復雜艱險山區(qū)鐵路應急通信系統(tǒng)探討

李 雷，余 超

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

1 概述

鐵路應急通信系統(tǒng)是鐵路應急管理體系中極為重要的組成部分，在發(fā)生突發(fā)事件時，承擔著及時、準確、暢通地傳遞事件現(xiàn)場信息的責任，為指揮人員獲得第一手信息，快速判定、正確決策提供依據(jù)。同時在應急處置過程中，為應急現(xiàn)場與指揮中心之間、現(xiàn)場各救援隊伍及與外部應急力量提供調度指揮通信功能，有效提升鐵路突發(fā)事件應急搶險中的通信保障和快速反應能力。特別是復雜艱險山區(qū)鐵路，沿線地形地質條件復雜、氣候惡劣、災害頻發(fā)、人跡罕至。在鐵路工程建設和運營維護中應急通信保障至關重要，構建契合復雜艱險山區(qū)鐵路的應急通信系統(tǒng)極為必要。

2 鐵路應急通信現(xiàn)狀

目前，鐵路應急通信通過靜圖系統(tǒng)、專用應急通信設備、海事衛(wèi)星、公網等手段提供突發(fā)事件現(xiàn)場與應急指揮中心之間語音、靜/動態(tài)視頻圖像等業(yè)務。

1）靜圖系統(tǒng)

靜圖系統(tǒng)由靜圖服務器、撥號服務器、管理維護終端、查詢/顯示終端組成。靜圖系統(tǒng)中心設備與現(xiàn)場圖像采集設備通過鐵路既有自動電話網采用撥號方式連接。

2）專用應急通信系統(tǒng)

鐵路基建項目配置的專用應急通信系統(tǒng)設備，包括：海事衛(wèi)星電話、野戰(zhàn)光纜、無線中繼設備等，主要配置于鐵路沿線通信車間（工區(qū)）。應急現(xiàn)場設備通過鐵路通信傳輸網專線電路接入路局應急中心通信設備，圖像可傳至中國國家鐵路集團有限公司（以下簡稱國鐵集團）應急指揮中心。

3）衛(wèi)星應急動圖系統(tǒng)

在路局調度樓通信機房設置固定衛(wèi)星地面站設備，通信車間配置便攜站。該系統(tǒng)與路局局綜合視頻系統(tǒng)互聯(lián)，國鐵集團應急指揮中心可通過登陸綜合視頻系統(tǒng)客戶端，調閱現(xiàn)場動圖。

4）公網應急動圖系統(tǒng)

在應急指揮中心配置基于公網的應急動圖系統(tǒng)服務器，在各通信段、電務段、工電段配置現(xiàn)場設備。通過公網接入應急動圖服務器，并通過HDMI互聯(lián)以會議輔流方式上傳至國鐵集團應急指揮中心。

5）寬帶衛(wèi)星應急通信系統(tǒng)

租用公有云的方式在應急指揮中心部署管理平臺，應急現(xiàn)場配置專用手持終端、移動布控球和高通量寬帶衛(wèi)星終端設備，通過寬帶衛(wèi)星通道接入指揮中心平臺。

3 鐵路應急通信系統(tǒng)存在主要問題

雖然鐵路應急通信系統(tǒng)設備種類多，但在實際運用中存在諸多問題，在復雜艱險山區(qū)鐵路這些問題尤為突出。

1）應急通信系統(tǒng)設備種類多，存在多個中心設備，未形成統(tǒng)一的平臺，各類應急系統(tǒng)之間未實現(xiàn)互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享，造成在通信資源不足的復雜艱險山區(qū)鐵路應急通信設備的可選擇性降低。

2）鐵路專用的應急現(xiàn)場接入設備集成度低、重量重、配件及配線數(shù)量種類多，存在開通時間長、使用不便等問題，在交通不便的復雜艱險山區(qū)鐵路無法很好地保證應急響應時間需求。

3）應急現(xiàn)場的區(qū)間接入手段不夠靈活，傳輸帶寬受限，現(xiàn)場的動圖上傳困難，在復雜艱險山區(qū)鐵路沿線這一問題更為嚴重。

4）海事衛(wèi)星提供帶寬有限，不能滿足事故現(xiàn)場視頻傳輸?shù)囊蟆?/p>

5）目前應急通信系統(tǒng)的傳輸網絡以有線網絡為主，無線網絡的應用尚不完善，尤其是在復雜艱險山區(qū)鐵路長大隧道內的應急通信手段缺乏。

4 復雜艱險山區(qū)鐵路應急通信系統(tǒng)構想

復雜艱險山區(qū)鐵路具有沿線地形高差顯著、山地災害頻發(fā)、板塊活動強烈、生態(tài)環(huán)境脆弱、氣候條件極端、施工條件惡劣、運營維護困難等特點，獨特的工程條件與施工、運營環(huán)境給鐵路運輸安全，以及為突發(fā)事件應急救援帶來了新的挑戰(zhàn)。當發(fā)生自然災害或突發(fā)事件等緊急情況時，地面通信網絡可能被損毀，各級應急救援指揮中心迫切需要掌握現(xiàn)場情況、及時有效應對、科學處置。將突發(fā)現(xiàn)場照片、視頻圖像及時傳回各級應急救援指揮中心，有助于救援指揮和科學決策。因此，為提高復雜艱險山區(qū)鐵路應急通信的網絡覆蓋、現(xiàn)場響應速度和通信保障能力，需因地制宜的構建天地一體、多網融合、全域覆蓋、快速部署、定位精準的鐵路應急通信系統(tǒng)。系統(tǒng)構成如圖1 所示。

