應(yīng)急救援通信保障組網(wǎng)方案及通信技術(shù)探索

文/王魯寧

當(dāng)前，煤炭等行業(yè)面對(duì)嚴(yán)峻復(fù)雜的自然災(zāi)害威脅和安全生產(chǎn)形勢(shì)，迫切需要建設(shè)一套具有系統(tǒng)化、扁平化、立體化、智能化、人性化特征的與大國(guó)應(yīng)急管理能力相適應(yīng)的現(xiàn)代應(yīng)急管理體系，以此來(lái)提升應(yīng)急保障能力。其中，全面形成應(yīng)急管理信息化體系，實(shí)現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)全域覆蓋，需要構(gòu)建具有韌性、高速、智能、融合的天地一體化應(yīng)急通信指揮網(wǎng)絡(luò)和性能強(qiáng)大、穩(wěn)定可靠的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，這是當(dāng)前應(yīng)急救援環(huán)境下重要的技術(shù)保障。為此，對(duì)應(yīng)急救援通信保障組網(wǎng)方案及通信技術(shù)進(jìn)行研究探索，可在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，通過(guò)應(yīng)急通信指揮網(wǎng)，統(tǒng)一調(diào)配安全生產(chǎn)、礦山救援、消防特勤、抗震救災(zāi)等各種專業(yè)救援力量，并可實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件報(bào)送、救援力量調(diào)度、預(yù)警信息發(fā)布、災(zāi)情發(fā)布，以及安全生產(chǎn)形勢(shì)綜合研判、消防安全形勢(shì)綜合研判、自然災(zāi)害態(tài)勢(shì)綜合研判、復(fù)雜災(zāi)害形勢(shì)綜合研判等功能。

一、背景

當(dāng)發(fā)生災(zāi)害性事故時(shí)，需要第一時(shí)間排查危險(xiǎn)源并對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行定位，而災(zāi)難的發(fā)生往往不可預(yù)計(jì)，發(fā)生地點(diǎn)、時(shí)間、環(huán)境惡劣復(fù)雜，通信往往面臨著巨大挑戰(zhàn)。比如，在礦區(qū)等存在無(wú)信號(hào)或信號(hào)弱的區(qū)域，由于現(xiàn)有的通信系統(tǒng)覆蓋范圍有限，導(dǎo)致無(wú)法聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一指揮、協(xié)同作戰(zhàn)能力差，極大影響了救援及自救；由于在應(yīng)急救援過(guò)程中通信相對(duì)較為落后，救援過(guò)程中一線作戰(zhàn)人員失聯(lián)、信息孤島等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，且運(yùn)營(yíng)商通信資源和應(yīng)急通信息資源無(wú)法共享共用互通，一線救援帶寬受限，通信衛(wèi)星收費(fèi)高昂，這些問(wèn)題增大了應(yīng)急救援難度。

當(dāng)前，應(yīng)急救援無(wú)線通信已經(jīng)從模擬時(shí)代全面步入數(shù)字化時(shí)代，伴隨著技術(shù)升級(jí)迭代，在通話語(yǔ)音質(zhì)量、頻率使用效率、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)、衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)、信息安全性、多網(wǎng)融合性等多個(gè)方面均實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，而如何把更新更強(qiáng)更智能的專業(yè)無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)用到應(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)，構(gòu)建起應(yīng)急通信指揮網(wǎng)，并充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)解決當(dāng)前困局是重中之重。

二、應(yīng)急通信指揮網(wǎng)總述

應(yīng)急通信指揮網(wǎng)依托國(guó)家天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)重大工程，整合各轉(zhuǎn)隸部門存量通信網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備、衛(wèi)星信道等資源，采用IPv6、SDN、5G、統(tǒng)一通信等先進(jìn)通信技術(shù)來(lái)構(gòu)建，總體上來(lái)說(shuō)要完成兩大步驟，即應(yīng)急通信指揮網(wǎng)組網(wǎng)建構(gòu)和應(yīng)急通信指揮網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)。

1.應(yīng)急通信指揮網(wǎng)組網(wǎng)建構(gòu)

天地一體化應(yīng)急通信指揮網(wǎng)從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上來(lái)看，主要由統(tǒng)一平臺(tái)指揮中心、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信指揮網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)急無(wú)線專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、公共通信網(wǎng)絡(luò)以及其他行業(yè)網(wǎng)絡(luò)等部分構(gòu)成。天地一體化應(yīng)急中心指揮網(wǎng)如圖1所示。

