河北地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

康 江，李 姜，呂國軍，李 皓，范 強(qiáng)

（河北省地震局，河北 石家莊 050000）

河北地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

康 江，李 姜，呂國軍，李 皓，范 強(qiáng)

（河北省地震局，河北 石家莊 050000）

為了確保地震現(xiàn)場(chǎng)通信通暢，保障地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急救援工作順利開展，中國地震局建設(shè)了一套基于衛(wèi)星的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，并為各省局配備了相關(guān)的便攜設(shè)備。由于地震現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)星集成箱系統(tǒng)在實(shí)際的使用中存在諸多不足之處，河北省地震局對(duì)其進(jìn)行了集成改造，將便攜站的全部設(shè)備安裝于應(yīng)急通信車內(nèi)，并對(duì)地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信所需各項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)集成。主要介紹了地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)所涉及的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)應(yīng)用中出現(xiàn)的情況給出解決方案。

地震應(yīng)急；應(yīng)急通信；系統(tǒng)集成

P315.69

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.04.017

1674-8565（2017）04-0095-05

河北省地震局地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目（DZ20170510059）

2017-06-21

2017-09-10

康江(1987-),男，河北省石家莊市人，2014年畢業(yè)于河北科技大學(xué)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事地震應(yīng)急技術(shù)研究方面的工作。E-mail：kjiang810@163.com

0 引言

地震發(fā)生后會(huì)對(duì)地面通信基站、通信光纜、通信塔等基礎(chǔ)設(shè)施造成破壞，導(dǎo)致地面通信不暢甚至中斷，對(duì)災(zāi)情信息的傳遞、救援力量和救援物資的分配造成很大的障礙，給救災(zāi)工作的開展帶來很大困難，因此需要建立一套可靠的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)來保障地震現(xiàn)場(chǎng)各類信息的交互[1-4]。在中國地震局統(tǒng)一規(guī)劃下，各省局建立了地震現(xiàn)場(chǎng)通信系統(tǒng)。由于國家局配發(fā)的通信系統(tǒng)設(shè)備以集成箱為載體，經(jīng)過多次演練實(shí)踐證明，大量的箱式設(shè)備不僅嚴(yán)重制約著通信系統(tǒng)的展開時(shí)間，同時(shí)也需要較多的保障人員，嚴(yán)重影響了震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信響應(yīng)速率，給地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急救援工作的開展造了成很大的障礙。因此，河北省地震局經(jīng)過對(duì)原有便攜集成箱式設(shè)備升級(jí)改造，建立了一套車載式地震應(yīng)急通信系統(tǒng)，以保障地震現(xiàn)場(chǎng)各類災(zāi)情信息的收集及傳輸，為地震現(xiàn)場(chǎng)與各個(gè)救援參與單位提供了可靠的通信保障。

1 車輛集成

1.1 車輛改造

根據(jù)國家技術(shù)規(guī)范的要求，通信車的工作特點(diǎn)，考慮到要適應(yīng)復(fù)雜路況、承重大等業(yè)務(wù)需求，通過認(rèn)真分析研究對(duì)國內(nèi)外相關(guān)車型綜合對(duì)比后，選用奔馳524底盤進(jìn)行改造集成。整車共分為三個(gè)區(qū)：分別為駕駛區(qū)、工作區(qū)和設(shè)備區(qū)。

1.2 供電系統(tǒng)

車輛采用了靈活方便的供電系統(tǒng)。在電源設(shè)計(jì)上，以整車所需要的電源總功率為依據(jù)，具有較大的冗余性，采用了市電、后備電池、汽油發(fā)電機(jī)等多種供電方式，汽油發(fā)電機(jī)選用進(jìn)口高性能的靜音型汽油發(fā)電機(jī)組。市電采用220V，頻率50Hz。當(dāng)市電斷開的狀態(tài)下，系統(tǒng)自動(dòng)切換至由蓄電池供電，并啟動(dòng)油機(jī)，在油機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)切換至油機(jī)供電。