圖1 復雜艱險山區(qū)鐵路應急通信系統(tǒng)構成示意Fig.1 Schematic diagram of the composition of the emergency communication system for railways in complicated, difficult and dangerous mountainous areas

4.1 應急通信中心平臺

應急通信中心平臺采用通信專用云平臺方式部署，主要包括平臺服務器、中繼網關、網絡安全設備、網管等設備。同時按照固移融合、公專合用的思路構建應急通信融合服務平臺，支持公網（含衛(wèi)星）接入和個人公網手機應用，與視頻監(jiān)控系統(tǒng)、調度通信等系統(tǒng)互聯(lián)，兼顧日常和應急兩用。

4.2 應急現(xiàn)場設備

根據(jù)2007 年《鐵路交通事故應急救援規(guī)則》（鐵路總公司令第32 號）的要求，鐵路應急通信的響應時間劃分為兩個時間段：第一時間段為在車站站內發(fā)生的應急事件30 min 內和區(qū)間發(fā)生的應急事件在1 h 內；第二時間段為車站站內發(fā)生的應急事件30 min 后和區(qū)間發(fā)生的應急事件在1 h 后。第一時間段的主要任務是快速溝通現(xiàn)場與指揮中心的通信聯(lián)系，并利用基本的語音和圖像信息向應急指揮中心匯報現(xiàn)場的情況，需在第一時間內提供基本的語音和圖像業(yè)務，即1 ～2 路話音、靜圖或非實時的動圖，有條件情況下應實現(xiàn)動圖的實時傳送。第二時間段的主要任務是為事件現(xiàn)場救援指揮部搭建臨時的通信平臺，為搶險救援的指揮與協(xié)調提供豐富的語音和圖像服務。其中車站站內發(fā)生的應急事件1 h 內和區(qū)間發(fā)生的應急事件在2 h 內，需要實現(xiàn)多路話音、實時視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務，將現(xiàn)場設備擴展為現(xiàn)場通信平臺，把現(xiàn)場的多路語音、實時圖像和數(shù)據(jù)傳送到應急指揮中心。同時建立應急現(xiàn)場的內部指揮通信。

復雜艱險山區(qū)鐵路沿線地理情況復雜多變，需根據(jù)每個區(qū)段具體的地理情況和網絡覆蓋情況，同時根據(jù)應急處置需要和工作分工，在承擔應急通信響應和應急通信保障的運輸生產站段和現(xiàn)場車間、工區(qū)，應因地制宜的配置適合復雜艱險山區(qū)鐵路的應急通信現(xiàn)場終端設備，現(xiàn)場終端設備及接入方式應多樣、適用、靈活選擇。

海事衛(wèi)星電話、專用手持臺/手機APP、移動影音采集設備（包括數(shù)碼照相機、數(shù)碼攝像機、布控球）、數(shù)據(jù)終端、單兵設備等輕便型設備，這類設備體積小、重量輕，接入便捷，同時價格低。復雜艱險山區(qū)鐵路長大橋隧多、站間距長，可以加密配置這類設備，如在沿線車站或區(qū)間值守點配置這類設備，能滿足第一時間段的應急通信保障需求。

應急通信車、專用應急現(xiàn)場接入設備、寬帶衛(wèi)星終端（衛(wèi)星便攜站）、系留無人機等終端設備，這類設備集成度高，通信保障穩(wěn)定，傳輸容量大，網絡搭建時間較長，能滿足第二時間段的應急通信保障要求。根據(jù)復雜艱險山區(qū)鐵路的特點，可適當加密配置，如在工區(qū)配置專用應急現(xiàn)場接入設備和寬帶衛(wèi)星終端（衛(wèi)星便攜站），在車間配置應急通信車。

4.3 應急通信現(xiàn)場接入網絡

鐵路應急通信接入網絡的建設應根據(jù)復雜艱險山區(qū)鐵路的地理環(huán)境和具體的傳輸條件建設，選用適合的接入方式?？梢允且环N接入方式，也可以是多種接入方式的組合。