圖1 天地一體化應(yīng)急中心指揮網(wǎng)

采用三級(jí)通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用移動(dòng)和廣電共用的700M網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋，同時(shí)結(jié)合MESH作為傳輸途徑，分四種覆蓋場(chǎng)景進(jìn)行組網(wǎng)，形成包括應(yīng)急指揮調(diào)度中心、前端大型指揮車、中型指揮車以及一線作戰(zhàn)指揮人員的多級(jí)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，保證通信的順暢和完整。此外，結(jié)合5G大帶寬、低時(shí)延、廣連接的特性，提升應(yīng)急處置的實(shí)效和傳遞效率。

2.應(yīng)急通信指揮網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

應(yīng)急通信指揮網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)一般是由應(yīng)急管理廳至所轄各級(jí)機(jī)構(gòu)的指揮專線網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)按需接入掛靠應(yīng)急管理廳各類指揮部的成員單位，實(shí)現(xiàn)視頻、數(shù)據(jù)、話音的交互。同時(shí)，建設(shè)由現(xiàn)場(chǎng)指揮車、通信中繼車組成的現(xiàn)場(chǎng)救援協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)公網(wǎng)4G融合、專網(wǎng)4G、衛(wèi)星通信、散射通信等多種寬帶傳輸手段，實(shí)現(xiàn)中繼車與指揮車之間、指揮車與地面指揮中心之間的可靠話音與數(shù)據(jù)傳輸。

建設(shè)綜合業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)，對(duì)接現(xiàn)場(chǎng)救援各隊(duì)伍現(xiàn)有的各類專用通信設(shè)施，提供位置、話音信息服務(wù)。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)各救援隊(duì)伍位置、圖像、數(shù)據(jù)的回傳，實(shí)現(xiàn)由現(xiàn)場(chǎng)指揮部至各救援隊(duì)伍話音指令的發(fā)送。構(gòu)建以應(yīng)急管理廳為總指揮部、市縣應(yīng)急管理部門為前線指揮部、現(xiàn)場(chǎng)指揮車為現(xiàn)場(chǎng)指揮部的分級(jí)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)指揮機(jī)構(gòu)對(duì)外的話音指令、視頻會(huì)商信息一鍵可達(dá)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)各類災(zāi)害預(yù)案生成通信計(jì)劃并下達(dá)，實(shí)現(xiàn)與應(yīng)急管理廳管轄部門以及協(xié)同救援部門通信的互聯(lián)互通。建設(shè)應(yīng)急可視化音視頻調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)各隊(duì)伍位置信息查看、圖像信息的實(shí)時(shí)回傳以及音頻指令的實(shí)時(shí)發(fā)布。

三、應(yīng)急通信指揮網(wǎng)建設(shè)

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信指揮網(wǎng)絡(luò)主要由融合通信指揮平臺(tái)系統(tǒng)、寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)、寬帶無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)、窄帶無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)、公網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)通信系統(tǒng)以及其他配套設(shè)備構(gòu)成。

1.融合通信指揮平臺(tái)系統(tǒng)

融合通信指揮系統(tǒng)是一體化應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的中心組成部分，基于“公?；パa(bǔ)、寬窄融合、固移結(jié)合、天地一體”的多維組網(wǎng)形態(tài)，充分利用公網(wǎng)承載、窄帶PDT數(shù)字集群、寬帶TD-LTE專網(wǎng)、MESH自組網(wǎng)等多種技術(shù)手段，解決不同應(yīng)用場(chǎng)景下語(yǔ)音、圖像、視頻、數(shù)據(jù)的高速傳輸以及綜合位置服務(wù)等各類需求，確保協(xié)同救援和日常移動(dòng)通信中全地域、全過(guò)程、全天候的通信指揮保障。

融合通信指揮系統(tǒng)主要承載系統(tǒng)是“可視化對(duì)講指揮調(diào)度平臺(tái)”，平臺(tái)將可視化對(duì)講技術(shù)、實(shí)時(shí)視頻傳輸技術(shù)與GIS定位技術(shù)相結(jié)合，并可進(jìn)行相關(guān)業(yè)務(wù)流程定制，集“對(duì)講呼叫+實(shí)時(shí)視頻+地圖定位+工作管理”于一體，實(shí)現(xiàn)可視化、即時(shí)性、閉環(huán)工作管理，提高應(yīng)急響應(yīng)速度、工作效率以及業(yè)務(wù)處理水平。

