區域空間電力應急通信體系的探討

張海亮，路民輝

(1.中國電力科學研究院 北京100192；2.甘肅電力公司 蘭州730050）

1 引言

電力應急通信是以國家電網公司電力通信網為基礎，以區域空間通信為應急方式，在各種災害情況下以保障電力通信安全暢通為主要目的的一種重要通信。其主要任務是為搶險救災、突發停電事件、重大活動以及通信網絡發生故障時提供特殊電力應急通信保障。

目前，電力系統的電力應急通信體系存在3方面的問題：應急通信裝備比較落后、電力應急通信體制落后于現行通信體制、應急通信設備以及體系投資嚴重不足。經過湖南冰災、汶川地震，電力應急通信保障體系建設有了長足進步，但現有電力應急通信預案、通信指揮手段、通信保障隊伍、通信技術裝備水平以及物資儲備等方面，與當前的電力應急通信要求相差很遠。

第一，電力系統電力應急通信專業人員嚴重缺乏，電力應急通信隊伍初步建立，還難以適應當前特別是智能電網的要求。

第二，電力應急通信資金投入不足，電力應急通信技術裝備水平滯后于電力光纖通信網絡設備的發展。

第三，電力應急通信相關標準規范不健全，建立了一些標準，但是還不夠，有緊急情況不能采取有效措施。

第四，國網公司通信系統缺乏獨立自主的衛星電力應急通信系統。

第五，衛星通信系統的安全穩定性無法保障，有時國網公司衛星通信系統會出現短暫中斷。

在湖南冰災、汶川地震中，地面的道路和桿塔以及通信設施遭到破壞，使得移動通信系統的電力通信保障工作難以開展，衛星通信又因受到衛星資源和終端資源的限制，給電力應急通信的指揮調度帶來了難題。

因此，區域空間電力應急通信系統的建設成為構建高效運行的電力應急通信指揮系統的熱點。電力應急通信網最重要的是要將電力用戶像普通手機用戶一樣與公眾移動網連接起來，為救災提供電力應急通信。

區域空間電力應急通信系統是以浮空平臺（高空基站）為載體，構成一個區域空間通信網，恢復地面被破壞的電力通信網，并解決電力系統基于視頻、語音的電力指揮調度問題。該系統主要由浮空平臺、地面系統、用戶終端(手機)3部分組成。與普通基站相比，高空基站可以利用氦氣艇等浮空器，在地面通信受到破壞時快速布放高空通信基站，并通過提升基站高度，實現平流層通信廣覆蓋。當高空基站升到1 000 m時，實際覆蓋半徑可以達到58 km，能有效保證語音質量，并且沒有時延。高空基站最高可以升到20 km。普通基站一般的覆蓋半徑只有3～5 km。區域空間電力應急通信系統可以使用電力專用頻率或者與中國電信、中國移動合作，進行頻率資源的規劃。建立一個“區域空間電力應急通信網”是十分必要的，并且完全可以作為電力系統應急通信的重要手段。

在湖南冰災、汶川地震中，雖然經過電力通信部門的極力搶修，由于自然條件惡劣，用了將近10個小時才讓完全中斷的通信重新連接。在災害發生后地面通信中斷時，高空基站能快速抵達受災區域上空，確保電力通信暢通。高空基站的建設意義非常重大，可以解決電力應急通信設施的重大通信技術保障。

區域空間電力應急通信系統主要有6個特點，分別是：提供高效、實時的大面積覆蓋；機動靈活，可快速部署；適用于多種復雜環境及重大災情；提供高帶寬，最低傳輸速率達到2 Mbit/s，滿足實時視頻的傳輸要求；兼容現有電力通信系統；提供可靠的電力應急通信指揮調度。

區域空間電力應急通信系統有很好的應用前景，在電力通信系統受破壞比較嚴重的通信環境，往往能夠發揮意想不到的作用。另外，除了救災之外，區域空間電力應急通信系統在會議保障、電力巡檢等方面都將有重要的作用。

區域空間電力應急通信主要適應于各種重大災情，具有快速、低成本部署的能力，能夠將電力通信恢復時間降低到8小時甚至4小時以內。目前，國網公司已經具備了開展區域空間電力應急通信的研究條件，基于區域空間電力應急通信系統能夠切實解決國網公司電力調度通信在頻發的自然災害或者電網大面積停電時實施應急救災和保證通信信息暢通的問題，具有巨大的經濟和社會效益。

建設高空基站設想的目標是：針對地面通信網絡無法快速搶通、設備無法抵達的城區或人煙稀少區域提供電力應急通信覆蓋，采用系留艇和自由飛艇兩種浮空方式，在高空提供地面大范圍覆蓋。電力系統建設高空基站，形成電力應急通信網絡。平時可以進行通信，災害時作為電力應急通信，平戰結合發揮區域空間電力應急通信系統的優勢。

