地震現(xiàn)場應(yīng)急便攜式單兵通訊系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

康現(xiàn)棟，鄭立夫，譚慶全

（北京市地震局，北京 100080）

0 引言

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，現(xiàn)場的第一手資料至關(guān)重要，后方指揮中心可以根據(jù)現(xiàn)場資料及時(shí)做出決策，指揮地震現(xiàn)場救援及災(zāi)害評估調(diào)查等工作快速開展。而現(xiàn)場資料的回傳需要地震現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)信號的支持，因此快速高效地建立地震現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)環(huán)境尤為重要?，F(xiàn)場工作隊(duì)趕到現(xiàn)場不但面臨復(fù)雜的工作環(huán)境，同時(shí)還將面臨復(fù)雜的通訊環(huán)境，災(zāi)區(qū)能夠提供什么樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是很難預(yù)料的[1]。通過地震現(xiàn)場應(yīng)急經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和歷史地震應(yīng)急結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，不同震級的地震分別會造成災(zāi)區(qū)通訊擁擠、堵塞、部分中斷甚至完全癱瘓[2]。

北京歷史上曾發(fā)生過多次破壞性地震，未來地震對北京可持續(xù)發(fā)展的威脅不容忽視。北京承擔(dān)著首都的核心功能，對于可能發(fā)生的中小地震或破壞性地震如何采取有效的通訊連接應(yīng)對措施，為決策者提供有效直觀的信息，提高應(yīng)急處置能力，保障首都的地震安全十分重要[3]。

在災(zāi)害性地震發(fā)生后地震部門要在地震現(xiàn)場建立應(yīng)急指揮部指揮現(xiàn)場應(yīng)急工作，而現(xiàn)場應(yīng)急指揮系統(tǒng)主要擔(dān)負(fù)著現(xiàn)場地震災(zāi)害調(diào)查與損失評估、流動檢測、現(xiàn)場會商、地震科學(xué)考察等一系列工作，所有的結(jié)果和數(shù)據(jù)都需要通過文本、圖片、語音和視頻方式傳回后方指揮中心，等待后方的分析、決策和統(tǒng)一調(diào)配。因此現(xiàn)場應(yīng)急指揮部必須與后方指揮中心搭建一套信息通道，以保障所有工作的正常進(jìn)行[6]。而正常的信息通道需要現(xiàn)場能夠提供良好的信息通訊網(wǎng)絡(luò)和通暢的視頻會議系統(tǒng)，另外現(xiàn)場通訊的搭建還必須滿足迅速快捷，可靠高效的要求[1]。因此，現(xiàn)場通訊人員快速選擇通訊方式并高效利用視頻會議系統(tǒng)建立通訊連接至關(guān)重要。

目前國內(nèi)外對地震現(xiàn)場應(yīng)急通訊系統(tǒng)集成研究比較成熟，開發(fā)研究了應(yīng)急通訊集裝箱、應(yīng)急通訊車及多人聯(lián)動衛(wèi)星通訊系統(tǒng)等大型應(yīng)急通訊系統(tǒng)，以保證地震現(xiàn)場應(yīng)急工作的通信需求。其中應(yīng)急通訊車或集裝箱最大優(yōu)勢是將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、現(xiàn)場辦公系統(tǒng)、音視頻處理系統(tǒng)、衛(wèi)星通信、供配電系統(tǒng)和無線語音系統(tǒng)等都集成于車內(nèi)或箱內(nèi)，地震應(yīng)急時(shí)可以直接開到地震現(xiàn)場，提供一個(gè)良好的臨時(shí)現(xiàn)場指揮部，與后方指揮中心建立一個(gè)完整的通訊鏈路，實(shí)現(xiàn)信息互通[4-5]。但由于通訊車或集裝箱體積和重量比較大、建設(shè)費(fèi)用昂貴、操作維護(hù)占用人員多等特點(diǎn)，導(dǎo)致其應(yīng)用限制較大。多人聯(lián)動衛(wèi)星通訊系統(tǒng)目前集成衛(wèi)星通信、視頻會議系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、打印機(jī)、攝像語音等設(shè)備，結(jié)合多人聯(lián)動機(jī)制，實(shí)現(xiàn)地震現(xiàn)場與后方指揮中心的互聯(lián)互通，而該系統(tǒng)設(shè)備分類較多，系統(tǒng)搭建組裝時(shí)間較長，且需多人聯(lián)動操作等特點(diǎn)，降低了現(xiàn)場應(yīng)急的快速性。以上三種通訊系統(tǒng)多適用地震頻發(fā)及移動信號無法全覆蓋的地區(qū)，而針對北京及其他地震較少但移動通信全覆蓋的大城市，有必要根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)建立快捷便攜的單兵通訊系統(tǒng)來滿足地震應(yīng)急工作需求。

