陜西地震應急通信指揮車改造和系統集成的關鍵技術研究1

賈　寧　韶　丹　姬建中　李瑞華（陜西省地震局，西安 710068）

陜西地震應急通信指揮車改造和系統集成的關鍵技術研究1

賈寧韶丹姬建中李瑞華
（陜西省地震局，西安 710068）

賈寧，韶丹，姬建中，李瑞華，2015.陜西地震應急通信指揮車改造和系統集成的關鍵技術研究.震災防御技術，11（2）：403—411.doi：10.11899/zzfy20160224

針對“十五”地震現場衛星集成箱系統的諸多缺點，陜西省地震局進行了應急通信指揮車的車輛改造，將地震現場通信設備安裝于應急車內，并對各業務系統進行了設計集成，提升了地震現場通信保障和應急指揮能力。本文介紹了地震應急通信指揮車改造和系統集成的關鍵技術及實際應用情況，分析了應急通信指揮車的優勢，總結了實際應用中出現的問題并提出了解決方案。

應急通信系統集成車輛改造地震應急

引言

破壞性地震發生后，地面基礎通信設施往往會受到不同程度的破壞，因此需要建立地震現場應急通信平臺來保障地震現場與指揮中心的通信暢通（付榮國等，2014；楊理臣等，2014；帥向華等，2009a）。“十五”期間在中國地震局統一規劃下，各省局建立了地震現場通信系統（楊天青等，2010；帥向華等，2009b）。但在部分省局，該系統為集成箱式設備，不僅搬運時費時費力，而且在現場進行臨時連線很容易造成錯誤，勢必會延誤應急響應時間。因此，為了進一步提升陜西省地震局在應急狀態下的指揮能力，真正做到快速反應、全面感知、全程指揮，在原有應急現場箱式系統的基礎上，建立了一套基于車載的地震應急通信指揮系統。應急通信指揮車的建成實現了地震應急狀態下地震現場與指揮中心的可靠通信，確保了現場調度和各類信息的快速采集，為地震現場的應急指揮提供了更加靈活機動的技術保障和信息支持。

1　車輛改裝

1.1車體改造

陜西地震應急通信指揮車選用金旅-柯斯達底盤進行車輛的改裝集成，在整車總體布局時充分考慮功能化分區和人性設計理念，將車內空間從前至后劃分為駕駛區、操作區、會議區和裝備區，各區功能相對獨立，能做到互不干擾。圖1為應急通信指揮車改裝完成后的圖片。

圖1　應急通信指揮車改裝后圖片Fig.1　Emergency communication command vehicle after modify

駕駛區為駕駛員獨立駕駛區域，安裝有倒車后視監視屏等設備；會議區設有兩長排沙發座椅、可變寬型會議桌等，可容納6—8人進行臨時會議；操作區分前后兩部分，均安裝有標準機柜及電視墻，各主要設備及其控制操作都集中在該區域進行，便于操作人員集中控制和觀察；裝備區安裝有發電機、升降桿及器材架，器材架具有多個隔斷空間，放置有應急照明燈及移動線盤等。

為了更好地實現應急通信，應急車對車輛頂部進行了改造，安裝了各類通信天線及空調、攝像等設備。圖2展示了車頂設備的分布情況。

圖2　車輛頂部設備分布圖Fig.2　Distribution of equipments and antena setup on the vehicle roof

辦公桌椅、通信天線、懸梯機柜、儀器設備等各類設施和物品在整車設計時均考慮了安裝和擺放的合理性、穩定性和可靠性，對容易松動的環節進行了加固處理。同時，在車輛改造時為避免出現前后傾斜的情況，對所有安裝設備提前進行了重量計算，保證設備安裝后車輛平穩無傾斜。

