多種通信手段在遇險救生體系中的應(yīng)用研究

陳 超,王 毅，毛 強，薛 凱

(空間物理重點實驗室，北京 100076)

多種通信手段在遇險救生體系中的應(yīng)用研究

陳 超,王 毅，毛 強，薛 凱

(空間物理重點實驗室，北京 100076)

我國海域遼闊，各類船只的水上航行和作業(yè)安全密切關(guān)系到生命和財產(chǎn)的安全，需要可靠保障;由于海上險情發(fā)生的隨機性和突發(fā)性，岸上險情監(jiān)視力量必須全時、全天候地開設(shè)險情通信通道，接收海上遇險對象的遇險呼救信號并及時對遇險信息進行處理;因此，岸基必須建設(shè)遇險救生信息系統(tǒng)并規(guī)定必要的信息傳輸流程，保障險情報知通信的順利完成;文章簡要分析了目前海上救生的通信現(xiàn)狀，對常用通信手段進行了分析與介紹，并提出了一種整合各通信手段的設(shè)計方法，實現(xiàn)了多種通信手段的綜合使用以及統(tǒng)一調(diào)度，大幅提升險情信息的傳輸和處理效率，提高險情信息的保密性，為救援工作提供了精確可靠的問責手段。

遇險救生系統(tǒng);消息傳輸及處理;多種通信手段

0 引言

我國海域遼闊，擁有340多萬平方公里的海域面積，1.8萬公里的海岸線。各類船只的水上航行和作業(yè)安全是各國重點關(guān)注的內(nèi)容，它密切關(guān)系到生命和財產(chǎn)的安全[1]。遇險救生任務(wù)的重點在于事故發(fā)生之后遇險信息的準確報知，以保障能夠快速有效地實施救助行動。

由于海上險情發(fā)生的隨機性和突發(fā)性，岸基險情監(jiān)視力量必須全時、全天候開設(shè)險情通信通道，接收海上遇險對象的遇險呼救信號，確保遇險信號無干擾、無阻塞、無遺漏地被收妥[2-3]。因此岸基必須配置與各種遇險對象以及各型險情報知通信裝備匹配的通信裝備，并常開常設(shè)；必須具備自動接收信號的能力，由人工對險情進行收妥確認，確保在設(shè)備成功接收信息的基礎(chǔ)上，險情由人工處理，以告知停止遇險對象發(fā)送無謂的遇險呼救信號，節(jié)省遇險對象電池電力，減少對呼救信號及專用信道的占用；必須能夠?qū)Χ嗍侄巍⒍啻紊蠄蟮碾U情進行預(yù)處理和綜合，并及時、準確地向搜救指揮部門報告險情。因此，岸基必須建設(shè)遇險救生通信系統(tǒng)并規(guī)定必要的信息傳輸流程，保障從遇險對象到搜救指揮部門的快速、可靠、準確的險情報知通信。

本文旨在提出一種遇險救生信息處理系統(tǒng)，提供對多種通信手段發(fā)送的遇險信息的綜合接收、解析和處理功能，對救生力量進行綜合調(diào)度，為遇險救生任務(wù)的順利完成提供條件。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 民用遇險救生通信現(xiàn)狀

為最大限度保障海上人命和財產(chǎn)的安全，國際海事組織在國際海上安全公約(international convention for safety of life at sea，SOLAS)的框架下，一直致力于海上遇險救生通信的改善和發(fā)展，建立了全球海上遇險與安全系統(tǒng)(global maritime distress and safety system，以下簡稱GMDSS)，強制規(guī)定所有加入SOLAS公約國家的民用船只使用該系統(tǒng)[4-6]。我國按照國際GMDSS的建設(shè)要求，分別在三亞、廣州、福州、上海、大連建設(shè)了5個大中型航行電傳(NAVTEX，NAVIgational TelTEX)海岸電臺，同時在大連、福州、廣州、海口、連云港、寧波、青島、上海、天津、廈門、煙臺、湛江、秦皇島等地建立了超短波數(shù)字選擇性呼叫(digital selective calling，DSC)海岸電臺，在上海等地建設(shè)了短波DSC海岸電臺，在北京建設(shè)了海事衛(wèi)星地球站，為險情報知通信提供了條件[5]。

為實現(xiàn)對遇險對象的快速搜救，我國交通部設(shè)立海上搜救中心，沿海和內(nèi)河各省市也設(shè)立了海上搜救指揮部門，為民眾提供海上(內(nèi)河水上)遇險報警、搜救組織、指揮協(xié)調(diào)等服務(wù)。海上搜救中心根據(jù)《國家海上搜救應(yīng)急預(yù)案》運作，險情信息逐級確認、逐級過濾、逐級處理，各級依據(jù)自身能力組織專業(yè)的搜救力量實施救援[5]。其中，交通部所轄救助打撈局為主要的專業(yè)搜救力量，配備了專業(yè)救撈裝具。在需要跨部門聯(lián)合搜救時，全國海上搜救中心根據(jù)部際聯(lián)席會議機制進行信息共享和任務(wù)協(xié)同。

