基于融合通信技術的核生化爆應急指揮系統的開發研究

劉宇翔　李皓瑜　任興平　楊紅飛　張建紅 馬佐雄

摘要：核生化爆突發事件是指由放射危險物、化學毒劑毒物、致病微生物、可爆燃物等的泄漏、爆炸從而導致的人員傷害的恐怖事件或突發事故。核生化爆突發事件具有較強破壞性，可能造成人員巨大傷亡，對國家安全、社會穩定和經濟發展造成不利影響，開展相應的有毒有害物質檢測、現場數據傳輸以及應急處置策略研究，是綜合性前沿技術應用的難題，具有重要的戰略意義。

關鍵詞：核生化爆;應急指揮系統;救援通信;可視化指揮;信息處理

1.系統開發背景

我國現役的核生化爆應急指揮與防范系統的開發應用一直以來是公安、部隊等部門裝備建設的重要部分，事故現場的數據、語音、視頻高效傳輸以及地理位置信息、氣象信息等綜合信息的采集應用能力是應急指揮系統作戰效率的重要支撐要素，現役系統的解決方案是將數據、語音、視頻獨立進行傳輸并進行后臺處理應用，系統雖然能夠保證所需信息的獲取但是數據本身是分割的，難以提升綜合應用指揮效率。本課題在充分研究現役系統技術瓶頸的基礎上與多個應用部門進行了充分的技術交流，提出采用寬帶融合通信技術集中傳輸數據、視頻及語音，采用MESH自組網技術提供寬帶通信主干，解決現役系統的“數據孤島”問題。指揮系統建設包含GIS地理位置信息、北斗定位信息、實時數據采集信息、氣象信息以及音視頻信息的數據采集和存儲，從而實現多類信息的集中處理，提升突發事件應急指揮系統的高效性、準確性、科學性。課題研發采用成熟的前沿應用技術，集中了行業應用所需解決的關鍵技術，技術風險小、創新程度高。

本課題集成MESH自組網通信技術、物聯網技術、應用軟件技術以及GIS空間信息與北斗定位技術等前沿技術開發滿足公安、武警、部隊等不同用戶要求的專業化應急指揮平臺，促進新興技術和資源在軍民兩個領域的應用，符合“軍民融合”國家戰略，研究成果能夠快速得到應用示范及產業化推進具有良好應用前景。

2.主要研究開發內容、實施方案及技術創新點

課題研究開發的主要內容包括：單兵用多種現場檢測儀器的數據集中采集功能開發;單兵用數據采集多模終端開發;單兵或小規模集群的數據、音頻、視頻融合通信功能實現;寬帶MESH網為通信主干網的搭建應用;基于GIS空間信息與北斗定位應用的應急指揮平臺開發;應急救援策略分析系統開發等。l

2.1 系統的總體設計

本課題提出研發一套面向核生化爆突發事件處置的應急指揮系統，包括前端采集數據通信移動指揮三級功能，各項功能的技術指標如下：

1）前端采集部分：單兵數據采集，通信終端：即有網絡（公網/Wifi或PDT集群網絡）多種通信網絡自適應;支持藍牙或RFID技術采集多種檢測儀器數據;實現數據、語音和視頻通信。

2）數據通信部分：支持16個節點組成自組通信寬帶網，支持3級以上組成鏈式傳輸，實現現場寬帶網絡通信。

3）指揮系統部分：包括GIS指揮控制功能，視頻管理功能，語音控制功能，單兵調度功能，數據分析功能，統計與決策功能等。

2.2 實施技術方案

2.2.1單兵數據采集終端

1）無線數據采集

通過藍牙或近場通訊NFC協議采集檢測設備的實時數據，終端可與周邊設備更緊密的在一起合作，周邊設備采集的數據統一由終端傳輸給后臺，這種融合的數據信息更方便數據分析，解決有線傳輸給單兵帶來的操作不便;

2）北斗定位

定位每一個單兵的實時位置以便于統一調度指揮;

3）集成攝像頭及PDT集群對講功能

終端具備前置、后置雙攝像頭，能夠將現場情況以圖片、視頻的方式取證并通過網絡進行實時回傳。同時具備多媒體業務功能，能實現小視頻、文本、文件等的傳輸;

4）數據存貯、數據加密

設備脫離網絡后能夠實現采集數據的保存，并在接入網絡后自動補充上傳，根據使用方需求選擇數據硬加密功能;