1.2供電系統

系統供電具有市電、自備發電機和UPS三種供電方式，且三種方式可以進行切換，保障設備無間斷運行。在供電設計上，采用市電優先的原則，即在有市電供電的情況下，將市電接入車內配電控制箱給設備直接供電。在無市電情況下，可由發電機為整車系統供電。這兩種模式下均可同時向UPS提供電能補充。在既無市電又無發電機供電情況下，直流電源系統由UPS供電。這三種方式可在不同應用場景下靈活設置，最大限度保障應急車各業務系統的正常供電。

經計算，整車設備耗電總功率約為7500W（所有設備同時使用時的理論值），其中除車頂照明、空調等直接由發電機供電約4100W外，其它設備由UPS供電。所以UPS所帶最大負荷約為P=7500W-4100W=3400W。選用熊貓靜音發電機作為車載自備發電機，其額定功率為8KW，集成于車輛尾部。選用5kVA的UPS作為不間斷電源，其有效輸出功率為3500W，可滿足車內系統的最大負載要求。

1.3照明系統

應急通信指揮車的車內工作區、裝備區均配有220V交流電照明，同時保留了原車直流電照明，可實現在無市電或發電機故障情況下使用電池直流供電，為車內提供短時應急照明。

車頂四周安裝有4具150W泛光型金鹵燈，泛光燈由光源處向四周均勻照射，可以提高整個應急車周邊的整體亮度，實現應急車周邊30m范圍內的工作照明，并可為車頂攝像系統提供照明補光；在車頂電動升降桿全向云臺處配置2具1000W強光探照燈，可隨云臺正負90°俯仰、360°旋轉。探照燈強度高、距離遠、光源集中的特點可滿足應急車周邊100m范圍特定目標的定點照射。泛光燈與探照燈互為補充，保障遠近不同工作場合的照明需求。

1.4支撐系統

由于地震現場場地環境較為復雜，無法保證通信指揮車停放路面的平整，輪胎彈性較大也不利于保持穩定，車輛晃動容易對系統運行造成影響（何琴等，2010；季英凱，2014），而且車輛長期滿載運行易造成底盤彈簧鋼板變型及輪胎受損，降低車輛使用壽命。因此，通信指揮車設計了一組大力神電動支撐系統，以減輕車輛彈簧鋼板及輪胎的負荷，并能將車輛調整成水平狀態。平衡支撐系統收回后能緊貼在車體上，不改變車輛離去角及接近角，不影響車輛行駛性能。該支撐系統可實現單腿手動調平和一鍵式自動調平，操作簡便快捷，為通信指揮車到達應急現場后的快速啟動提供了保障。

2　系統集成

2.1衛星系統集成

“十五”地震現場原有的衛星集成箱系統每次對星時需要進行連線，操作繁瑣。此次車改新增一套Advantech PIONEER 120全自動天線，該天線具有體積小、重量輕、操作簡單、展開與收藏快速、特別適用于野外工作環境等特點。LNB和BUC功放可以直接安裝在車頂天線上，特別適用于通信指揮車改造。該天線系統可實現一鍵式全自動尋星定位，能建立起移動站與主站間的通信鏈路，實現地震現場與指揮中心之間數據、語音及視頻通信。

為加強地震現場和省政府的應急通信能力，車輛改裝集成重點設計了應急通信車和陜西省政府應急辦之間衛星鏈路的互聯互通。車改衛星系統室內部分保留原中國地震局箱式系統配置的SkyWAN IDU2500衛星調制解調器，只增加一臺CDM570L衛星調制解調器，與中國地震局衛星系統共用一付車載天線和一套射頻設備（RFT5000、FPS、LNB），實現陜西省政府和中國地震局兩套衛星系統的集成。

圖3　衛星系統集成后連接示意圖Fig.3　Schematic diagram of satellite system integration

從圖3可以看出，增加CDM570L后，并未改變原有中國地震局衛星的系統結構，只增加一個合路器，在路由器上做相應的路由配置即可選擇不同衛星調制解調器通信。在原有設備的基礎上進行衛星系統的改造集成，避免了重復投資，實現了一鍵式全自動尋星功能。陜西省政府和中國地震局衛星系統共用一套天線和射頻裝置，不僅精簡了系統連線，而且節省了空間。