1.2 軍用遇險救生通信現(xiàn)狀

世界上各國海軍的遇險救生通信系統(tǒng)的建設(shè)情況各不相同，其中美、英和日本等國的主要做法如下。

圖2 遇險報文接收與用戶發(fā)送收妥確認報文時序圖

首先，遇險救生任務(wù)一般由專門的部門負責，如美軍、英軍以及加拿大等國的海岸警備隊、日本的海上保安廳等部門；其次，其遇險救生通信部分地利用GMDSS，同時構(gòu)建軍用的遇險救生系統(tǒng)，從而確保軍隊對軍用遇險對象的險情信息具有“第一”知情權(quán)。在GMDSS的利用方面，各國按照各自的通信體制，設(shè)置了不同的救生頻段，并與GMDSS接軌。在軍隊專用的遇險救生通信建設(shè)方面，建立專用遇險救生通信系統(tǒng)，作為他們國防通信網(wǎng)和戰(zhàn)區(qū)通信網(wǎng)中的一個分系統(tǒng)，同時具備通信指揮和遇險呼叫功能，承擔常規(guī)通信、遇險報知、氣象保障等任務(wù)。例如，美軍為了給處于遇險情況的人員及設(shè)施提供援助，建立了“搜索救援網(wǎng)”，為網(wǎng)內(nèi)人員和設(shè)施提供遇險情況下的通信。此外，美軍海岸警衛(wèi)隊在“搜救-21”項目投入近7.1億美元，建立專用的集遇險救生通信、指揮、控制于一體的網(wǎng)絡(luò)，專門用于美國沿岸的遇險救生任務(wù)[7]。

我國軍用海上對象的遇險救生設(shè)備建設(shè)相對完善，但是岸基險情接收和處理方面的設(shè)備和軟件相對落后，主要存在以下三方面的問題：

1)缺乏綜合的多種手段的險情信息綜合和處理設(shè)備；

2)部分常規(guī)通信手段在接收報文后只能采用人工轉(zhuǎn)信的方式上報險情，險情信息傳輸效率較低；

3)由于岸基配套裝備建設(shè)薄弱，相應(yīng)的遇險救生通信處理技術(shù)規(guī)范、操作規(guī)范建設(shè)滯后，導(dǎo)致險情信息傳遞和處理職責難以落實，在險情遺漏處理的情況下難以問責。

2 主要業(yè)務(wù)流程概述

圖1 遇險救生任務(wù)涉及的4個要素交互示意圖

遇險救生任務(wù)所涉及的要素可歸納為：遇險對象、險情監(jiān)視力量、搜救指揮部門、救援力量等4個要素，如圖1所示。遇險對象包括海上遇險船只，飛行員等；險情監(jiān)視力量主要包括岸基的險情信息接收站點、險情信息處理設(shè)備及險情值守人員等；搜救指揮部門是指各級組織指揮搜救行動的職能部門；救援力量通常由兩部分組成，一部分是專業(yè)的搜救力量，另一部分是事故發(fā)生地附近的艦船及飛機等非專業(yè)搜救力量。

遇險對象及時準確的險情報告，險情監(jiān)視力量全時、全域的險情監(jiān)視，搜救指揮部門快速有效的救援組織和順暢精確的救援指揮，搜救力量緊密有序的現(xiàn)場協(xié)同是確保海上遇險救生任務(wù)順利完成的必要條件[3]。其中，遇險救生通信是遇險救生任務(wù)順利完成的首要環(huán)節(jié)和基本支撐手段。

遇險救生信息處理系統(tǒng)的主要職能是對遇險信息的接收、解析和后續(xù)處理。報文的接收與用戶發(fā)送收妥確認業(yè)務(wù)流程的時序圖如圖2所示。

各過程描述如下：

1)遇險對象在遇險的緊急情況下會通過短波數(shù)字選擇性呼叫(以下簡稱DSC)、超短波DSC、短波窄帶直接印字報(Narrow Band Direct Printing telegragh，以下簡稱NBDP)、北斗衛(wèi)星、特高頻(Ultra High Frequency)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星(以下簡稱UHF戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星)等多種手段發(fā)出遇險報告和告警信息，信息內(nèi)容中包含遇險對象身份標識、遇險性質(zhì)、地點、時間及后續(xù)通信方式等信息，以便救援力量精確定位并給予救援；

