PDT技術在森林應急行業(yè)的應用

凌勇 陳佳洲 聶江浩 北京中興高達通信技術有限公司

引言

作為綠水青山的守護者，森林應急日常戰(zhàn)斗在防火護林以及對抗各種自然災害的第一線，為我國森林覆蓋率的穩(wěn)步增長保駕護航。在日常隊伍能力建設，以及各種外場應急任務中，暢聯(lián)的通訊是提升森林應急戰(zhàn)斗力的重要手段之一。當前，森林應急的基礎通訊設施，仍然是以模擬常規(guī)的直通/中轉對講為主，其業(yè)務功能單一、通訊質量一般、組網(wǎng)覆蓋能力不強、抗災應變能力弱、缺乏多層級調度及保障能力，難以滿足森林應急的長期發(fā)展需求。為此，森林應急部門規(guī)劃實施ePDT應急專用數(shù)字集群（emergency Professional Digital Trunking）建設，通過全面數(shù)字化、聯(lián)網(wǎng)化、可視化的基礎通訊設施升級，全面提升森林應急無線通訊保障的實力，為圓滿完成各項防火護林，應急救災任務打下堅實的基礎。

一、ePDT建設方案

森林應急ePDT應急指揮窄帶無線通信網(wǎng)，在技術體制上最大程度兼容警用數(shù)字集群（PDT）通信系統(tǒng)系列標準，通過固定同頻同播集群網(wǎng)，移動集群基站網(wǎng)絡以及常規(guī)無線自組網(wǎng)等多種網(wǎng)絡方案結合，構建基礎的多級無線網(wǎng)絡架構。同時ePDT應急指揮窄帶無線通信網(wǎng)能夠支持部省互聯(lián)、省省互聯(lián)，通過多級指揮調度系統(tǒng)，使得部/省/市/縣等各級通訊指揮傳遞順暢，重要指令更可直達一線。

根據(jù)《應急指揮窄帶無線通信網(wǎng)建設指南》規(guī)劃，到2022年底，將完成部、省二級應急窄帶通信網(wǎng)建設，形成“固移結合、移動為主”的全國應急窄帶通信模式，實現(xiàn)應急救援現(xiàn)場與各級指揮機構間的語音通信隨遇接入。

（一）森林應急組網(wǎng)方案的總體建議

按照《應急指揮信息化與通信保障能力建設規(guī)范》的規(guī)劃，應急管理部門分為國家、省、市、縣四個力量層級，在省市縣對應建設總隊、支隊、大隊救援隊伍。根據(jù)森林應急指揮實際場景需求，建議采用分級組網(wǎng)的方式建設森林應急網(wǎng)絡。

根據(jù)實際需求，森林應急ePDT考慮采用的三級組網(wǎng)方案，具有系統(tǒng)容量大、覆蓋范圍廣、部署工程量小、傳輸可靠性高等特點，同時采用同頻同播技術，達到節(jié)省頻點的目的，避免終端在不同站點下頻繁切換信道操作。

1. 一級有線同頻同播網(wǎng)

在具備有線IP鏈路的區(qū)域，建設PDT固定同頻同播集群基站為主，輔以移動異頻集群基站的骨干集群網(wǎng)絡，采用有線IP作為鏈路。實現(xiàn)無線通信固定網(wǎng)全網(wǎng)IP化，提供全網(wǎng)指揮調度和管理。

（1）固定同頻同播集群基站網(wǎng)絡

根據(jù)《應急指揮窄帶無線通信網(wǎng)建設指南》要求，一級網(wǎng)絡的固定集群基站網(wǎng)絡采用大區(qū)覆蓋，小容量基站方案，主要用于實現(xiàn)各級應急指揮場所全覆蓋。對于應急重點管理區(qū)域，比如化工園區(qū)、工業(yè)集中區(qū)、自然災害高發(fā)區(qū)、重點林區(qū)等，根據(jù)實際需要進行覆蓋。

由于窄帶頻率資源有限，對于固定集群網(wǎng)，采用370M 數(shù)字集群同頻同播方案進行組網(wǎng)。在同一區(qū)域，使用一組2對頻點進行同頻同播組網(wǎng)，在不同的同頻同播區(qū)域之間，按照四色原理進行頻率復用。目前已經(jīng)在全國范圍內，按照頻率復用原則形成了頻率區(qū)劃，可以通過查詢頻率區(qū)劃表格來確定各個地區(qū)固定集群網(wǎng)的頻點設置。

