云南省地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用*

呂后華，楊周勝

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

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云南省地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用*

呂后華，楊周勝

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

摘要：介紹了云南省地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)的建設(shè)情況、實(shí)際工作頻率的選擇依據(jù)，并以景谷6.6級地震為例詳細(xì)說明了該系統(tǒng)的應(yīng)用模式。地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)經(jīng)歷了多次地震應(yīng)急的考驗(yàn)，在震區(qū)通信中斷時(shí)確實(shí)能夠提供最后的通信保障，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：地震應(yīng)急通信；短波通信；頻率選擇；景谷6.6級地震

0引言

短波通信是無線電通信的一種，它利用波長在10～100m、頻率范圍3～30MHz的電波作為載體。短波通信主要依靠大氣電離層反射電波，是一種遠(yuǎn)程通信手段。盡管當(dāng)前新型無線電通信技術(shù)不斷涌現(xiàn)，短波仍然受到全世界普遍重視。相對于其他通信技術(shù)，短波通信有3個(gè)重要特點(diǎn)：(1)抗毀能力強(qiáng)，短波通信是唯一不受網(wǎng)絡(luò)樞紐和有源中繼制約的遠(yuǎn)程通信手段，尤其是在發(fā)生自然災(zāi)害和戰(zhàn)爭時(shí)，能夠發(fā)揮無可替代的作用；(2)受地形等因素影響小，在山區(qū)、戈壁、海洋等地區(qū)不可或缺(張毓豐，鄧民憲，2005)；(3)運(yùn)行成本低，除需購置短波設(shè)備外，無其他費(fèi)用支出(李立鳳等，2002)。

云南省是我國地震災(zāi)害多發(fā)省份，僅2014年就發(fā)生6級以上地震3次、5～6級地震5次。同時(shí)，云南省90%的國土面積為高海拔山區(qū)，高山峽谷相間分布，交通和通信設(shè)施基礎(chǔ)薄弱。地震發(fā)生后，震區(qū)現(xiàn)有通信系統(tǒng)極易中斷，如2012年9月7日彝良5.7級地震、2014年8月3日魯?shù)?.5級地震中極震區(qū)通信全部中斷。基于這種情況，為落實(shí)云南省人民政府《全面加強(qiáng)預(yù)防和處置地震災(zāi)害能力建設(shè)十項(xiàng)重大措施》，云南省地震局規(guī)劃建設(shè)了地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)(段鋒，2010；趙恒等，2012)。

1短波通信原理

短波通信系統(tǒng)依靠無線電波作為載體來傳輸信息(圖1)。常見的電波傳播方式有兩種，一種是地波傳播，一種是天波傳播(陳麗慧，2009)。地波，又稱地表面波，指沿大地表面?zhèn)鞑サ碾姴?。地波不受氣候影響，主要取決于地面電特性。地波在傳播過程中，能量會逐漸被大地吸收，因而傳播距離短。短波近距離通信主要利用地波，通信距離在20km左右。

天波是指在高空中傳播，經(jīng)過大氣電離層反射返回地面的電波。天波易受天氣、電子濃度等因素影響。短波遠(yuǎn)距離通信利用天波，通信距離可達(dá)幾千千米。在實(shí)際地震應(yīng)急時(shí)，應(yīng)急短波通信系統(tǒng)主要使用天波進(jìn)行通信。

2地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)建設(shè)

云南省地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)由云南省地震局統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)并管理運(yùn)維，主要功能是在震區(qū)通信系統(tǒng)中斷時(shí)提供通信保障。根據(jù)應(yīng)用需求，云南省地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)分成兩個(gè)子系統(tǒng)建設(shè)：固定短波和車載短波通信系統(tǒng)(宋立軍等，2009)。通過設(shè)置相同的通信頻率，兩個(gè)短波通信子系統(tǒng)組成一個(gè)短波通信網(wǎng)發(fā)揮作用。

2.1固定短波通信系統(tǒng)

