(xiàn)災(zāi)情時，當?shù)貞?yīng)急管理部可以在衛(wèi)星通信綜合平臺中上報災(zāi)情事件并注明受災(zāi)范圍。上報信息會實時顯示在該平臺的GIS界面上并不斷閃爍，提醒指揮人員進行處理。通過點擊災(zāi)情圖標，如圖3所示，指揮中心可以查看災(zāi)情地點及受災(zāi)范圍內(nèi)全部可用的救援站，然后根據(jù)情況選取需要的救援站進行視頻或者語音會議，即可直觀看到災(zāi)害影響范圍及周邊的應(yīng)急地球站。這種可視化的方式為指揮人員開展救援決策提供了便利。

圖3 上報的緊急事件

使用此平臺，指揮部可以直接使相關(guān)站點建立鏈接，并以自身為中繼點，通過衛(wèi)星通信服務(wù)使這些地區(qū)的天通設(shè)備與衛(wèi)通設(shè)備直接聯(lián)系。已經(jīng)鏈接的站點之間用藍色線條顯示，如圖4所示。GIS地圖兩端以可視化的形式展示站點信息、衛(wèi)星頻譜、頻譜狀態(tài)、數(shù)據(jù)總覽、入網(wǎng)狀態(tài)和實時信息。

指揮部也可以主動建立視頻會商。指揮人員可以指定多個不同類型的站點進入會議，參與救援會商。目前衛(wèi)星通信綜合平臺已經(jīng)通過初驗，交付用戶投入試運行。2019年冬天，全國發(fā)生多次災(zāi)害事件，包括礦井滲水、爆炸及火災(zāi)等，物聯(lián)網(wǎng)公司研發(fā)的衛(wèi)星通信綜合平臺提供的在線會商能力在這種情況下經(jīng)受住了考驗，在各次救援工作中其提供的視頻質(zhì)量穩(wěn)定，聲音清晰，表現(xiàn)良好，得到用戶的一致好評。圖5即為某次事故發(fā)生后應(yīng)急管理部指揮中心的各位領(lǐng)導(dǎo)通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)同前方車載站緊急連線，部署救災(zāi)工作。

通過此平臺，應(yīng)急管理部建立了地面網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)互為主備的搶險救災(zāi)指揮系統(tǒng)，豐富 了面對災(zāi)情時的指揮手段，強化了第一時間獲取事故呈現(xiàn)第一手信息的能力，提升了面對災(zāi)情的抗風險能力。

圖4 圍繞災(zāi)區(qū)建立鏈接協(xié)同工作的3個站點

圖5 某次救援活動實測圖

四、結(jié)束語

衛(wèi)星通信綜合平臺具有快速反應(yīng)、統(tǒng)一應(yīng)急、聯(lián)合行動、遠程可視化等優(yōu)勢，可提高政府及各行業(yè)部門對公共服務(wù)和公共安全領(lǐng)域緊急、突發(fā)事件的快速響應(yīng)和抗風險能力，尤其是在抗震救災(zāi)、安全生產(chǎn)、應(yīng)急救援、指揮調(diào)度等場合下，可在跨地區(qū)、跨部門、跨警種的統(tǒng)一指揮、協(xié)同行動方面發(fā)揮重要作用。目前，該平臺還存在可靠性和環(huán)境適應(yīng)性需要進一步與用戶需求深度融合，需要進行大量試驗驗證等問題，未來可嘗試應(yīng)用于公安、邊防、軍用等領(lǐng)域。