海上核應急通信系統設計

李翌陽，張 浩

(武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢 430064)

0 引 言

自19世紀發現放射性以來，核能與核技術利用得到快速發展。核電作為最安全、事故發生概率最低、事故傷亡人數最低的工業領域之一，已逐漸成為現代社會能源的重要組成部分。在國家建設海洋強國、調整海洋能源結構、維護海洋主權的戰略背景下，核電由陸上核電站向海上發展。目前已開展的技術研發有海洋核動力平臺、小型核反應堆等。

在發展海上核能的同時，也應逐步建立并完善海上核應急體系。海上核應急通信系統作為海上核應急的基礎保障，目前沒有適用的通信系統設計規范。國際海上浮動核電站標準規范基本處于空白[1]。《核電廠核事故應急管理條例》《國家核應急預案》偏重于陸上核應急工作，對如何做好海上核應急工作沒有詳細規定[2]。在對海核動力平臺安全監督的探討中，提出需要加快國內相關法規標準的補充建設[3]。構建海上核應急通信系統，對保障應急處置部門、海上浮動核電站及其附近船舶等海上設施應對海上核事故及國內相關法規標準的完善具有重要意義。

1 海上核應急通信需求

海上核應急通信作為海上核應急的重要組成部分，為保障應急處置部門、海上浮動核電站及其附近船舶等海上設施應對海上核事故的而提供的快速響應的通信機制。海上核應急通信需求如表1所示。

表1 海上核應急通信需求Tab.1 Demand for nuclear emergency communication at sea

2 設計參考標準規范分析

目前沒有適用的海上核應急通信系統設計規范，需結合船舶和陸上核電站相關規定及設計規范，研究滿足海上核應急通信需求的通信系統。

2.1 核動力廠設計安全規定（HAF102-2016）

根據對核動力廠通信系統設計的規定，要求在整個核動力廠范圍內設置有效的通信手段，以有助于所有正常運行模式下的安全運行，并在所有假設始發事件后和在事故工況下可用。設置適當的警報系統和通信手段，以便在各種運行狀態和事故工況下，所有在核動力廠現場和廠區的人員都能得到警報和指令。通信手段需多樣化，以滿足核動力廠范圍內、毗鄰區域和相關場外機構通信需求[4]。

HAF102-2016對核動力廠通信系統通信手段有效性、具備通信和警報功能及通信手段多樣化的要求，海上核應急通信系統也應滿足。

2.2 核電廠通信設計規范（NB/T 20263-2014）

規定要求核電廠通信設計應滿足核電廠相關要求，具有冗余性、多樣性，應經過必要的安全分析，保證在任何工況下有可用的通信手段。核電廠通信包括但不限于行政電話系統、安全電話系統、對講電話系統、調度電話系統、無線電話系統、聲力電話系統、綜合布線系統、警報系統、有線廣播系統、時鐘系統[5]。

規范要求的行政電話、安全電話、對講電話、無線電話、聲力電話主要完成核電廠內部通信聯絡的功能，各系統相互獨立。警報系統和有線廣播系統完成報警和信息發布功能，綜合布線系統支持核電廠語音、數據、圖像、多媒體業務等信息的傳遞，時鐘系統對核電廠統一授時，海上核應急通信內部通信系統設計時可配置以上系統。電力調度電話系統用于核電廠內電力調度通信并與網調、省調、廠外變電所建立中繼通信，由于海上浮動核電站遠離陸地，其電話系統難以接入公眾電話網，無法通過電話進行對外電力調度通信，廠內電力調度通信可通過已配置的電話系統進行，故設計時無需配置調度電話系統。

在對外通信方面，規范要求在發生設計基準事故、外部事件及其他事故時，保證至少有一種通信手段能實現對外通信；行政電話可授權一些電話分機與公網直接通信，同時應急指揮中心設置衛星電話保證對外應急通信的可靠性。海上核應急通信對外通信難以通過公眾電話網實現，在進行設計時需配置其他手段進行對外通信。