目前，固定短波通信系統(tǒng)已建設(shè)固定短波電臺116個(gè)。其中，省地震局電臺基站1個(gè)，州(市)地震局電臺16個(gè)，直屬地震臺電臺11個(gè)，縣地震局電臺88個(gè)(表1)。云南省共有各級地震局及直屬地震臺等地震部門151個(gè)，其中省級地震局1個(gè)，州(市)級地震局16個(gè)，縣級地震局129個(gè)，直屬地震臺15個(gè)。固定短波通信系統(tǒng)建設(shè)工作將繼續(xù)推進(jìn)，計(jì)劃覆蓋云南省所有地震部門。

表1　固定短波通信系統(tǒng)電臺表

所有已建設(shè)完成的固定電臺中，以省局基站為中心臺，負(fù)責(zé)管理州(市)地震局和直屬地震臺電臺；州(市)地震局電臺管理所屬縣地震局電臺(圖2)。為確保通信效果，所有電臺均采用高增益三線基站天線，并采用水平方式架設(shè)(牛峰等，2000)。每套短波基站都配置了大容量蓄電池，以確保地震發(fā)生時(shí)系統(tǒng)的供電保障。

固定短波通信系統(tǒng)共有兩種工作模式。一種是日常模式。無地震發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)處于日常模式。所有短波電臺每周都將啟動(dòng)進(jìn)行聯(lián)通測試，檢測設(shè)備和信道工作狀況，積累使用經(jīng)驗(yàn)。另一種是應(yīng)急模式。地震發(fā)生后，震區(qū)及附近區(qū)域電臺迅速啟動(dòng)進(jìn)入應(yīng)急模式，第一時(shí)間與省局基站聯(lián)通啟動(dòng)災(zāi)情速報(bào)，主動(dòng)匯報(bào)地震有感范圍、災(zāi)害損失情況等。省局基站獲取震情信息后，及時(shí)報(bào)告相關(guān)部門，開展應(yīng)急指揮和部署抗震救災(zāi)工作。

2.2車載短波通信系統(tǒng)

車載短波通信系統(tǒng)又稱為地震現(xiàn)場災(zāi)害調(diào)查短波通信保障系統(tǒng)。

根據(jù)云南省地震局應(yīng)急工作要求，地震發(fā)生后現(xiàn)場工作隊(duì)要立即趕赴災(zāi)區(qū)開展應(yīng)急工作?？紤]到震區(qū)通信情況無法確定，云南省地震局設(shè)計(jì)并建設(shè)了車載短波通信系統(tǒng)。該通信系統(tǒng)由現(xiàn)場指揮基站、車載短波電臺、單人背負(fù)短波電臺和超短波手持臺組成，通過短波和超短波信道組網(wǎng)，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場指揮部與后方指揮部之間、現(xiàn)場工作隊(duì)與現(xiàn)場指揮部之間、工作隊(duì)各車載電臺之間以及工作人員與車載電臺之間的通信聯(lián)絡(luò)(圖3)。

目前，車載短波和超短波通信系統(tǒng)共建設(shè)有各類短波和超短波電臺140個(gè)，其中，現(xiàn)場指揮短波基站1個(gè)，超短波基站1個(gè)，車載短波電臺36套，單人背負(fù)短波電臺2套，超短波手持臺100個(gè)(表2)。組成的短波通信網(wǎng)能夠覆蓋地震現(xiàn)場應(yīng)急工作區(qū)域，提供通信保障。

現(xiàn)場指揮基站由現(xiàn)場工作隊(duì)到達(dá)地震災(zāi)區(qū)后選址架設(shè)?；具x用澳大利亞柯頓NGT-SR短波電臺和28M高增益三線基站天線?，F(xiàn)場基站支持最遠(yuǎn)通信距離大于1 000km，在完全覆蓋地震災(zāi)區(qū)的同時(shí)，能夠與省內(nèi)多數(shù)固定和車載短波通信系統(tǒng)進(jìn)行通信。

車載短波電臺(圖4)選用柯頓NGT-SR電臺和9350自動(dòng)調(diào)諧鞭狀車載天線，安裝在越野性能較好的汽車上，電臺由汽車自帶12V蓄電池供電。地震發(fā)生后，36套車載電臺由現(xiàn)場指揮基站統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，第一時(shí)間趕赴震區(qū)不同地點(diǎn)分散分布，組成現(xiàn)場車載短波通信網(wǎng)。