（2）移動集群基站網(wǎng)絡

為了實現(xiàn)地處偏遠、交通不便且無固定集群網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域的應急救援現(xiàn)場機動覆蓋，確保應急救援現(xiàn)場與應急管理部語音直通，森林應急規(guī)劃使用移動集群基站網(wǎng)絡方案。

移動集群基站由標準PDT基站與簡易核心網(wǎng)一體化設計組成，形態(tài)分為車載、可搬移式和便攜式幾種，符合PDT系統(tǒng)和基站的各項技術規(guī)范。移動集群基站主要承擔應急救援區(qū)域作業(yè)面的語音通話、短消息、定位信息等業(yè)務，能夠實現(xiàn)各作業(yè)面之間、本作業(yè)面與本市應急指揮部門、本省應急指揮部門、應急管理部指揮中心之間的互聯(lián)互通。

移動集群基站支持IP通道，以VSAT衛(wèi)星為主要鏈路，公網(wǎng)或其他通信鏈路為輔助鏈路，并支持多種鏈路自動切換，從而實現(xiàn)與固定同頻同播集群網(wǎng)互聯(lián)互通。

移動集群基站同樣進行了全國頻率劃分，在同一區(qū)域，使用一組3對頻點實現(xiàn)機動網(wǎng)絡覆蓋，在必要且排除干擾因素時，也可加入同區(qū)域的固定集群網(wǎng)絡的2對頻點，實現(xiàn)3+2對頻點的更大容量覆蓋。

2. 二級無線自組網(wǎng)

在不具備有線IP鏈路部署條件的林區(qū)，建設PDT常規(guī)自組網(wǎng)固定基站網(wǎng)絡，森林應急ePDT特色的創(chuàng)新應用著重體現(xiàn)在PDT常規(guī)自組網(wǎng)方案上。這是基于PDT常規(guī)對講衍生出來的全新應用方案，完全契合森林應急的場景需求。

在林區(qū)范圍內，通常山高路陡，人跡罕至，難以提供傳統(tǒng)通訊網(wǎng)絡建設所需的有線供電和有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)葪l件，因此在林區(qū)建設常備無線通信網(wǎng)絡，迫切需要解決缺電及缺乏有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y題。而PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)方案，基于PDT標準協(xié)議，通過必要的技術改造，在確保PDT標準對講機兼容的前提下，實現(xiàn)了常規(guī)自組網(wǎng)基站間大跨度無線鏈路組網(wǎng)，很好的解決了林區(qū)常備無線通信網(wǎng)絡建設的難題，具備了大規(guī)模推廣應用的條件。

PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)的技術核心是去中心化，自主動態(tài)判選節(jié)點路由的無線常規(guī)同頻中轉方案，在同一森林區(qū)域，只需要一對12.5KHz頻點，即可接入主流廠家的PDT對講終端，實現(xiàn)全網(wǎng)大范圍的語音/短信/定位等業(yè)務。PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)的各個節(jié)點，均具備通訊覆蓋和傳輸鏈路雙重業(yè)務功能，其鏈路組網(wǎng)方式靈活，能夠實現(xiàn)鏈型、星型、樹型、網(wǎng)型以及混合型的各種組網(wǎng)模式，實現(xiàn)10跳以上的無線自組網(wǎng)連接。即使在節(jié)點快速變換移動位置以及實時增減節(jié)點的場景下，也無需人工干預，實時自適應組網(wǎng)模式切換，確保通訊時刻暢通。

PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)的基站設備，采用了高度集成化的數(shù)字方案，具備功耗低、工作電壓范圍大的特點，匹配在林區(qū)使用太陽能系統(tǒng)長期供電運行的需求。通過配置大功率太陽能發(fā)電板以及高容量電池，可以在陰雨天無新電補充情況下，仍能持續(xù)工作3天以上，具備了在野外獨立部署的實用性。

PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)的基站設備，基于PDT標準協(xié)議，通過射頻器件的優(yōu)化，實現(xiàn)了高發(fā)射功率（最高25W），高接收靈敏度（最高可達-124dBm）的指標，能夠很好的實現(xiàn)大區(qū)制的覆蓋要求。在實測中，視距無遮擋的條件下，PDT對講機到PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)基站之間的通訊距離，可輕松達到40公里以上，非常適合林業(yè)的使用場景。

PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)的頻點，可以使用應急頻點規(guī)劃中固定基站10對頻點，以及為常規(guī)中轉通訊保留的2對頻點。每1對頻點支持全網(wǎng)1路呼叫。在必要時，可以使用多對頻點，以支持更多的并發(fā)呼叫路數(shù)需求。