2.2網絡系統集成

網絡集成充分利用“十五”項目原有資源，只更換了新的網絡交換機和路由器，交換機和路由器也是整個網絡的核心單元，實現了不改變原有現場設備局域網網絡規劃的前提下更為靈活多樣的組網功能。WiMAX、IP語音網關、服務器、視頻會議終端、硬盤錄像機、WiFi路由器等多個設備與交換機相連，構成系統的局域網基本應用平臺。路由器通過不同的路由配置切換后可與衛星IDU、通信運營商數據通信網絡（電信、聯通4G/3G）以及無線局域網等構成多路由的遠程通信信道（文鐸，2014；鄒勇等，2012）。

應急通信指揮車到達現場后主要依靠VSAT衛星系統進行通信，VSAT衛星采用“點到多點”的雙向星狀網絡（楊樂等，2012），帶寬2—8M，可實現高清視頻會議的建立。但多次地震現場應急工作的實踐表明，當小于6.0級地震發生后，震區大部分通信運營商的固網和無線網受損普遍輕微（趙恒等，2012），因此可使用通信運營商4G/3G無線業務開展地震現場的通信，也可以使用無線網橋遠距離建立與公共通信信道的連通（如ADSL或FTTH）。在此基礎上建立基于公共互聯網的VPN通信鏈路，可實現地震現場和指揮中心辦公網絡的互聯互通，完成陜西省地震局辦公服務的無縫對接，為野外應急通信和信息服務提供更好的支撐（劉鵬等，2015）。

應急通信指揮車除了完成車輛本身與遠端指揮中心的通信外，還通常需要兼顧現場應急指揮部的網絡環境搭建。當現場應急指揮部距離通信指揮車在300m以內時，一般可直接使用車上WiFi路由器搭建無線網絡環境。通信指揮車將WiFi路由器天線集成于車頂，并改為增益為10dB的高增益天線；300—500m可以通過車載野戰光纜盤迅速搭建高速光纖網絡或通過無線AP設置WDS進行WiFi路由器的無線橋接組網。光纖傳輸速度可靠穩定，而無線橋接方式更為靈活。指揮車車外面板預留了光纖接口，方便進行光纖網絡搭建，光纖兩端使用光電轉換網絡設備與交換機互聯；500m至5km范圍內，可使用WiMAX和B14無線網橋進行組網。兩款設備天線均通過倒伏支架集成安裝于車頂，豎起后能實現360°旋轉及0°—90°俯仰調節，方便調整至無線網橋接收設備所在方向；5—10km范圍內，主要使用無線圖傳中心站和車載站的中繼實現單兵背負站的視頻傳輸。無線圖傳系統配一套玻璃鋼天線，使用時可人工固定安裝于車頂云臺接口處，云臺通過升降桿升高后能更好的實現無線圖傳的遠距離傳輸。整個網絡的拓撲結構如圖4所示。

圖4　網絡系統集成拓撲圖Fig.4　Topology diagram of network system integrated

2.3音視頻系統集成

音視頻部分主要實現對地震災害和應急救援現場圖像、聲音等各類信息的實時采集，可通過有線或無線方式實時傳至車內的音視頻系統中。圖5對音視頻輸入輸出設備做了示意性連接描述。

該系統由8×8的AV矩陣、8×8的VGA矩陣、8路調音臺構成音視頻信號的集中控制平臺，可實現對音視頻信號的集中控制和切換。其中，大屏幕監視器支持AV和VGA兩種信號顯示；車頂和車內均安裝了高清分辨率攝像頭進行視頻采集；視頻會議終端可通過網絡實現地震現場和應急指揮大廳的音視頻雙向傳輸及雙流顯示；數字調音臺為各路音頻信號提供控制和切轉、擴聲，會議桌音頻口及信號接口窗為計算機及其它音頻輸出設備提供音頻接入；為了擴展應急通信車語音通信和拾音范圍，為通信指揮車部署一套指向性動圈無線話筒，可滿足車外百米范圍的近場無線話音接收，以便能適應野外環境復雜、范圍大、專業要求較高的拾音場合。