目前針對地震現(xiàn)場應(yīng)急的便攜式單兵通訊系統(tǒng)研究較少，其研究主要集中在便攜式衛(wèi)星通信系統(tǒng)的集成上，如BXZ-0608 便攜式應(yīng)急通信系統(tǒng)及MCB 便攜式應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)等，而忽略了視頻會議系統(tǒng)及智能終端的有效集成。本文通過便攜式衛(wèi)星系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)及智能終端的有效集成，建設(shè)北京市地震局應(yīng)急指揮中心便攜式單兵通訊系統(tǒng)，并結(jié)合北京實(shí)際區(qū)域特點(diǎn)，探討該通訊系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

1 現(xiàn)場通訊系統(tǒng)建設(shè)概況

北京市地震局應(yīng)急指揮中心現(xiàn)場通訊系統(tǒng)經(jīng)過近20 年發(fā)展建設(shè)，主要圍繞以3G/4G 或衛(wèi)星的通訊方式，配合會議系統(tǒng)平臺與后方指揮中心建立通訊連通的發(fā)展模式，建設(shè)一套多人聯(lián)動操作的現(xiàn)場通訊系統(tǒng)（傳統(tǒng)通訊系統(tǒng)）。總結(jié)發(fā)展歷程，主要有兩個(gè)階段的系統(tǒng)建設(shè)。

1.1 第一代通訊系統(tǒng)建設(shè)

2000—2010 年，通訊系統(tǒng)以海事衛(wèi)星通訊為主，構(gòu)建現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，將地震現(xiàn)場資料以文本、圖片、語音的方式傳輸給指揮中心。由于老一代海事衛(wèi)星的帶寬限制，無法做到現(xiàn)場視頻影像的實(shí)時(shí)傳輸共享。其主要流程圖如圖1 所示。

圖1 第一代通訊系統(tǒng)流程圖Fig.1 The flow diagram of the first communication system

1.2 第二代通訊系統(tǒng)建設(shè)

2010—2018 年，為解決現(xiàn)場視頻影像無法實(shí)時(shí)傳輸共享的問題，對第一代通訊系統(tǒng)進(jìn)行升級，購置新型海事衛(wèi)星EXPLORER 700 終端，并配備高性能“松下Toughbook”三防筆記本安裝新型視頻會議系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場視頻的實(shí)時(shí)共享傳輸。除海事衛(wèi)星外，還配備3G/4G 的通訊方式，建立多種方式的現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)，其組網(wǎng)拓?fù)鋱D如圖2 所示。基于此通訊系統(tǒng)可以將現(xiàn)場資料通過文本、語音和視頻等方式傳輸給后方指揮中心，同樣指揮中心也可以實(shí)時(shí)指揮調(diào)度、發(fā)布決策命令等，基本實(shí)現(xiàn)地震現(xiàn)場與后方指揮中心的互聯(lián)互通。

圖2 第二代通訊系統(tǒng)組網(wǎng)拓?fù)鋱DFig.2 The network topology of the second communication system

2 便攜式單兵通訊系統(tǒng)建設(shè)

2.1 系統(tǒng)簡介

地震發(fā)生后為保證地震現(xiàn)場能快速地與后方指揮中心建立通訊連接，需現(xiàn)場通訊人員在第一時(shí)間出發(fā)趕赴現(xiàn)場，而由于通訊設(shè)備繁多及人員住址比較分散，導(dǎo)致通訊組出發(fā)時(shí)間的延誤，進(jìn)而延緩后方指揮中心拿到地震現(xiàn)場的第一手資料的時(shí)間?；诖耍本┦械卣鹁謶?yīng)急指揮中心將傳統(tǒng)現(xiàn)場地震系統(tǒng)進(jìn)行升級，建立便攜式單兵通訊系統(tǒng)，極大的方便了現(xiàn)場通訊的出隊(duì)和與后方指揮中心建立連接的效率。