1）海事衛(wèi)星接入

海事衛(wèi)星接入方式為海事衛(wèi)星信號在海事衛(wèi)星地面站落地后，進入公網路由到路局應急通信中心平臺，如圖2 所示。

圖2 海事衛(wèi)星接入示意Fig.2 Schematic diagram of maritime satellite access

2）專用應急終端接入

專用應急終端通過野戰(zhàn)光纜與相鄰車站（或區(qū)間）傳輸設備接入鐵路傳輸網絡，提供2 Mbit/s 及以上帶寬，將現(xiàn)場信息傳送到路局應急通信中心平臺。在車站（或區(qū)間）接入點設置有線無線轉接設備，在現(xiàn)場設置無線手持臺及帶有專用無線網卡的數(shù)據(jù)終端設備，可通過5.8 G 寬帶無線接入，實現(xiàn)現(xiàn)場的話音、數(shù)據(jù)和圖像信息的實時傳送，如圖3所示。

圖3 專用應急終端接入示意Fig.3 Schematic diagram of dedicated emergency terminal access

3）寬帶衛(wèi)星接入

應急現(xiàn)場信息接入寬帶衛(wèi)星終端（衛(wèi)星便攜站）通過衛(wèi)星傳輸至寬帶衛(wèi)星地面關口站，進入公網路由至路局應急通信中心平臺，如圖4 所示。

圖4 寬帶衛(wèi)星接入示意Fig.4 Schematic diagram of broadband satellite access

4）移動公網接入

移動公網接入可以分別租用移動、聯(lián)通、電信N×2 M 專線接入鄰近其公網基站，再通過公網有線網絡路由至路局應急通信中心平臺。帶SIM 卡移動終端可直接通過無線接入移動、聯(lián)通、電信4G/5G 網絡，再路由至路局應急通信中心平臺，如圖5 所示。

圖5 移動公網接入示意Fig.5 Schematic diagram of mobile public network access

4.4 隧道內應急通信覆蓋

復雜艱險山區(qū)鐵路地形復雜，山高谷深，長大隧道眾多。長度≥5 km 的隧道內僅設置有專用應急電話機用于語音通信，不能滿足傳輸數(shù)據(jù)、圖像的要求，需針對隧道內發(fā)生應急突發(fā)事件時的網絡覆蓋以滿足應急通信保障需求。因此推薦采用mesh 技術，構建分布式無線自組織網絡，實現(xiàn)隧道內網絡覆蓋，滿足隨機點位的應急通信要求。

在3 km 以內的短隧道內發(fā)生應急突發(fā)事件時，隧道內采用mesh 自組網設備，隧道口部署路由器連接專網或公網或寬帶衛(wèi)星，將隧道內的實時數(shù)據(jù)、圖像回傳至路局應急通信中心平臺。

在3 km 以上的長大隧道內發(fā)生應急突發(fā)事件時，隧道內采用光纖+mesh 自組網設備，從隧道口或輔助坑道口敷設光纜向隧道內延伸到應急現(xiàn)場區(qū)域；隧道口或輔助坑道口部署路由器連接專網或公網或寬帶衛(wèi)星，將隧道內的實時數(shù)據(jù)、圖像回傳至路局應急通信中心平臺。

隧道應急通信覆蓋方式如圖6 所示。

圖6 隧道內覆蓋示意Fig.6 Schematic diagram of communication coverage in tunnels

4.5 與其他網絡的互聯(lián)

當自然災害或突發(fā)事件等緊急情況發(fā)生時，啟動應急程序，無論是指揮者還是搶險救災人員都希望盡可能多地了解到更多的信息，需要在應急通信網絡上獲取更多的信息資源，要求應急通信系統(tǒng)與既有的鐵路通信網絡互聯(lián)，實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的話音、圖像和數(shù)據(jù)的通信。

1）應急通信系統(tǒng)中的電話用戶要實現(xiàn)與鐵路既有的電話交換網和調度通信網內的用戶通信，應急通信系統(tǒng)就要與電話交換網和調度通信網連接。

2）當有視頻監(jiān)控的地段出現(xiàn)應急事件，應急通信系統(tǒng)能從綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中調看該地段的視頻，應急通信系統(tǒng)應與綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)。3）應急通信系統(tǒng)還應與會議電視系統(tǒng)互聯(lián)，滿足在應急指揮中心與會議電視系統(tǒng)內的用戶召開會議。

4.6 網絡安全防護

根據(jù)信息系統(tǒng)等級保護安全設計技術及國鐵集團對應急通信系統(tǒng)確定的等保三級的要求，鐵路應急通信系統(tǒng)應從安全區(qū)域邊界、安全通信網絡方面進行安全防護，實現(xiàn)與鐵路內網的隔離。

5 結束語

復雜艱險山區(qū)鐵路存在地形地貌復雜、地質構造活動強烈、地質災害多發(fā)等困難，特別是在工程建造及運營維護過程中的應急通信保障尤為重要，提出構建天地一體、多網融合、全域覆蓋、快速部署、定位精準的鐵路應急通信系統(tǒng)，并對系統(tǒng)結構、設備配置等進行了探討。隨著通信技術的發(fā)展，國產化高通量通信衛(wèi)星、天通一號衛(wèi)星、北斗等應用日益成熟。并且，國鐵集團已經制定了5G-R 的部署計劃，在應急搶險中可以充分利用5G-R 或者運營商5G 網絡。