為了克服鞭狀天線的短波盲區(qū)，系統(tǒng)還配置了多套無盲區(qū)半環(huán)車載短波天線。

背負(fù)電臺和手持臺作為車載電臺的延伸，主要用于道路中斷時(shí)由工作人員攜帶步行進(jìn)入指定區(qū)域的保障通信。背負(fù)電臺重量輕、功率大、便于攜帶，通信距離約20km。超短波手持臺適用視距通話，通信距離1～3km，在災(zāi)區(qū)攜帶和使用方便，除了對講功能，手持臺通過車載的短波/超短波異頻轉(zhuǎn)接設(shè)備，可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。

圖4車載短波電臺安裝示意圖

Fig.4Installationdiagramofvehicularshortwaveradio

3短波電臺工作頻率選擇

在短波電臺發(fā)射功率、天線架設(shè)、天氣氣候等因素確定的情況下，電臺工作頻率成為決定通信質(zhì)量的唯一可控因素。因此，為短波通信系統(tǒng)選擇合適的工作頻率十分關(guān)鍵。

3.1地波通信頻率要求

地波在傳播過程中與大地產(chǎn)生感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷隨電波傳播而形成地電流。由于大地存在電阻，地電流通過時(shí)要消耗能量，進(jìn)而造成大地對地波的吸收。地電阻是變化的，其大小與電波的頻率有關(guān)，頻率越高電阻越大，大地對電波的吸收作用愈強(qiáng)。同時(shí)還要考慮到，地波的傳播距離與頻率成正比。鑒于以上情況，短波電臺利用地波傳播方式進(jìn)行通信時(shí)選用的頻率不要過高或過低。正常情況下，地波傳播適宜頻率一般為1.5～5MHz(牛峰等，1997)。

3.2天波通信頻率要求

利用天波傳播進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信是地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)的主要工作方式。天波傳播方式依靠大氣電離層折射，與電離層電子密度有直接關(guān)系。電離層的電子密度大小隨日照強(qiáng)弱變化(趙暉等，2001)。這就決定了為取得良好的通信效果，短波通信采用的工作頻率也要隨電離層變化而改變。一般說來，選擇天波傳播頻率要考慮以下原則：

(1)低于最高可用頻率

最高可用頻率是指在實(shí)際通信中，能夠被電離層反射回地面的電波的最高頻率。通信頻率不得高于最高可用頻率，否則電波將穿過電離層。最高可用頻率與電子密度和通信距離有關(guān)，電子密度越大、通信距離越遠(yuǎn)，最高可用頻率越高?？紤]到電離層電子密度是隨時(shí)變化的，最佳頻率應(yīng)適當(dāng)?shù)陀谧罡呖捎妙l率。一般來說，最佳頻率應(yīng)當(dāng)?shù)陀谧罡呖捎妙l率10%～20%。這里我們?nèi)∽罡呖捎妙l率的85%為最佳頻率(張?zhí)?，韓宇，2013)。

根據(jù)理論計(jì)算和日常工作經(jīng)驗(yàn)，我們列出了云南省不同通信距離在不同時(shí)段的最高可用頻率(表3)，并計(jì)算出最佳工作頻率。限于測試條件，表中所列工作頻率并非確定的頻率，而是在此頻率附近可以上下浮動(dòng)。

表3　云南地區(qū)最高可用頻率、最佳頻率表

(2)一日之內(nèi)適時(shí)更改頻率

觀察表3我們可以發(fā)現(xiàn)，某一頻率在某一時(shí)段可以作為最佳工作頻率，在另一時(shí)段就可能超過了最高可用頻率。因此，在一晝夜內(nèi)最佳工作頻率應(yīng)當(dāng)是變化的。通常實(shí)際工作中，選用兩個(gè)頻率分別作為日頻和夜頻，一晝夜變換1～2次。頻率變換一般在電子密度變化劇烈的黎明和黃昏時(shí)刻適時(shí)進(jìn)行。

3.3實(shí)際工作頻率選擇

實(shí)際工作頻率的選擇還需要考慮非技術(shù)因素。根據(jù)《無線電管理?xiàng)l例》規(guī)定，國家無線電管理機(jī)構(gòu)對無線電頻率實(shí)行統(tǒng)一劃分和分配，設(shè)置和使用無線電臺應(yīng)當(dāng)報(bào)請無線電管理機(jī)構(gòu)審批。