便攜式單兵通訊系統(tǒng)精簡了傳統(tǒng)通訊系統(tǒng)的現(xiàn)場辦公系統(tǒng)及影像設(shè)備，增設(shè)單人可便攜操作的手機(jī)終端，極大地減少系統(tǒng)搭建的時(shí)間，其組網(wǎng)拓?fù)鋱D如圖3 所示?，F(xiàn)場通訊可選擇4G和衛(wèi)星的通訊方式，根據(jù)地震現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇合適通訊方式，建立有效網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。通過VPN 在公用網(wǎng)絡(luò)上建立專用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)虛擬互聯(lián)，選擇V2 Conference 視頻會議系統(tǒng)（簡稱“V2 視頻會議系統(tǒng)”）與后方指揮中心建立通訊連接，實(shí)現(xiàn)與指揮中心的語音、視頻實(shí)時(shí)聯(lián)絡(luò)，文件傳輸共享等功能，將地震現(xiàn)場收集到的災(zāi)害信息回傳給后方指揮中心，為后方指揮中心現(xiàn)場指揮、決策部署提供技術(shù)支持和保障。同時(shí)現(xiàn)場工作隊(duì)也可通過通訊系統(tǒng)音視頻的互聯(lián)互通直接聽從后方指揮中心的統(tǒng)一調(diào)配和指揮，提高地震現(xiàn)場工作的時(shí)效性。

圖3 便攜式單兵通訊系統(tǒng)組網(wǎng)拓?fù)鋱DFig.3 The network topology of the portable individual communication system

2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢與不足

相較于傳統(tǒng)通訊系統(tǒng)，便攜式單兵通訊系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）箱體集成設(shè)計(jì)、輕便移動性好，便于快速出隊(duì)安裝，建立現(xiàn)場通訊連接；

（2）單兵操作、快速出隊(duì)、通訊高效，便于節(jié)省人力、物力，投入地震現(xiàn)場其他工作中；

（3）結(jié)合北京實(shí)際區(qū)域網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，選擇4G信號為主，海事衛(wèi)星信號為輔的通訊方式，極大地精簡了通訊設(shè)備，提高通訊效率；

（4）提供文本、語音和視頻等多種業(yè)務(wù)通訊服務(wù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻影像、語音通話和數(shù)據(jù)文件的信息傳輸共享功能；

（5）通訊質(zhì)量高，語音質(zhì)量、視頻影像清晰，可靠性好；

（6）費(fèi)用低廉，性價(jià)比較高。

當(dāng)然，便攜式單兵通訊系統(tǒng)在應(yīng)用上也存在一定的局限性，如遇到地震現(xiàn)場的電力供應(yīng)、惡劣現(xiàn)場環(huán)境及特殊天氣時(shí)，單兵通訊系統(tǒng)很難保證與后方指揮中心的通訊鏈路暢通，需要針對特定場景配備相應(yīng)輔助設(shè)施完善單兵通訊系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)應(yīng)用模式

地震應(yīng)急或演練都需要現(xiàn)場通訊人員攜帶通訊設(shè)備快速到達(dá)地震現(xiàn)場，而因震級、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等不同，開展現(xiàn)場通訊需求而選擇配備的通訊設(shè)備也各不相同，因此有效利用地震現(xiàn)場通訊系統(tǒng)的應(yīng)用場景，選擇最合適的通訊設(shè)備，將大大提高地震應(yīng)急現(xiàn)場通訊的效率。本文結(jié)合北京實(shí)際區(qū)域特點(diǎn)，選擇不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和連通設(shè)備，梳理針對便攜式單兵通訊系統(tǒng)的幾種應(yīng)用模式，如表1 所示。

表1 單兵通訊系統(tǒng)應(yīng)用模式

3 便攜式單兵通訊系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用案例

3.1 地震應(yīng)急

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生在北京及周邊地區(qū)，并達(dá)到應(yīng)急響應(yīng)級別時(shí)，現(xiàn)場通訊組迅速出隊(duì)趕赴地震現(xiàn)場，根據(jù)單兵通訊系統(tǒng)對應(yīng)的應(yīng)用模式，選擇合適的通訊設(shè)備和通訊方式，與后方指揮中心建立通訊連接，配合指揮中心完成地震應(yīng)急工作。