融合通信指揮系統(tǒng)采用軟交換架構(gòu)設(shè)計(jì)，支持靈活的模塊化設(shè)計(jì)并可擴(kuò)展，支持多種語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，支持固定和移動(dòng)一體化多媒體調(diào)度指揮。系統(tǒng)提供基于GIS界面的可視化指揮功能，可實(shí)現(xiàn)“一張圖”調(diào)度指揮功能，進(jìn)一步提高調(diào)度能力。

融合通信指揮系統(tǒng)支持多種終端和各種圖傳采集設(shè)備接入，可形成立體化統(tǒng)一指揮網(wǎng)絡(luò)。還具備通過(guò)集成各種網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)與其他網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接的能力，如通過(guò)PSTN網(wǎng)關(guān)與公共/行業(yè)PSTN網(wǎng)絡(luò)對(duì)接、通過(guò)集群網(wǎng)關(guān)與警用/行業(yè)窄帶語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)對(duì)接、通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)對(duì)接等。此外，該系統(tǒng)還可以集成第三方平臺(tái)系統(tǒng)SDK，實(shí)現(xiàn)與第三方平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)接（如傳感檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)），實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)互通。

2.衛(wèi)星通信系統(tǒng)

按照應(yīng)急管理部規(guī)劃的自主可控的原則，形成廣域覆蓋、隨遇接入、資源集成的應(yīng)急管理衛(wèi)星通信要求，建設(shè)衛(wèi)星通信網(wǎng)來(lái)支撐應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)距離通信和扁平化的應(yīng)急指揮，其中包括VSAT衛(wèi)星、KA高通量衛(wèi)星和天通衛(wèi)星等多種技術(shù)。衛(wèi)星通信網(wǎng)由空間段和地面段兩部分組成，空間段包括傳統(tǒng)VSAT衛(wèi)星、天通衛(wèi)星、高通量KA衛(wèi)星及其他衛(wèi)星，地面段則包括VSAT衛(wèi)星地球站、天通衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)終端、高通量衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)遠(yuǎn)端站等。

3.寬帶無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)

（1）TD-LTE寬帶無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)。目前各級(jí)應(yīng)急管理部門現(xiàn)有無(wú)線傳輸手段難以滿足各級(jí)日益增長(zhǎng)的通信需求，具體表現(xiàn)為“三多三少”：一是窄帶通信手段多，寬帶通信手段少。末端無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)多以語(yǔ)音、報(bào)文等單一傳輸內(nèi)容，且各終端相互間兼容互通性差，對(duì)文字、圖片、圖像等多媒體信息的無(wú)線傳輸手段相對(duì)較少。二是專用通信手段多，融合通信手段少。大多專用通信設(shè)備，不僅需要專業(yè)人員管理、維護(hù)、使用，而且在設(shè)備出現(xiàn)故障后，依托當(dāng)?shù)卦O(shè)備和技術(shù)維修困難、修復(fù)周期長(zhǎng)。三是固定骨干傳輸手段多，機(jī)動(dòng)末端傳輸手段少。由于機(jī)動(dòng)末端傳輸手段主要還依靠短波、超短波等或公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，帶寬窄、管控難、要求高，無(wú)法滿足新形勢(shì)下末端大數(shù)據(jù)寬帶無(wú)線傳輸需求。而基于TD-LTE技術(shù)的寬帶無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)是解決當(dāng)前應(yīng)急通信需求諸上問(wèn)題的重要通信技術(shù)手段。

（2）MESH寬帶自組網(wǎng)系統(tǒng)。無(wú)線自組網(wǎng)通信系統(tǒng)（MESH自組網(wǎng)系統(tǒng)）在不依賴任何通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下能快速提供一種可移動(dòng)、無(wú)中心的通信支撐環(huán)境，具有覆蓋范圍廣、靈敏度高、移動(dòng)性好、抗干擾和抗衰落能力強(qiáng)、傳輸數(shù)據(jù)率高、穩(wěn)定性和可靠性突出等特點(diǎn)。