圖5　音視頻系統集成連接圖Fig.5　Connection diagram of audio and video system integrated

圖6　短波和超短波系統連接示意圖Fig.6　Schematic diagram of shortwave and ultrashort wave system connection

2.4短波和超短波通訊集成

衛星通信目前已經成為地震應急通信的主要手段，但衛星通信成本高，操作運維都較為復雜，尤其在山區等有遮擋地區進行衛星對星十分困難，因此通信指揮車使用短波和超短波電臺作為衛星通信的補充手段，以保障在發生重大地震災害時特殊地區的應急通訊。

陜西地震應急通信指揮車的短波系統由寶麗2050電臺、寶麗2019車載鞭狀天線、RH-2000異頻轉接器和icom車載超短波電臺組成，圖6顯示了超短波電臺和短波電臺的連接方式。使用短波電臺建立應急通信網，可以通過指揮中心進行選呼、群呼等組網通信，通信范圍覆蓋面大，通信距離可達2000km左右，因此特別適合組件應急通信指揮車和省局指揮中心的通信。但由于短波設備體積笨重，在應急通信車周邊范圍使用超短波可以避免短波電臺不方便攜帶的弊端，實現周邊幾公里范圍的通信覆蓋（莫思特，2012；劉振嶺等，2014；呂后華，2015）。通過異頻轉接器建立短波與超短波的跨頻對接，能在應急現場迅速組成小型機動通信網，使短波通訊網更具靈活性和延伸能力。

利用短波及超短波技術構建車載短波通信網，能改進現場衛星通信的單一模式，提高系統的便攜性能和組合能力，以適應不同應急模式的需要，增強應急通信指揮車的通信能力。

3　實際應用和優勢分析

陜西地震應急通信指揮車自2011年投入運行以來，經歷多次應急演練和實際地震檢驗。例如：2012年9月陜西安康市舉行的陜西重大突發災害應急救援拉動演練中，通信指揮車充分發揮了機動能力強的優勢，在規定時間內快速到達拉動演練目的地；2013年12月陜西渭南市地震應急搶險救援演練中通過衛星應急信道回傳現場高清視頻，全省32個市縣地震機構和11個臺站通過視頻會議系統全程觀摩了通信指揮車直播的現場演練實況；2014年6月四川廣元青川縣發生4.8級地震，陜西漢中寧強、略陽兩縣有明顯震感，通信指揮車第一時間趕赴地震現場了解災情，通過衛星系統將地震現場信息回傳應急指揮中心。由于應急期間現場突降暴雨，衛星系統因Ku波段受雨衰影響而一度出現中斷，通信指揮車便利用3G+VPN組建了現場通信環境，為現場災情獲取提供了網絡支撐。通過實踐檢驗，通信指揮車和原現場箱式系統對比，在以下幾個方面具有明顯優勢：

（1）提高地震應急響應效率。原現場箱式系統搬運困難、組裝費時；應急通信指揮車改造后將設備統一安裝集成，震后可以搭載應急人員立即趕赴地震現場開展工作，節約震后應急響應時間。

（2）提升通信保障能力。原箱式系統對星緩慢、容易出錯、通信手段單一；通信指揮車改造后實現衛星一鍵式對星入網，雙衛星調制解調器設計可分別與省政府和中國地震局互聯互通，新增短波、超短波、4G/3G等多種通信方式保障了各種情況下地震現場和指揮中心的及時通信。

（3）增強現場信息采集和交互的靈活性。原箱式系統音視頻采集渠道有限，編解碼器回傳效果不理想；通信指揮車新增視頻會議系統和音視頻系統進行集成，實現車內外高清攝像和音頻擴聲，通過指揮中心MCU級聯模式能實現地震現場和國家局、省市、區縣各級視頻會議聯動。