2)岸基設(shè)備接收到遇險報告和告警信息后上報給遇險救生信息系統(tǒng)，本系統(tǒng)應(yīng)具有全時、全天候監(jiān)聽海上遇險報警信號的能力；

3)消息傳輸與處理子系統(tǒng)對險情信息進行預(yù)處理和分發(fā)。系統(tǒng)解析報文并預(yù)處理成可以查看的形式，按照特定的分發(fā)策略分發(fā)給相應(yīng)操作人員，確保可靠、準確、不遺漏地接收和分發(fā)海上遇險呼救信號；

4)系統(tǒng)在接收到險情信息并分發(fā)給相關(guān)人員后，給出告警提示，相關(guān)人員必須進行險情值守，以人工方式盡可能以最快速度對險情進行確認或轉(zhuǎn)發(fā)給其他人處理，確保險情信息及時被處理，確保搜救指揮部門及時、準確掌握海上險情。同時，本系統(tǒng)上報遇險報文至救援值班系統(tǒng)與通信指揮控制系統(tǒng)；

5)險情信息已被處理的情況下，在條件允許(如遇險通信設(shè)備電力未喪失、遇險人員清醒，時間允許等)的情況下，操作人員應(yīng)可以與遇險對象之間利用短波NBDP、UHF戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星、“北斗”短消息等手段進行后續(xù)通信，便于指揮人員對救生力量進行指揮和險情信息的后續(xù)處理。

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

遇險救生信息處理系統(tǒng)采用Struts框架實現(xiàn)模型-控制器-視圖模式，對業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)和用戶接口進行分離，采用Hibernate框架實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的操作，采用Spring實現(xiàn)對象管理，采用Apache CXF框架實現(xiàn)對Web Service的調(diào)用與發(fā)布，系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 遇險救生信息處理系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)各模塊之間以及系統(tǒng)與其他通信子系統(tǒng)之間的消息交互示意圖如圖4所示，實線部分為本系統(tǒng)的構(gòu)成模塊，虛線部分為外系統(tǒng)部分。

圖4 消息傳輸及處理子系統(tǒng)消息交互示意圖

3.1 設(shè)備消息交互與處理模塊

本模塊分為消息接收與發(fā)送子模塊、報文信息解析與處理子模塊以及設(shè)備狀態(tài)參數(shù)解析與處理子模塊三部分，各子模塊之間的關(guān)系如圖5所示。

圖5 設(shè)備信息交互與解析模塊交互圖

3.2 消息接收與發(fā)送子模塊

該模塊主要實現(xiàn)建立與維護與通信設(shè)備之間連接，接收設(shè)備消息以及發(fā)送消息到設(shè)備三部分的功能。為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕灸K為各通信子系統(tǒng)提供多種接入手段。對于短波和超短波通信子系統(tǒng)，系統(tǒng)提供以太網(wǎng)與電話網(wǎng)兩種傳輸方式，默認使用以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，以太網(wǎng)出現(xiàn)故障時系統(tǒng)可自動切換至電話網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸。對于北斗衛(wèi)星通信子系統(tǒng)，系統(tǒng)提供串口與網(wǎng)口兩種接入方式，默認使用網(wǎng)口連接，出現(xiàn)故障后可自動切換到串口進行數(shù)據(jù)傳輸。同時，本模塊還提供消息的重傳機制來確保消息的可靠傳輸。

3.3 報文信息解析與處理子模塊

該模塊主要提供報文信息生成，報文內(nèi)容解析以及持久化等功能。本系統(tǒng)綜合多種通信手段，每種通信手段又有多種格式的報文，本模塊按照相應(yīng)的報文協(xié)議對消息接收與發(fā)送子模塊接收的相應(yīng)報文數(shù)據(jù)進行解析，并將報文存入數(shù)據(jù)庫進行持久化，以便用戶查看和操作。用戶主動發(fā)起通信時，本模塊負責生成要發(fā)送的報文，并通過消息接收與發(fā)送子模塊發(fā)送。

3.4 設(shè)備狀態(tài)參數(shù)解析與處理子模塊

該模塊主要提供設(shè)備參數(shù)，設(shè)備狀態(tài)等信息的生成和解析功能，主要包括對同步、登錄、輪詢、應(yīng)答、設(shè)備狀態(tài)上報等信息的生成與解析。本模塊根據(jù)接收的數(shù)據(jù)來建立與維護本系統(tǒng)與設(shè)備之間的連接狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)等狀態(tài)信息，并將設(shè)備信息存入數(shù)據(jù)庫進行持久化，以便服務(wù)器用戶根據(jù)設(shè)備狀態(tài)選用正確的設(shè)備進行操作。用戶對設(shè)備的操作指令通過本模塊生成，通過消息接收與發(fā)送子模塊實現(xiàn)發(fā)送。