為了增強PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)方案的連接可靠性，PDT無線自組網(wǎng)基站設備可以搭載公網(wǎng)鏈路設備，或外接衛(wèi)星設備，實現(xiàn)基于IP互聯(lián)的通信熱備份。日常PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)和公網(wǎng)/衛(wèi)星IP互聯(lián)同時在線，以自組網(wǎng)通信為主用。在異常情況下，如果自組網(wǎng)基站之間無線通信斷鏈，基于IP互聯(lián)的通信鏈路會自動接管，保持呼叫鏈路不中斷，從而提供更加可靠的通信保障。另外，熱備方案也可用于孤島站與外部聯(lián)通場景，在孤島區(qū)域內部使用自組網(wǎng)覆蓋和鏈接，對外部則通過公網(wǎng)/衛(wèi)星IP互聯(lián)與大網(wǎng)互通。

3. 三級移動自組網(wǎng)

在森林應急無線通信組網(wǎng)覆蓋實戰(zhàn)中，往往會遇到一個棘手的問題，那就是由于林區(qū)地勢復雜，林木茂盛，不可避免的存在無線通訊覆蓋盲區(qū)，比如山谷、密林深處等。此類盲區(qū)在平常的覆蓋價值不大，通常不會設置常備基站。但萬一出現(xiàn)森林應急險情，則此類區(qū)域必須快速落實無線覆蓋，避免成為通信空洞造成意外損失。因此，快速可靠的森林覆蓋應急補盲方案，也成為森林應急中重要的一環(huán)。

基于應急補盲的需求，PDT衍生出多個解決方案。

一個是利用PDT常規(guī)對講的雙時隙技術，開發(fā)出支持單頻中轉的便攜設備，通過一個直通頻點下兩個時隙交錯收發(fā)，可以實現(xiàn)一個小型單路中轉臺的功能。由于PDT常規(guī)單頻中轉方案的實現(xiàn)并不復雜，通常一部專業(yè)級對講機即可實現(xiàn)，從而大大降低了應急補盲的成本和部署難度。已經(jīng)有森林應急單位實踐此方案，采用無人機搭載方式，將支持單頻中轉的專業(yè)對講機運送到目標盲區(qū)上方，從而實現(xiàn)了該區(qū)域的快速通信補盲。

單頻中轉方式的補盲方案，雖然簡便易行，但由于其僅支持一跳覆蓋，如果遇到盲區(qū)面積較大的情況就無能為力了。針對大面積的應急補盲，PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)方案頗具用武之地。便攜式的PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)設備，重量通常不超過4公斤，內置大容量電池可以連續(xù)工作十幾個小時，可以通過人力背負進場，形成鏈型、星型、網(wǎng)型等網(wǎng)絡拓撲形態(tài)，不但與常備的PDT常規(guī)自組網(wǎng)基站設備聯(lián)通，更可以通過多跳的方式，不斷向覆蓋盲區(qū)縱深挺進，形成大范圍臨時應急覆蓋網(wǎng)絡，確保沿路通信的順暢。另外，便攜式的PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)設備，也同樣支持公網(wǎng)/衛(wèi)星IP鏈路熱備份，即使前突小隊脫離自組網(wǎng)大網(wǎng)，也能夠通過公網(wǎng)/衛(wèi)星IP互聯(lián)保持與指揮中心的聯(lián)絡。

（二）現(xiàn)場指揮調度方案

《應急指揮信息化與通信保障能力建設規(guī)范》中指出，應急救援支隊應著重加強現(xiàn)場指揮部保障、前突偵察保障能力建設，森林應急支隊著重加強前突偵察保障能力建設。這兩類保障能力中，無論發(fā)生哪一級的災害事故，都要求現(xiàn)場指揮部能接受前突力量回傳的現(xiàn)場音頻數(shù)據(jù)，組織現(xiàn)場指揮調度，并實現(xiàn)與上級應急管理部門的音頻通信聯(lián)絡。

現(xiàn)場指揮調度的核心設備是現(xiàn)場調度臺，它安裝在便攜式通信箱上，用于語音調度，以及數(shù)據(jù)信息處理等多種融合業(yè)務，具備統(tǒng)一呈現(xiàn)、統(tǒng)一管理、多屏顯示等特點，并輔以公網(wǎng)傳輸或衛(wèi)星通信等設備，可方便實現(xiàn)與前突脫離力量和上級應急管理部門的溝通。

現(xiàn)場指揮調度方案分為日常的演練出操和戰(zhàn)時的應急保障兩部分。

日常演練主要關注系統(tǒng)運行的健壯性和通信鏈路的穩(wěn)定性，系統(tǒng)根據(jù)先期錄入出操的人員和設備，實時展示其狀態(tài)和位置，并可隨時對選取的任意對象發(fā)起呼叫、短信、定位等業(yè)務，接受并展示前突設備返回的通信數(shù)據(jù)，包括但不限于音頻、短信、定位、緊急報警等。