根據電力系統的地域情況，在全國劃分了幾個區域，分別是華北、華中、華東、西南、東北、西北和北京。每個區域升空一個平流層飛艇作為高空基站。以區域進行區域空間電力應急通信系統的建設。

2 國網公司電力應急通信體系建設

區域空間電力應急通信（平流層平臺通信）是介于地面通信和衛星通信之間的空中通信平臺。平流層通信比地面無線電通信的通信方式覆蓋面積大，不會受地面建筑物對無線電波的干擾；與衛星通信相比，飛艇距離地面近，無線電波的往返距離短，電波損失小，傳播時間大大縮短。而且平流層通信對地面終端所需功率的要求較小，有利于終端設備實現便攜、手持和小型化。

國網公司電力應急通信體系基本上是以恢復通信系統功能為主。應對突發事件，救災、救援面臨著更嚴峻的考驗，要在國網公司電力應急通信機制的規范下發揮其特有的作用。

因此，必須擁有最先進的通信技術和裝備，在第一時間內對電力應急事件做出反應。在災害現場，各種電力應急通信設施迅速啟動，以最快的速度掌控現場，發布決策命令，調動電力系統各級力量，通過先進的區域空間電力應急通信體系和高科技通信設施將電力通信網絡迅速恢復。保證救災的需要，保障通信的暢通，把災害損失降到最低。

國網公司電力應急通信體系建設應進行以下幾方面研究。

（1）先進性和可靠性

區域空間電力應急通信系統應采用當前比較成熟的先進的技術方案，采用高度可靠的通信設備、輔助保障設備以及計算機系統集成一個技術領先的、功能齊全的區域空間電力應急通信指揮系統。

（2）實時性和成熟性

區域空間電力應急通信指揮系統可以在任何條件下，任何地點、任何時間實現信息通信，并易于操作、易于掌握、實用可靠。

（3）兼容性和可擴展性

區域空間電力應急通信指揮系統集成設計應考慮現有通信系統的技術體制與設備性能，注重其適配性、兼容性。隨著科學技術的不斷發展和系統的新要求，系統應該具有可擴展性，包括硬件的兼容和軟件的升級與擴充。

（4）標準與規范

通信設備、通信軟件以及通信協議必須符合國內外相關技術標準和規范。

（5）專業化設計

區域空間電力應急通信系統的各方面都要進行專業化設計。認真考慮電力系統大面積停電危害性的分析方法、電力系統大面積停電應急救援技術、自然災害引起電力系統大面積停電的預測預警技術、海量信息融合技術及智能分析應用技術和仿真技術。

編制《電力應急通信保障“十二五”規劃》，積極推進區域空間電力應急通信技術。工欲善其事，必先利其器。良好的裝備可以提升電力應急通信保障隊伍的整體戰斗能力。要不斷改善電力應急通信技術裝備，提高電力應急通信恢復能力及通信保障能力。

3 電力應急通信系統基本要求

（1）小型化

這里的小型化并不是針對常規狀態下的應急通信系統。常規情況下，系統是大區制的、廣泛覆蓋的，基站設備復雜，功能完善，可以滿足電力以及公司其他職能部門的工作要求。在特殊情況下，諸如地震、洪水、雪災等破壞性的自然災害面前，基礎設施部分或全部受損，這時的應急通信設備需要具有小型化的特點，以便迅速運輸、快速布設、節約能源，甚至對設備的移動已能夠最大限度地支持。

（2）快速布設

不管是基于公網的應急通信系統，還是專網的應急通信系統，都應該具有能夠快速布設的特點。在破壞性的自然災害面前，留給國網公司的反應時間會更短，這時應急通信系統的布設周期會顯得更加關鍵。

（3）節能型

由于某些應急場合電力供應不健全，完全依靠電池供電會帶來諸多問題。因此，應急系統應該盡可能地節省電源，滿足系統長時間、穩定的工作。從基站設備到移動終端均應該嚴格滿足節能要求。鑒于通信對電力有很強的依賴性，在應急指揮車上應適當增加小型的發電油機、太陽能蓄電設備及備用電池等設備，尤其是要加強小型衛星電話的向下延伸力度。

（4）移動性

要求可重新部署的或完全機動的設施組成。覆蓋范圍以一個區域為基本覆蓋范圍。承載設施包括車輛（陸地）、飛艇（平流層）、車載衛星VSAT系統，可以根據覆蓋范圍選擇一種或幾種。指揮調度中心可以隨時接入到應急系統中。指揮調度中心可以大到指揮調度車輛、飛艇，小到筆記本電腦、PDA等移動設備，利用無線鏈路遠程監控整個系統。從而使指揮人員可以根據實際情況從容地應對各種應急場合。

（5）簡單易操作

應急通信系統要求設備簡單、易操作、易維護，能夠快速地建立、部署、組網。操作界面友好、直觀，硬件系統連接端口越少越好。所有接口標準化、模塊化，并能兼容現有的各種通信系統。