（4）拓寬地震現場業務支撐范圍。原箱式系統環境支撐能力不足，系統擴展能力較差；通信指揮車改造后不僅實現了對車內供電、照明和通訊的支撐，而且利用外接接口和無線網絡進行擴展，能實現車外現場工作和指揮部辦公環境的各業務支撐。

4　存在問題及對策

陜西地震應急通信指揮車在實際使用中也暴露出一些問題，并嘗試了一些解決方法，總結如下：

（1）車輛長時間停放后無法正常點火啟動。應急通信指揮車改造完成初期出現長期停放后原車電瓶虧電造成車輛無法正常點火啟動的情況，經過分析主要為車改后原車底盤和原有供電系統經過改造，加裝了支撐系統、直流供電照明系統等設備，容易造成車輛關閉后沒能完全切斷電源的情況。因此在原車電瓶控制線路中加裝一路總開關，車輛長期停放時關閉開關可以完全切斷原車電源，改裝后此問題得以解決。

（2）使用單卡4G/3G信道進行視頻會議質量較差。由于4G/3G網絡為多人共享帶寬，當多用戶同時使用無線資源時，網絡的延時和抖動都會增加，尤其在進行高清視頻會議連接時帶寬不足問題尤為明顯，經常出現視頻卡頓現象。為了解決該問題，應急通信指揮車引進一套TVU Networks 4G/3G多卡綁定視頻傳輸系統作為現場視頻會議系統的補充，該系統能實現多張4G/3G卡同時實時傳輸視頻畫面，大幅度提升了數據傳輸帶寬，能流暢實現720P和1080P現場高清視頻的實時回傳，增強了地震現場信息采集傳輸能力。

（3）定向網橋設備使用繁瑣。應急通信指揮車沿用了原有“十五”現場WiMAX和B14無線網橋設備，兩套設備均為定向天線，使用時均需要在車頂將天線打開和固定，并需要針對方向進行調整，操作較為繁瑣。為了解決該問題，現場工作人員嘗試使用Doublecom DB6000ANL 5.8GHz 300M全向天線的無線網橋設備進行通信，并在3公里范圍內進行了測試，取得了良好的效果，下一步將在應急通信車上集成這款全向無線網橋設備，進一步擴展應急通信車周邊的通信能力。

5　結語

隨著社會經濟的高速發展和人民生活水平的不斷提高，地震災害對社會的影響也日益顯著，如何能在震后提高地震現場信息采集和傳輸能力，更好地指導應急指揮工作已經成為當前地震應急的重點。應急通信指揮車的建成能快速建立地震現場和指揮中心的通信，突出了應急通信指揮車機動能力強、集成度高、通信方式多樣、組網靈活的特點，為地震現場工作提供了有力的技術保障。隨著通信技術的不斷發展，應急通信指揮車也將不斷完善，在新形勢下為防震減災事業做出更大的貢獻。

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Key Technology of Modification and System Integration of the Shaanxi Earthquake Emergency Communication Command Vehicle

Jia Ning，Shao Dan，Ji Jianzhong and Li Ruihua
（Earthquake Administration of Shaanxi Province，Xi’an 710068，China）

Aiming at the shortcomings of the integrated box-system of satellite communications constructed in the period of the“Tenth Five-Year Plan”，the Earthquake Administration of Shaanxi Province carried out the vehicle modification of the emergency communication command vehicle with the communication equipment installed and the integration of various technical systems，which effectively improved the earthquake scene communication and emergency command ability.This paper introduces the key technology and application of the modification and system integration of the earthquake emergency communication command vehicle，analyzes the advantages of the emergency communication command vehicle，summarizes the problems in the actual application and puts forward the solutions.

Emergency communications；System integration；Vehicle modification；Earthquake emergency

汶川地震陜西災區防震減災能力恢復重建工程（陜發改投資［2009］1154號）；陜西地震安全與公共服務體系工程項目（陜發改規劃［2012］354號）；中國地震局星火計劃（XH14048Y）

2015-10-08

賈寧，男，生于1982年。工程師。主要從事地震應急技術系統研究。E-mail：30240787@qq.com