1.3 車輛支撐

由于地震現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地環(huán)境較為復(fù)雜，很難提供平整的路面用于停放應(yīng)急通信車開展通信保障業(yè)務(wù)，輪胎彈性較大也不利于車輛自身保持平衡穩(wěn)定，車輛晃動(dòng)會(huì)引起衛(wèi)星天線對(duì)星角度發(fā)生變化，從而造成衛(wèi)星系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，同時(shí)由于車輛加載的大量通信裝備長(zhǎng)期停放，易造成底盤彈簧鋼板變型及輪胎受損。因此，通信指揮車加裝一組大力神折彎式電動(dòng)平衡支撐系統(tǒng)，在車輛到達(dá)地震現(xiàn)場(chǎng)后，支撐系統(tǒng)能快速支撐和平衡車體，保證系統(tǒng)安全工作；同時(shí)，可以增加抗風(fēng)性能及車輛穩(wěn)定性，避免了應(yīng)急通信中衛(wèi)星設(shè)備由于車輛晃動(dòng)引起的干擾。

2 業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成

2.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成

依據(jù)“十五”項(xiàng)目原有地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信局域網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，對(duì)核心交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)路由器進(jìn)行升級(jí)改造，將圖形工作站、多媒體調(diào)度服務(wù)器、視頻會(huì)議終端、WiMax基站、IP語音網(wǎng)關(guān)、WiFi路由器等設(shè)備連接至核心交換機(jī)，構(gòu)成地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)基本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。通過不同的路由配置，可通過衛(wèi)星通信網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)以及無線局域網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)途徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

地震現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用甚小口徑衛(wèi)星終端站（VSAT）進(jìn)行通信，采用“點(diǎn)到多點(diǎn)”的組網(wǎng)方式。日常運(yùn)行利用一段2MHz的載波進(jìn)行通信，地震發(fā)生后，增加一條8MHz的載波進(jìn)行通信。歷次地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信保障工作表明，當(dāng)震級(jí)小于6.0時(shí)，震區(qū)大部分通信基礎(chǔ)設(shè)施受損普遍輕微[5]，因此可使用當(dāng)?shù)匾苿?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行應(yīng)急通信，也可以通過無線網(wǎng)橋與公共通信信道連通，從而搭建VPN 通信信道實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)地震現(xiàn)場(chǎng)和地震行業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，為地震現(xiàn)場(chǎng)的信息交換提供技術(shù)支撐[1]。

圖1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)鋱DFig.1 The Network system topology

由上圖可知，整套系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和業(yè)務(wù)設(shè)備構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)國家應(yīng)急衛(wèi)星網(wǎng)接入功能，由衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、無線網(wǎng)橋、WiMax基站、無線路由器組成及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)成。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要由SKYWAN（諾達(dá)）IDU 7000 調(diào)制解調(diào)器、功放及其電源模塊、高頻頭、分路器和C-COM980衛(wèi)星天線及天控系統(tǒng)構(gòu)成。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)地震行業(yè)專網(wǎng)接入功能。本系統(tǒng)采用MP1800-35E 新一代多業(yè)務(wù)4G無線工業(yè)路由器，將相應(yīng)的路由策略寫入該路由器，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與地震行業(yè)專網(wǎng)互聯(lián)互通。WiMax基站和無線網(wǎng)橋可以實(shí)現(xiàn)將光纖、地面網(wǎng)絡(luò)等提高的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行無線組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)5km范圍內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)接入功能。無線路由器實(shí)現(xiàn)車輛100m范圍內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)接入功能。

業(yè)務(wù)設(shè)備主要由科達(dá)SKY X500視頻會(huì)議終端、多媒體調(diào)度終端、無線圖傳工作站、圖形工作站組成。視頻會(huì)議終端主要實(shí)現(xiàn)車內(nèi)與后方指揮部音視頻傳輸功能，保障各種會(huì)議的順利召開。多媒體調(diào)度終端主要實(shí)現(xiàn)多媒體調(diào)度指揮功能，無線圖傳工作站接收由車載站和中繼站發(fā)回的音視頻。圖形工作站即系統(tǒng)工作站，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)備、業(yè)務(wù)設(shè)備等的實(shí)時(shí)監(jiān)控及狀態(tài)記錄。

2.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)