MESH自組網(wǎng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)WLAN不同的是，其中繼設(shè)備無(wú)中心組網(wǎng)，可以采用無(wú)線連接的方式進(jìn)行互連，且中繼設(shè)備間可以建立多跳無(wú)線鏈路。具體說(shuō)，無(wú)線自組網(wǎng)通信系統(tǒng)作為一個(gè)“單跳”或“多跳”的系統(tǒng)，從源頭到目的地有多條冗余的通信路徑，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備自動(dòng)路由功能，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只和鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，是一種自組織、自管理、自動(dòng)修復(fù)、自我平衡的智能網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線自組網(wǎng)通信系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大、頻譜利用率高、可靠性高、多跳路由、組網(wǎng)靈活、維護(hù)方便和支持與其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)兼容和互操作等優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)具有使用方便、靈活、音視頻傳輸清晰度高、低延時(shí)、覆蓋范圍廣、穩(wěn)定、可靠等優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)寬帶傳輸系統(tǒng)相比最突出的優(yōu)勢(shì)是快速部署、易于安裝、非視距傳輸（NLOS）、網(wǎng)絡(luò)健壯性、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活、高帶寬。

4.窄帶無(wú)線應(yīng)急通信系統(tǒng)

當(dāng)前，窄帶數(shù)字集群語(yǔ)音通信系統(tǒng)仍是應(yīng)急搶險(xiǎn)通訊指揮中心與現(xiàn)場(chǎng)之間聯(lián)系的最關(guān)鍵最重要的基礎(chǔ)通信手段之一，但在應(yīng)急通信中也面臨諸多問(wèn)題。要提升窄帶數(shù)字集群語(yǔ)音通信系統(tǒng)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用能力，應(yīng)加入同頻同播、無(wú)線自組網(wǎng)等功能，提升其組網(wǎng)能力和性能水平。

（1）車載自組網(wǎng)語(yǔ)音通信基站。車載自組網(wǎng)語(yǔ)音基站是一款超高集成度且可根據(jù)用戶話務(wù)需求量身定制載波數(shù)量的窄帶通信設(shè)備，具備高端的硬件配置，業(yè)務(wù)功能豐富，適用于車載安裝使用。設(shè)備遵循PDT/DMR/MPT標(biāo)準(zhǔn)信令，支持常規(guī)中轉(zhuǎn)/IP互聯(lián)/同頻同播/集群/集群同播/自組網(wǎng)等工作模式。

（2）便攜自組網(wǎng)語(yǔ)音通信基站。便攜自組網(wǎng)語(yǔ)音通信基站是一款先進(jìn)的智能化便攜通信設(shè)備，具備高端的硬件配置，業(yè)務(wù)功能豐富，可適用于各種復(fù)雜場(chǎng)景下的快速部署組網(wǎng)，為用戶提供靈活高效的高級(jí)組網(wǎng)方案。設(shè)備遵循PDT/DMR/MPT標(biāo)準(zhǔn)信令，支持常規(guī)中轉(zhuǎn)/IP互聯(lián)/同頻同播/集群/集群同播/自組網(wǎng)等工作模式。同時(shí)，支持無(wú)序自組網(wǎng)能力，為無(wú)線、有線鏈路場(chǎng)景以及復(fù)雜通信環(huán)境提供自組網(wǎng)解決方案，支持4跳5站，無(wú)需固定排序，開機(jī)即可實(shí)現(xiàn)多基站之間自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)。此外，設(shè)備支持雙載頻配置，支持“一本地載波+一鏈路載波“和“雙本地載波”兩種工作模式。

（3）手持自組網(wǎng)語(yǔ)音對(duì)講終端。手持自組網(wǎng)語(yǔ)音對(duì)講終端支持PDT、DMR、MPT/自組網(wǎng)對(duì)講/4G公網(wǎng)對(duì)講等多種工作模式，可以根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行靈活選擇。手持終端支持自組網(wǎng)工作模式，無(wú)需按序編號(hào)即可自動(dòng)混接組網(wǎng)，支持最多4跳5級(jí)，擴(kuò)大通訊范圍，可極大提高復(fù)雜通信環(huán)境下的語(yǔ)音通信能力。

四、結(jié)論

當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時(shí)，第一時(shí)間構(gòu)建穩(wěn)定、可靠的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)是科學(xué)救援、人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要保障。通過(guò)梳理整合當(dāng)下通信技術(shù)現(xiàn)狀，依托國(guó)家天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)重大工程，整合各轉(zhuǎn)隸部門存量通信網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備、衛(wèi)星信道等資源，采用一系列先進(jìn)通信技術(shù)，構(gòu)建起天地一體化應(yīng)急通信指揮網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)有線、衛(wèi)星和無(wú)線通信網(wǎng)系融合互通，能夠更好地適應(yīng)多種突發(fā)狀況通信需求，以此來(lái)避免通信中斷引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。