綜合考慮地波、天波傳播通信頻率的要求，以及國家對無線電頻率的管理規(guī)定，云南省地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)共選擇6個(gè)實(shí)際工作頻率(表4)，并已全部通過云南省無線電管理委員會審批。

聯(lián)系商務(wù)英語專業(yè)對口企業(yè)負(fù)責(zé)人，了解新進(jìn)人員對所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識和技能的掌握情況，隨時(shí)掌握該企業(yè)相關(guān)職業(yè)崗位的個(gè)人能力需求及行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，可以作為修訂和完善培養(yǎng)方案的參考依據(jù)。

表4　云南省地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)工作頻率表

在2014年4月5日永善5.3級地震、8月3日魯?shù)?.5級地震、10月7日景谷6.6級地震等多次地震的應(yīng)急過程中，我們對以上工作頻率進(jìn)行了實(shí)際測試。測試結(jié)果表明，所選頻率能夠適應(yīng)復(fù)雜的地形環(huán)境和氣候因素，在實(shí)際地震應(yīng)急通信時(shí)通信效果，尤其是遠(yuǎn)距離通信效果良好，發(fā)揮了通信保障作用。

4短波通信系統(tǒng)在景谷6.6級地震中的應(yīng)用

筆者通過景谷6.6級地震詳細(xì)介紹地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)的工作模式(趙恒等，2007)。2014年10月7日景谷6.6級地震是云南地區(qū)2000年以來發(fā)生的最強(qiáng)地震。因震區(qū)房屋結(jié)構(gòu)抗震性能好、人口密度低，以及植被茂密等原因，此次地震造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失相對較小。當(dāng)?shù)赝ㄐ畔到y(tǒng)、供電系統(tǒng)雖然受到不同程度的破壞，但經(jīng)過緊急修復(fù)很快恢復(fù)正常。為了在地震應(yīng)急環(huán)境中檢驗(yàn)短波通信系統(tǒng)的實(shí)際作用，我們按照應(yīng)急預(yù)案緊急啟動(dòng)了短波通信系統(tǒng)。

4.1后方基站指揮階段

普洱市景谷縣距昆明約500km，應(yīng)急車輛到達(dá)景谷6.6級地震現(xiàn)場需要6個(gè)小時(shí)。在6小時(shí)之內(nèi)，現(xiàn)場指揮基站尚未架設(shè)，省局基站承擔(dān)整個(gè)短波通信系統(tǒng)的指揮功能，此階段為后方基站指揮階段。

(1)應(yīng)急響應(yīng)。景谷6.6級地震發(fā)生后，云南省地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)立即啟動(dòng)。省局短波基站、震區(qū)及周邊市縣地震局電臺迅速開機(jī)。8套車載短波電臺、2個(gè)背負(fù)電臺以及40個(gè)手持臺隨現(xiàn)場工作隊(duì)第一時(shí)間趕赴震區(qū)。在現(xiàn)場工作隊(duì)到達(dá)災(zāi)區(qū)前，省局基站作為指揮中樞，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)所有電臺通信。

(2)信息收集與反饋。震區(qū)及周邊市縣地震局電臺要迅速收集當(dāng)?shù)氐牡卣馂?zāi)情、震感范圍、通信、電力及交通等基礎(chǔ)設(shè)施損壞信息，初步整理后及時(shí)上報(bào)省局基站。此次地震應(yīng)急過程中，普洱市局、臨滄市局、德宏州局和景谷縣局等電臺第一時(shí)間開機(jī)上報(bào)了災(zāi)情信息。省局基站分類整理所有電臺報(bào)送信息，并及時(shí)上報(bào)后方應(yīng)急指揮部。同時(shí)，省局基站與行進(jìn)中的所有車載電臺保持聯(lián)絡(luò)，將收集到的災(zāi)情信息反饋給各車載電臺。車載電臺根據(jù)反饋信息制定工作計(jì)劃，以備到達(dá)災(zāi)區(qū)后立即開展工作。