衛(wèi)星通信是指利用衛(wèi)星作為中繼站而進(jìn)行的通信。衛(wèi)星通信主要有通信衛(wèi)星和地球站組成。常見的衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間站和地球站組成?？臻g站由在軌運(yùn)行的通信衛(wèi)星以及對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行操作的地面站組成。國家地震應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用亞洲4號(hào)衛(wèi)星（122oE）KU波段進(jìn)行通信[6]。地球站主要包括：中心站、固定站和移動(dòng)站。其中中心站設(shè)在國家臺(tái)網(wǎng)中心，固定站設(shè)在各個(gè)省局指揮大廳，移動(dòng)站又分為車載站和便攜站。河北局移動(dòng)站衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)備連接情況如圖2所示。

圖2 衛(wèi)星設(shè)備連接示意圖Fig.2 Satellite device connection diagram

2.3 無線圖傳系統(tǒng)與多媒體調(diào)度系統(tǒng)

微波無線圖傳系統(tǒng)是利用微波進(jìn)行音視頻傳輸?shù)囊惶妆憬莸耐ㄐ畔到y(tǒng)，包含三個(gè)子系統(tǒng)，分別是：?jiǎn)伪到y(tǒng)、車載接收和中繼接收發(fā)射系統(tǒng)，各系統(tǒng)設(shè)備連接如圖3所示。

圖3 無線圖傳系統(tǒng)設(shè)備連接示意圖Fig.3 Wireless map transmission system equipment connection diagram

在原有的系統(tǒng)之上增加了一套適用于車載的多媒體調(diào)度系統(tǒng)。基于該系統(tǒng)可以構(gòu)建地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮中心，將各種信息通訊業(yè)務(wù)統(tǒng)一管理，采用衛(wèi)星或者移動(dòng)通信系統(tǒng)將車載指揮系統(tǒng)與指揮大廳互聯(lián)互通。該系統(tǒng)各項(xiàng)業(yè)務(wù)主要通過多媒體調(diào)度一體機(jī)進(jìn)行業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)。調(diào)度一體機(jī)是一個(gè)高度集成化調(diào)度平臺(tái)，內(nèi)置GSM/CDMA/3G/4G、FXO/FXS/E1、DB15集群接口等多種通信接口。除了實(shí)現(xiàn)常規(guī)的調(diào)度功能外，還可實(shí)現(xiàn)與PSTN固話、移動(dòng)手機(jī)、TETRA和GOTA數(shù)字集群對(duì)講系統(tǒng)等多種通信系統(tǒng)聯(lián)通，大幅提高調(diào)度平臺(tái)的兼容性，為指揮調(diào)度提供有力信息保障。調(diào)度運(yùn)行界面如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)運(yùn)行界面Fig.4 System operation interface

2.4 音視頻系統(tǒng)

音視頻系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)地震現(xiàn)場(chǎng)各類災(zāi)情音視頻信息的采集與傳輸，確保與后方指揮中心以及各個(gè)救援參與單位之間的音視頻的互聯(lián)互通，圖5對(duì)音視頻的信息流做了示意性連接描述。

圖5 音視頻系統(tǒng)集成連接圖Fig.5 Audio and video system integration connection diagram

車內(nèi)采用索尼高清分辨率攝像頭進(jìn)行圖像及視頻采集；科達(dá)視頻會(huì)議終端SKY X500和IDS多媒體調(diào)度指揮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地震現(xiàn)場(chǎng)和與后方指揮中心以及各個(gè)救援參與單位之間的音視頻雙向傳輸及雙流顯示；數(shù)字調(diào)音控制臺(tái)將圖形工作站、視頻會(huì)議終端、多媒體調(diào)度系統(tǒng)、車內(nèi)話筒以及其他音頻信號(hào)提供控制和切轉(zhuǎn)、擴(kuò)聲等功能。