2.3 國際海上人命安全公約（SOLAS）

為保障海上人命和財產的安全，國際海事組織（IMO）一直致力于海上無線電通信系統的改善和發展。經過相關國際組織的協調，1986年12月定名的全球海上遇險與安全系統（Global Maritime Distress and Safety System, GMDSS）在 1988年 11月通過的《1974年SOLAS公約1988年修正案》第Ⅳ章以法律形式通過。GMDSS使用的通信系統有衛星通信系統和地面通信系統，衛星通信系統包括INMARSAT衛星通信系統和COSPAS/SARSAT系統，地面無線電通信系統包括中頻（MF）、高頻（HF）和甚高頻（VHF）系統[6]。船舶GMDSS設備的根據船舶航行的海區進行配備[7]。

GMDSS將航行船舶、衛星和岸上搜救機構連成一體，保障船舶對岸、船舶對船舶、岸對船舶的全海域遇險報警。一旦船舶遇險，能夠立即向岸上搜救機構和附近航行船舶發送遇險信息，以及時獲得救助。海上核應急通信系統對外通信設計時，可參照SOLAS公約，根據海上浮動核電站工作的海區，配置不同GMDSS設備，實現核應急時對岸上應急機構和附近船舶的對外通信。

2.4 鋼質海船入級規范，2015

根據對船內通信系統的要求，船內通信系統包括主機傳令鐘系統、重要電話系統、輪機員報警系統。規范對船內通信系統的要求主要保證駕駛部和輪機部以及兩者之間的通信聯絡，滿足船舶航行時的通信需求。海上浮動核電站的主要功能非海上航行，無駕駛室、機器控制室等艙室，不具備自主航行能力，主機傳令鐘系統及輪機員報警系統無設置意義。重要電話系統的聯絡功能可由《核電廠通信設計規范》要求的電話系統實現。

3 應急組織機構及通信技術

3.1 應急組織機構

我國海上安全和陸上核電站均有獨立的監管機構及應急組織機構。在監管機構上，中華人民共和國海事局負責行使國家水上安全監督等管理職能，下設直屬海事局及省級地方海事機構。國務院核安全監督管理部門負責核安全監督管理，國務院核工業主管部門、能源主管部門和其他有關部門在各自職責范圍內負責有關的核安全管理工作[8]。

在應急組織機構上，我國海上搜救應急反應組織機構分為中國海上搜救中心、在省（市）政府領導下的省級海上搜救機構、省級搜救機構領導下的地市級海上搜救分中心三級。國務院、軍隊各部門負責按部際聯席會議的要求，組織本部門所屬力量參與海上搜救工作；相關咨詢機構為海上搜救提供技術、信息支持[9]。核事故應急實行國家級、地方（省、自治區、直轄市）政府級及核設施營運單位三級管理，國家設立核事故應急協調委員會，省、自治區、直轄市人民政府根據需要設立核事故應急協調委員會，核設施營運單位負責制定本單位場內核事故應急預案。中國人民解放軍和中國人民武裝警察部隊按照國務院、中央軍事委員會的規定，支援地方的核事故應急工作[8]。

3.2 核電站應急通信

核電廠具備多種類型的通信子系統，系統間相互獨立，其中直通電話、安全電話系統、警報系統、尋呼系統和衛星電話為專設應急通信系統，也用于常規通信；行政電話系統、電力調度電話系統、有線廣播系統、對講電話系統、聲力電話系統、無線電話系統和綜合布線系統為常規通信系統，兼具應急通信功能[10]。考慮到通信子系統設備型號、復雜、不統一，存在各類通信手段不能實現互聯互通的問題，已有研究提出核電站采用高效統一的智能應急通信指揮系統平臺，該平臺除了能夠接入既有的核電站通信子系統外，還具有獨立的通信設備，能夠在不依賴核電站內既有的基礎設施的條件下獨立工作，具備既有系統的接入、衛星鏈路、錄音、操作界面統一、無線數據通信、遠端接入和異地部署等功能[11]。