5）二次開發功能支持

Android操作系統，支持定制APP應用，在終端上進入業務系統，實現業務系統的整合和應急偵查流程的融合。

6）遠程統一管控

終端寫頻、升級、功能設置等可通過遠程統一管控無須親臨現場和回收終端，任務無須人員值守，節省成本的同時更加高效。

2.2.2自組網通信網絡

1）快速自組網

開機即用，無需配置?？焖偻瓿涩F場各節點間通信鏈路的建立。最多可支各節點隨時加入或退出網絡，不影響網絡通信。

2）網絡健壯、快速自愈

不依賴于某一個單一節點的性能。如果節點出現故障、受到干擾或者退出，數據包將自動路由到備用路徑繼續進行傳輸，整個網絡的運行不會受到影響。

3）非視距傳輸

具備抗多徑干擾能力以及一定非視距傳輸距離遠及衍射和穿透性能，適用于城市、森林和山區等視線極易受阻的環境。

4）鏈路冗余和通信負載均衡

網絡可以根據每個節點的通信負載情況動態地分配通信路由，從而有效地避免了節點的通信擁塞。

2.2.3調度指揮系統

調度指揮軟件音視頻一體化融合通信與調度平臺，在融合通信基礎之上支撐寬帶多媒體指揮調度業務。

其具體功能分以下幾個模塊

1）GIS指揮控制功能：現場作業小隊可視化、可交互立體作戰系統可把所屬的隊伍、車輛、系統資源、移動軌跡等信息全部標注在地圖上，可以實現基于位置的動態圈選建組，實現音視頻和群信息的溝通，在地圖上實現所見即所得的可視化指揮。

2）視頻管理功能：扁平化、可視化、可交互立體作戰系統可實現把多媒體移動終端、4g移動單兵等設備的視頻集中接入、集中管理、集中調管理，并可實現不同視頻通信系統之間的相互轉發、分發。

3）語音控制功能：小組扁平化、可視化、可交互立體作戰系統解決方案實現有線和無線寬帶上的語音控制，在調度界面發起不同類型呼叫、接聽、掛斷呼叫。

4）數據儲存及輸出：實時數據庫實現前端采集數據的存儲和多元數據分析模型的建立，按照輸出要求輸出到決策輔助系統。

2.3 工作方式

從前端的檢測數據采集，視頻、語音、數據的融合傳輸，到檢測數據、氣象數據的綜合分析，最終給出應急救援策略建議并能夠實現集中的現場指揮功能，形成一個綜合的應急業務支持系統，提升軍警面向核生化爆突發事件的綜合應急處理效率。系統主要由前端采集、數據通信、移動指揮三級功能組成。

2.4 課題創新及系統特點

本課題是多種前沿技術在核生化爆突發事件處置領域的集成應用，關鍵技術點包括以下幾個方面：

1.輕量化的單兵終端，集成數據、語音、視頻傳輸功能并滿足快速指揮調度，適用于4G移動通信網絡及自組網寬帶網絡。

2、MESH自組網寬帶技術的集成應用，滿足高帶寬及充分的通信區域覆蓋能力;不依賴于某一個單一節點的性能。如果節點出現故障、受到干擾或者退出，數據包將自動路由到備用路徑繼續進行傳輸，整個網絡的運行不會受到影響。

MESH拓撲圖——故障發生前

MESH拓撲圖——故障發生后

3、現場指揮調度系統與應急策略支持系統開發，實時數據庫及分析模型的開發。

基于MESH技術的寬帶骨干網示意圖

3. 本領域國內技術標準及狀況

由于技術發展的先后不同國內外核生化爆應急指揮系統技術狀況水平不一，以美國、日本等國家為代表的應急指揮系統具備較強的智能化水平和一體化作戰能力，以日本福島核電事故為例，大量應用了機器人技術、無線通信技術等先進技術，并在事故后加大集群處理、一體化作戰的裝備開發，在專利和技術標準上處于國際領先水平。

綜合國內外核生化爆應急指揮系統的發展來看，通過信息化技術提升數據的實時采集分析能力以及通過音視頻寬帶傳輸應用GIS地理信息技術與衛星定位技術形成信息資源共享加快決策和反應速度，使應急效率大幅提高，是該領域的重要發展方向。

4. 結語

我國應急裝備在近年來得到突飛猛進的發展，特別是在軍事裝備大發展的背景下，應急指揮系統中對物聯網、大數據、機器人等前沿技術的應用進一步深化。但是軍用、公安等行業的現役裝備上還很少將數據采集、音視頻傳輸、集群指揮、大數據分析等重要功能集成在一套系統中，從而提升作戰指揮效率。根據以上分析，本課題提出的在融合通信平臺上實現一體化偵查、指揮、分析系統將會是行業裝備發展的重要方向。

參考文獻

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[4] 劉鐵民. 《突發事件應急指揮系統與聯合指揮》，中國公共安全，2005