4 實驗結(jié)果與分析

根據(jù)用戶反饋，系統(tǒng)能夠較好地能夠滿足遇險救生任務(wù)的特殊性，保證了消息傳輸?shù)母咝浴⒎€(wěn)定性和可靠性，對數(shù)據(jù)分發(fā)的準確性和安全性有較好的保障。

與傳統(tǒng)遇險救生體系相比，本系統(tǒng)具備以下優(yōu)點：

1)實現(xiàn)多種通信手段的綜合使用以及統(tǒng)一調(diào)度。由于海上險情發(fā)生具有難以預(yù)料的不確定性，所有險情報知手段須全時、全天候、全區(qū)域進行值守，該系統(tǒng)可以為值守人員集中和統(tǒng)一處理各種手段報知的險情提供便利，從而實現(xiàn)對多種手段、多次報知同一遇險事件險情的綜合處理；

2)大幅提升險情信息的傳輸和處理效率。遇險救生信息系統(tǒng)在接收到遇險信息后會按照分配策略將險情信息自動分發(fā)給相關(guān)值守人員進行處理，可以實現(xiàn)險情信息有無線自動轉(zhuǎn)發(fā)功能，利用岸基現(xiàn)役網(wǎng)絡(luò)連接險情接入點裝備和險情信息處理裝備，減少落地環(huán)節(jié)，提高信息傳遞效率；

3)提高險情信息的保密性，提供精確可靠的問責手段。軍用海上對象遇險通常是軍事行動的延續(xù)，尤其是對于隱秘性要求較高的海上對象，其險情信息具有非同尋常的社會、政治、軍事和經(jīng)濟影響，必須謹慎及時的處理，否則將破壞軍事行動的隱蔽性，帶來極為不利的國際影響。因此，必須確保獲得遇險事件“第一知情權(quán)”以贏取主動。本系統(tǒng)提供較為科學健全的分發(fā)策略，為控制海上對象險情知情范圍，明確險情處理責任人提供保障。

5 總結(jié)

系統(tǒng)目前已投入正式使用，針對遇險救生任務(wù)需要綜合多種通信手段的需求，本系統(tǒng)在設(shè)計時盡可能統(tǒng)一與其他通信子系統(tǒng)之間的協(xié)議，對已經(jīng)建設(shè)完成，無法修改的通信子系統(tǒng)，單獨定制通信協(xié)議，減少設(shè)計與實現(xiàn)的復(fù)雜度。針對數(shù)據(jù)傳輸高效、穩(wěn)定和可靠的需求，一方面，在與通信設(shè)備交互時加入消息重傳機制，從而減小網(wǎng)絡(luò)時延等問題對消息傳輸帶來的影響，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。另一方面，為各通信子系統(tǒng)提供多種接入手段進行數(shù)據(jù)傳輸，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。考慮到知情權(quán)問題，系統(tǒng)提供包括對遇險對象、遇險性質(zhì)和報文種類權(quán)限的靈活配置，在接收報文后根據(jù)權(quán)限直接分發(fā)到不同用戶，通過聲光告警等手段告知用戶，減少消息傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，提高消息傳輸?shù)男逝c安全性。

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Research on Application of Multi-Communication Methods in Distress and Rescue System

Chen Chao, Wang Yi, Mao Qiang, Xue Kai

(Science and Technology on Space Physics Laboratory,Beijing 100076,China)

The safety of vessels’ waterborne operations, which is closely related to lives and property, has become the most important element in navigation. However, the land-based monitor system faces great challenges since China is a country with large maritime territory and accidents in the sea are usually unpredictable. For these reasons, the monitor system should not only provide full-time and all-weather communication channels to receive signals sent by vessels in distress, but also process the message as soon as possible. Therefore, it is necessary to build a distress and rescue information system and specify rules of message transmission to ensure the success of communication between ships and rescue center. This paper introduces the background of Distress and Rescue Information System and reviews the current status of system in distress and rescue field which can deliver distress messages to the command center accurately in less delay, it has raised the level of automation in message transmission. System can also improve the security level of message transmission process and identify responsibilities in the distress rescue task.

distress and rescue system; message transfer and process; multiple communication methods

2017-08-31；

2017-09-23。

陳 超(1988-)，男，山東濰坊人，碩士研究生，工程師，主要從事航天軟件復(fù)用及信息處理技術(shù)方向的研究。

1671-4598(2017)12-0184-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.12.048

TN91

A