3.3 海上應急通信技術

受環境條件的限制，海上信息傳輸的主要手段是衛星通信，國外的海上通信主要有國際海事衛星（Inmarsat）通信系統和以銥星及其二代系統、全球星系統為代表的地軌衛星通信系統。我國沒有專門用于保障海洋應急通信的網絡，主要依靠近岸移動通信網絡、短波/超短波電臺、國家現有衛星通信系統以及租用國外還是衛星等技術進行。目前，近海海域可通過Inmarsat、銥星、甚高頻（VHF）、船舶交通管理系統（VTS）、船舶自動識別系統（AIS）等通信手段，離岸30 km以外海域只能依靠Inmarsat、銥星等通信手段[12]。國內海上應急通信技術研究還有基于船載移動基站的海上搜救應用示范系統研究，通過甚小天線地球站（VSAT）衛星通信系統實現與陸地移動網絡的對接，達到海上定位和搜救的目的。此外，VSAT具有靈活性強、可靠性高、使用方便及小站可直接安裝在用戶端等優點，在船岸信息交流、互聯網服務、遠程技術指導、視頻傳輸等方面具有巨大的應用潛力[13]。

4 海上核應急通信系統設計

海上基礎通信設施缺乏、工況環境惡劣，無法搭建可靠的專線通訊鏈路，也難以利用現有的發達公眾通訊網絡，在應急工況下主要依靠自身配備的通信手段來完成事故上報和救援指揮。根據對設計可參考標準規范的分析，海上核應急通信系統內部通信可依據《核電廠通信設計規范》進行設計，外部通信依據GMDSS進行設計，并根據海上浮動核電站實際情況對設備進行剪裁。

從設施平面、能力平面和保障平面設計海上核應急通信系統。設施平面指海上核應急通信設備，能力平面包括多種設備應具備的應急通信能力，保障平面體現海上核應急通信的管理相關性。海上核應急通信參考模型如圖1所示。

4.1 設施平面

海上核應急通信手段主要有以下幾類：

1）海上浮動核電站內部通信設備

內部通信設備有電話系統、警報系統、廣播系統，綜合布線系統、時鐘系統。電話系統包括行政電話、安全電話、聲力電話、無線電話、對講電話，其功能與《核電廠通信設計規范》要求的功能一致。

2）無線電通信設備

無線電通信設備包括甚高頻無線電話（VHF）、中頻無線電裝置（MF）、中/高頻無線電裝置（MF/HF）、自動識別系統（AIS）、奈伏泰斯接收設備（NAVTEX）。

對于A1海區的海上浮動核電站，使用VHF可實現核設施、岸間的無線電通信；同時VHF通信是核電站與船舶現場通信的主要方式。MF可實現A2海區海上浮動核電站與岸間的無線電話通信，2 182 kHz是無線電話遇險與安全通信頻率，也用作非遇險情況下日常無線電話呼叫與應答。MF/HF用于海上浮動核電站/岸，海上浮動核電站/船的中距離和遠距離遇險報警和遇險通信，緊急呼叫和緊急通信，安全呼叫和安全通信，日常呼叫和日常通信。AIS自發、連續向周邊傳至和岸基廣播式發送浮動核電站的身份信息、船位等安全信息，同時自發、不斷接收周邊船舶發送的相關信息。NAVTEX向近海域（A1和A2海區）的核設施廣播海上安全信息（MSI）。

3）衛星通信設備

衛星通信設備包括海事衛星系統的Inmarsat船舶地面站（SES）、用于海上安全信息（MSI）接收的增強群呼接收設備（EGC）、VSAT。

Inmarsat的SES（向衛星）發射和接收（來自衛星）的信號，通過配置的終端設備（電話機、傳真機、電傳機及計算機等）實現所需的（電話、傳真、電傳及數據等）通信。INMARSAT-C EGC系統向遠海域（A3海區）的核設施提供MSI的播發。VSAT在海上核應急通信中，可提供語音電話、高帶寬的數據傳輸、岸方遙控指揮及傳輸決策語音視頻信息等功能。