4.2現(xiàn)場基站指揮階段

到達(dá)景谷災(zāi)區(qū)后，現(xiàn)場工作隊(duì)立即開始架設(shè)現(xiàn)場指揮基站。為保障通信效果，高增益三線基站天線應(yīng)架設(shè)在高處。實(shí)地考察后，現(xiàn)場工作隊(duì)將基站天線以水平架設(shè)方式安裝在離地約15m的樓頂。架設(shè)完成后，現(xiàn)場指揮基站開始接替省局基站承擔(dān)整個(gè)短波通信系統(tǒng)的指揮功能。短波通信系統(tǒng)進(jìn)入現(xiàn)場基站指揮階段。

(1)指揮移交。現(xiàn)場基站架設(shè)完成需要進(jìn)行聯(lián)通測試，確保短波對災(zāi)區(qū)的覆蓋?，F(xiàn)場基站先后與省局基站、市縣局電臺、車載電臺進(jìn)行通信，明確通知各電臺，系統(tǒng)指揮中樞已變更為現(xiàn)場基站。

(2)應(yīng)急指揮?，F(xiàn)場基站指揮8套車載電臺進(jìn)入災(zāi)區(qū)不同區(qū)域，搭建覆蓋災(zāi)區(qū)的短波通信網(wǎng)絡(luò)。車載電臺主要進(jìn)行災(zāi)害損失調(diào)查工作，包括民房、公用基礎(chǔ)設(shè)施、重大生命線工程損壞情況，以及地震監(jiān)測、強(qiáng)震監(jiān)測儀器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。對于車輛不能到達(dá)區(qū)域，工作人員將攜帶背負(fù)電臺和手持臺步行進(jìn)入。在應(yīng)急工作期間，現(xiàn)場短波基站全時(shí)開機(jī)值守，實(shí)時(shí)跟蹤各車載電臺、背負(fù)電臺的調(diào)查進(jìn)展，并隨時(shí)傳達(dá)現(xiàn)場指揮部命令。

(3)功能測試?，F(xiàn)場應(yīng)急工作后期，現(xiàn)場基站將組織全網(wǎng)絡(luò)測試，完善短波通信系統(tǒng)功能?，F(xiàn)場基站每日上午、下午兩次定時(shí)與省局基站和全省州、市局電臺進(jìn)行聯(lián)通測試。測試不同距離、不同時(shí)段、不同頻率的通信效果，積累實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)。

5結(jié)語

根據(jù)四川雅安7.0級、云南魯?shù)?.5級等多次地震的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，短波通信作為最后的通信保障手段是十分必要的。云南省地震應(yīng)急短波通信系統(tǒng)自建設(shè)以來經(jīng)歷了彝良5.7、5.6級、魯?shù)?.5級、景谷6.6級等多次地震的現(xiàn)場應(yīng)急工作考驗(yàn)，發(fā)揮了積極的作用。我們相信，經(jīng)過不斷建設(shè)和完善，該系統(tǒng)能夠?yàn)樵颇戏勒饻p災(zāi)事業(yè)、為最大限度減輕地震災(zāi)害損失做出更大的貢獻(xiàn)。

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Firstly，weintroducedtheconstructionsituationandtheselectionbasisofrealworkingfrequencyofYunnanEarthquakeEmergencyShortwaveCommunicationSystem.Secondly，takingJingguM6.6earthquakeasanexample，wedescribedtheapplicationmodeofthesystemindetail.Thesystemhasbeenusedinseveralearthquakeemergenciesandperformedwell.Sothissystemhasprovedtheabilitytoprovidecommunicationssupportwhenthecommunicationwasinterruptedinseismicarea，whichhasreachedtheexpecteddesignpurpose.

Keywords：emergencycommunication；shortwavecommunication；frequencyselection；JingguM6.6earthquake

*收稿日期：2014-12-30. 基金項(xiàng)目：十項(xiàng)重大措施——重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)市縣無線短波電臺更新(200302)項(xiàng)目資助.

中圖分類號：P315-39

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-0666(2015)02-0320-06

ConstructionandApplicationofYunnanEarthquakeEmergency
ShortwaveCommunicationSystem

LUHou-hua，YANGZhou-sheng

(EarthquakeAdministrationofYunnanProvince，Kunming650224，Yunnan，China)

Abstract