3 實(shí)際應(yīng)用與問題對(duì)策

河北地震應(yīng)急通信系統(tǒng)經(jīng)歷過多次應(yīng)急演練檢驗(yàn)。例如：2015年8月26日由河北、山西、內(nèi)蒙古地震局聯(lián)合開展的晉冀蒙交界重點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)地震應(yīng)急聯(lián)動(dòng)演練在內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)進(jìn)行，通信指揮車經(jīng)過4個(gè)多小時(shí)的長(zhǎng)途行程，充分發(fā)揮機(jī)動(dòng)能力，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)快速到達(dá)演練目的地，各項(xiàng)業(yè)務(wù)順利展開，圓滿完成演練任務(wù)。2016年9月13日參加了國家臺(tái)網(wǎng)中心組織的全國地震應(yīng)急指揮系統(tǒng)應(yīng)急響應(yīng)與服務(wù)保障演練，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)參演單位間的互聯(lián)互通。每月、季度開展的地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信演練同樣對(duì)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行提供了良好的經(jīng)驗(yàn)。

在日常的運(yùn)行維護(hù)中，發(fā)現(xiàn)了一些問題，并嘗試了一些解決辦法，總結(jié)如下：

（1）衛(wèi)星鏈路建立不暢

在實(shí)際的應(yīng)用中，經(jīng)常出現(xiàn)無法正常對(duì)星的情況。由于衛(wèi)星利用高頻微波信號(hào)進(jìn)行信息傳輸[2]，因此在尋星過程中避免周圍高大建筑物以及其他造成較高物體帶來的遮蔽干擾，從而造成衛(wèi)星波速回波反射。另外還要避開與衛(wèi)星通信同頻或者臨頻的干擾源，如微波信號(hào)等。

（2）與其他省局自行組網(wǎng)不暢

在現(xiàn)有的地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是以省局為單位進(jìn)行的，河北地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)可以在網(wǎng)內(nèi)與其他省地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，但省局之間指揮大廳內(nèi)進(jìn)行視頻會(huì)議組會(huì)通常通過地震專網(wǎng)進(jìn)行，河北地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)若想與其他省局指揮大廳進(jìn)行音視頻聯(lián)通只能通過河北省局指揮大廳進(jìn)行轉(zhuǎn)接，建議臺(tái)網(wǎng)中心給出自行組網(wǎng)的操作策略及規(guī)范。

除此之外，應(yīng)急通信車長(zhǎng)時(shí)間停放容易造成車載啟動(dòng)電瓶虧電，導(dǎo)致車輛無法正常點(diǎn)火啟動(dòng)，因此在車輛入庫后要切斷由車輛電瓶供電的設(shè)備，同時(shí)要對(duì)車輛進(jìn)行定期維護(hù)。

4 結(jié)語

隨著社會(huì)發(fā)展，地震災(zāi)害造成的影響越發(fā)嚴(yán)重。尤其在地面通信設(shè)施被毀，通信中斷的地震災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，如何能在震后快速建立一條地震現(xiàn)場(chǎng)與后方指揮中心及各個(gè)救援參與單位的可靠、有效的通信線路，提高地震現(xiàn)場(chǎng)信息采集和傳輸及交互能力，將成為當(dāng)前地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急工作的重點(diǎn)內(nèi)容。河北地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)具有的高度集成、靈活組網(wǎng)、通信方式多樣、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，可以快速建立地震現(xiàn)場(chǎng)與后方指揮中心、現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)救援單位的通信鏈路，為地震現(xiàn)場(chǎng)工作信息傳輸與交互提供技術(shù)支持，保障地震現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)應(yīng)急工作順利開展。

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Research on Key Technology of Emergency Communication System in Hebei Earthquake Field

KANG Jiang，LI Jiang，LV Guo-jun，LI Hao，F(xiàn)AN Qiang

（Earthquake Administration of Hebei Province, Hebei Shijiazhuang 050000, China）

In order to solve the problem of on-site emergency communication caused by the devastating earthquake, during the period of“ Tenth Five-Year Plan”，Earthquake Administration of China has providedall provincial-level administrations with satellite communication portable stations for earthquake emergencyon-scene communication. Due to the seismic site of the satellite integrated box system in the actual use of the existence of many shortcomings, Earthquake Administration of Hebei Province has integrated the transformation, installed all portable station equipment in emergency communication vehicle, integrated the operation of emergency communication in earthquake field. This paper mainly introduces the key technologies and applications of emergency communication system in earthquake field, summarizes the present situation in practical application and presents the solution.

earthquake emergency; emergency communication; system integration