4）遇險救生通信設備

遇險救生通信設備包括緊急無線電示位標（EPIRB）、搜救雷達應答器（SART）、救生艇筏雙向甚高頻無線電話（TWO-WAY VHF）。

海上浮動核電站遇險時，可以手動或自動啟用EPIRB，通過低極軌道衛星向陸上搜救協調中心發送遇險報警。SART工作在9 GHz頻段，與救助船或救助飛機上的X波段導航雷達構成示位系統，發射示位信號。TWO-WAY VHF主要用于救生艇筏之間、救生艇筏與海上浮動核電站之間，以及救生艇筏與救助單位之間的現場通信。

5）陸上通信網

在海上核應急中，國務院指定的部門、省級人民政府指定的部門和海上浮動核電站的核事故應急機構應具有相互之間快速可靠的通信聯絡系統。陸上核應急相關部門間通過陸上通信網進行聯絡，應準備好應急期間使用的附加電話、無線電、網絡設備或其他通信網。

4.2 能力平面

能力平面體現設施平面不同設備所應具備的共同應急通信屬性。海上核應急通信系統應具備足夠的通信容量、通信手段多樣性，確保應急狀態的可運行性。

1）多重性

多重性是為完成一項特定功能而采用多余最少套數的設備。在滿足多重性原則的條件下，至少一套設備出現故障或失效，不會導致功能的喪失。海上核應急系統應對設備進行冗余備份，在出現單套設備故障的情況下，系統的通信能力不受影響。

2）多樣性

多樣性指為了執行同一功能，采用多套不同類型的設備，減少單套設備故障導致系統功能喪失的可能性，從而提高系統的可靠性。受海上自然環境制約，對外通信基本以無線通信為主。海上核應急通信必須包括多種無線通信手段，如衛星通信、短波/超短波通信等。

3）獨立性

為提高系統的可靠性，系統各設備間應保持獨立性。在系統設計中，應采用功能隔離或實體分隔來實現。如無線電臺、衛星船站等設備，在布置時應充分考慮不同設備天線的安裝布置要求，避免相互之間的干擾。

4.3 保障平面

海上核應急通信系統具有通信手段多樣、所涉及的通信對象廣等特點，保障平面包括影響海上核應急通信系統能力充分發揮作用的關鍵因素，主要包括法律體系、組織體系、應急預案等。

1）法律體系

將現有法律體系按法律效力分為3個層級，如圖2所示。

2）組織體系

根據目前海上安全管理和核電站監管現狀，海上核應急可能涉及的機構有：海事部門、國務院核安全監督管理部門、核工業主管部門、能源主管部門、中國海上搜救中心、省級海上搜救機構、地市級海上搜救分中心、國家級和地方政府級核事故應急協調委員會、核設施營運單位及軍隊等。海上核應急通信涉及多個部門，包括海洋、海事、航道、救撈、核安全監管、運輸、醫療等，應急處置需要多方協同進行，各部門需深度互聯互通。

3）應急預案

應急預案體系包括《國家核應急預案》、省級政府編制的場外應急計劃（預案）、營運單位編制的場內應急計劃（預案）。

5 結 語

目前無海上核應急通信系統設計規范，本文以海上核應急通信需求的基礎上，分析《核動力廠設計安全規定》《核電廠通信設計規范》對核電廠通信能力及通信設備的設計要求和《國際海上人命安全公約》《鋼質海船入級規范》對船舶GMDSS設備及船內通信系統要求，結合海上安全和陸上核電站應急組織機構、應急通信技術，從設施平面、能力平面、保障平面設計海上核應急通信系統。內部通信設施依據《核電廠通信設計規范》進行設計，外部通信參照GMDSS進行設計，并根據海上浮動核電站實際情況對設備進行剪裁。通信能力應滿足核電設計的多重性、多樣性、獨立性要求。法律法規、組織體系、應急預案為核應急通信能力的發揮提供保障。隨著相關法規標準的補充建設，海上核應急通信系統的設計將逐步規范化。