戰(zhàn)時保障在日常演練的基礎上，需要新增處理各種突發(fā)異常情況。災害事故發(fā)生時，各部門、各隊伍和社會救援力量均會參與救援工作，這就對森林應急的現(xiàn)場指揮調度提出了新的要求。一是通信規(guī)則的協(xié)調，現(xiàn)場指揮調度臺快速檢測出災區(qū)現(xiàn)場的電磁頻率干擾，并根據(jù)要求動態(tài)的調整設備的使用頻率。二是通信組織的協(xié)同，現(xiàn)場指揮調度臺通過配置協(xié)同系統(tǒng)的參數(shù)，快速完成系統(tǒng)對接、實現(xiàn)協(xié)同通信，保障統(tǒng)一指揮與調度。

（三）森林應急網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡互聯(lián)互通

森林應急網(wǎng)絡自成體系，但并不是孤立的，通過網(wǎng)關設備，森林應急網(wǎng)絡可與外部網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)互通。

應急的PDT固定同頻同播集群網(wǎng)采用部、省兩級架構，除了實現(xiàn)應急內部全國聯(lián)網(wǎng)功能以外，其還具備與公安機關350M警用數(shù)字集群通信網(wǎng)互聯(lián)互通的能力，支持兩網(wǎng)以核心網(wǎng)（或稱交換控制中心）互聯(lián)互通。

PDT自組網(wǎng)網(wǎng)關設備對內作為森林應急自組網(wǎng)絡的一部分，自身接入到自組網(wǎng)中，同時外延部分可接入到PDT固定同頻同播集群網(wǎng)或者模擬超短波網(wǎng)絡，將兩邊網(wǎng)絡無縫對接，實現(xiàn)語音互通業(yè)務。

調度臺服務器亦可作為網(wǎng)關設備，打通對外的互聯(lián)互通業(yè)務。比如，在與公網(wǎng)對講互通時，調度臺服務器與公網(wǎng)對講服務器通過IP網(wǎng)絡互聯(lián)，即可完成語音信息、數(shù)據(jù)信息、位置信息的交互，實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、定位等多種業(yè)務的互通。

二、PDT在森林應急的未來應用拓展探索

除了以上應用，PDT技術在森林應急領域的潛力巨大，拓展大有可為。通過和一線森林應急單位的交流和溝通，如下應用方向正作為下一階段的研究重點：

一是將PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)方案天基化部署，通過長航時無人機、系留無人機、浮空飛艇等方案，將進一步輕型化的PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)設備進行天基部署，從而獲得高度的優(yōu)勢，實現(xiàn)更大的長時通信覆蓋。在某部組織的固定翼無人機高空覆蓋測試中，PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)輕松達到了80公里以上的空地通信半徑。不難想象，如果能實現(xiàn)多架次空中PDT常規(guī)無線自組網(wǎng)設備的接力通信，必將快速實現(xiàn)超遠距離的森林應急無線網(wǎng)絡部署，為森林應急工作提供更為強大的通信保障。

二是根據(jù)某森林應急部門的實戰(zhàn)需求，利用PDT對講設備體積小、重量輕、具備獨立應答以及定位信息上報能力的優(yōu)勢，開發(fā)集成定位功能的PDT信標機，用于裝備森林應急一線人員。萬一一線人員在應急現(xiàn)場發(fā)生意外失蹤，后方救援人員可以通過大范圍覆蓋的PDT常規(guī)自組網(wǎng)發(fā)送尋呼信號，激活PDT信標機。通過PDT信標機聲、光、大功率數(shù)據(jù)應答以及定位數(shù)據(jù)上報的方式，指示失蹤人員的方位，從而快速引導救援人員實施支援方案。

三、結語

當前，森林應急ePDT無線通信網(wǎng)絡，正在穩(wěn)步推進建設中，為森林應急一線人員提供實用可靠的通訊保障。同時通過多級調度體系建設，確保部/省/市/縣各級指揮調度順暢，大大縮短了指揮信息的傳遞流程，提升了各級指揮調度的效率。而互聯(lián)互通的實現(xiàn)，使得森林應急能夠調集各方面的力量，來共同守護綠水青山。預期在不久的將來，更多基于PDT的創(chuàng)新應用將不斷涌現(xiàn)，為切實提升森林應急戰(zhàn)斗力提供有力的保障。