2019 年4 月7 日與4 月14 日，北京市海淀區(qū)和懷柔區(qū)分別發(fā)生2.9 級和3.0 級地震，北京市地震局立即開展應(yīng)急工作，現(xiàn)場通訊組第一時(shí)間趕赴地震現(xiàn)場（震中位置），由于地震現(xiàn)場4G 信號較好，選擇手機(jī)通訊終端V2 視頻會議系統(tǒng)的通訊方式，將現(xiàn)場工作組與當(dāng)?shù)卣块T領(lǐng)導(dǎo)討論地震災(zāi)害評估調(diào)查方案的實(shí)時(shí)畫面?zhèn)鬏斀o后方指揮中心，聽取指揮長指揮調(diào)度，取得圓滿成功。如圖4 所示現(xiàn)場與指揮中心視頻連接畫面。

圖4 地震現(xiàn)場與指揮中心視頻連接畫面Fig.4 The video screen between earthquake site and command center

3.2 地震模擬演練

北京市地震局應(yīng)急指揮中心每月進(jìn)行一次月度地震應(yīng)急全流程演練，現(xiàn)場通訊組選擇4G和海事衛(wèi)星的通訊方式，分別與后方指揮中心建立視頻連通，服從指揮中心調(diào)度。除此之外，還參與局內(nèi)地震應(yīng)急演練、華北區(qū)域季度演練、全國地震應(yīng)急演練等不同形式的地震應(yīng)急演練，保證了地震現(xiàn)場與后方指揮中心的通訊音視頻互聯(lián)互通。如圖5 所示2019 年某月地震應(yīng)急演練現(xiàn)場通訊連接畫面。

圖5 月度地震應(yīng)急演練通訊視頻連接畫面Fig.5 The video screen for monthly earthquake emergency drill

4 討論

結(jié)合北京實(shí)際區(qū)域特點(diǎn)建設(shè)的便攜式單兵通訊系統(tǒng)，在北京實(shí)際地震應(yīng)急和演練中起到重要作用，大大提高了地震現(xiàn)場的通訊效率，相比傳統(tǒng)通訊系統(tǒng)具有很明顯的優(yōu)勢。但也存在一定的不足，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）北京地區(qū)未來具有發(fā)生大震的可能性，而單兵通訊系統(tǒng)在較大地震、現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、電力供應(yīng)不足及惡劣天氣等方面存在短板，通訊時(shí)間、速度及質(zhì)量方面有所延誤，必要時(shí)需要配備相應(yīng)配套設(shè)備輔助通訊。

（2）目前單兵通訊系統(tǒng)配備BGAN700 海事衛(wèi)星終端，其操作經(jīng)過架設(shè)、對星、連接等繁瑣步驟，不易操作；而海事衛(wèi)星達(dá)到的最高網(wǎng)速為256K，當(dāng)天氣惡劣和特殊需求時(shí)無法滿足與后方指揮中心文本資料、音視頻的互聯(lián)互通，必要時(shí)需升級海事衛(wèi)星終端。

5 結(jié)語

地震發(fā)生后現(xiàn)場通訊人員攜帶通訊裝備第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場，繁重的通訊裝備和復(fù)雜的環(huán)境都將影響通訊網(wǎng)絡(luò)建立，適當(dāng)精簡設(shè)備有利于快速高效地搭建現(xiàn)場通訊。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，越來越多的通訊方式和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也能較好的保證地震現(xiàn)場與后方指揮中心的通訊連通。北京市地震局應(yīng)急指揮中心根據(jù)北京實(shí)際區(qū)域網(wǎng)絡(luò)情況，選擇以4G 網(wǎng)絡(luò)為主，海事衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)為輔的通訊方式，精簡設(shè)備與人員，建設(shè)便攜式單兵通訊系統(tǒng)，能較好的發(fā)揮北京區(qū)域網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，高效地搭建現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)，與后方指揮中心及時(shí)視頻連通，實(shí)現(xiàn)文件傳輸、語音、視頻實(shí)時(shí)共享?，F(xiàn)場臨時(shí)指揮部通過單兵通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與后方指揮中心互聯(lián)互通，及時(shí)回傳地震現(xiàn)場資料，并服從后方指揮中心的統(tǒng)一調(diào)配和指揮。便攜式單兵通訊系統(tǒng)有效提高地震現(xiàn)場應(yīng)急工作效率，也為后方指揮中心現(xiàn)場指揮、決策部署提供技術(shù)支持和保障，在震后應(yīng)急與模擬演練中都發(fā)揮了重要作用。