基于融合通信技術的移動氣象應急保障系統設計與實現

沈岳峰，陳 濤，卜清軍

(天津市濱海新區氣象局探測與信息中心 天津300456)

0 引 言

濱海新區存在大量的石油化工產品及危險化學品物流倉儲庫房，發生重、特大安全事故的概率較高。當事故發生時，相關部門要在第一時間趕赴現場，氣象應急保障對突發時間的快速應急響應、氣象數據監測和預報預警準確性和及時性提出了極高的要求[1-3]。

“移動應急氣象服務系統”是氣象災害監測預警和應急工程的有機組成部分，在出現重大災情和公共安全事件時，能作為固定系統的有效延伸，在時空尺度上能進行加密精確監測，可對現場的聲像實況以及各類氣象要素進行采集并快速傳輸，以保障局內服務人員實時掌控現場狀況，直接獲取第一手資料，并能在重大災害情況下，成為現場應急服務中心，支持領導和業務專家實現高效、快速的現場服務決策。

濱海新區移動應急氣象服務系統包含濱海新區氣象局指揮中心和應急機動現場服務與指揮。前者的主要任務是：針對新區范圍發生的災害進行分析和評估及制定災害的預防措施，通過這種預防措施來減少災害的發生，降低災害可能造成的損失等。后者則主要是氣象災害或突發事件的現場指揮。

為了打通各種通信系統的接口，使系統間能跨網、跨設備聯合通信，實現多制式通信終端的快速接入和異構設備間的互聯互通，系統通過融合通信系統加以實現[4]。

1 系統架構及主要功能

新區移動氣象應急保障系統定位是為發生重大氣象災害或區域級公共安全事件提供現場服務決策的場所，同時具有強大的指揮調度和與其他移動應急系統進行信息數據交互的能力，可實現與天津市氣象局、濱海新區氣象局之間的數據、視頻的無縫交互鏈接。

其系統架構如圖1所示。

圖1 移動氣象應急保障系統架構Fig.1 Architecture of mobile meteorological emergency support system

移動氣象應急保障系統主要功能設計為：一是實現監測數據、現場視頻的實時收集、處理和傳輸；二是實現氣象應急指揮車和遠程指揮中心的通信；三是實現不同通信網絡的互聯互通。

為保證系統功能實施，移動氣象應急保障系統載系統由如下3部分組成。

1.1 移動多功能通信系統

可與 4G移動公網、地面 IP專網等網絡互聯互通，提供數據、語音和視頻業務的指揮調度，可根據應用場景自適應地在空間、頻率、通道、傳輸等多個維度上自由組網，可在短時間內通過自組織方式建立起一個可覆蓋較大范圍的本地無線寬帶通信專網。

1.2 現場圖像采集系統

在應急氣象服務現場，由于道路等作業條件限制，應急車不能深入到第一現場時，車載全景攝像機能夠對現場附近 360°范圍所發生的情況進行圖像采集。

現場服務人員還可配備便攜式單兵無線圖像傳輸設備，用于事發現場的圖像采集與傳輸，指揮中心可以選擇呼叫某個單兵或者群組單兵，進行雙向的高清音視頻通信，進行現場情況了解、指令下達、行動指揮等。

1.3 移動綜合探測系統

包括災害/重大活動區域各類天氣要素的采集、處理、傳遞和顯示。作為基本配置的便攜式、單兵式氣象觀測設備可隨車固定存放，并能根據應急服務的任務性質需要隨時增減。

2 融合通信技術

氣象應急服務系統應該是一個充分基于現代通訊網絡技術、計算機技術和流媒體技術，實現現場應急監測、應急處置的輔助決策和對海量信息資源整合、協調的綜合管理系統。

新區氣象應急服務所采用的融合通信系統是在移動自組網(MANET)基礎上進一步拓展的寬帶多維度無線通信指揮系統，采用國際通用的 SIP協議，有效地將 VOIP語音技術、視頻會議技術、網絡視頻監控技術，借助各種網關通信接口，實現各種制式通信網絡的互聯互通，將傳統電話、無線對講技術、視頻會議等多媒體通信手段等融為一體。基于移動數據網絡線路，完成前置設備采集的音視頻、位置信息、文字圖片回傳到指揮中心的交互，支持包括語音通信、數據通信、視頻會議和高清晰視頻實時雙向傳輸等方式。

可根據應用場景自適應地在空間、頻率、通道、傳輸等多個維度自由組網，在短時間內通過自組織方式建立起一個可覆蓋一定范圍的應急無線通信線路。

集圖像傳輸、調度指揮、位置呈現等功能于一體，目的是構建一個功能性、融合性、擴展性都極強的應用平臺。解決了多種通信體制互聯互通的問題，保障了指揮中心、移動應急車、災害現場之間的通信暢通。

2.1 車載通信主機

所搭載的設備創新地將節點網絡化方案應用于無線自組織通信網絡中，在單一無線節點中聚合多種異構網絡資源，節點在二層實現網絡化，將頻點、通道、空間 3個維度統一，大幅提升無線網絡的環境適應性和傳輸能力。

能夠自動平衡路由負載，通過均衡節點負載，保證網絡帶寬，實現整個網絡正常通信，支持IP通信的網絡通信設備，提供標準的以太網接口，能夠兼容所有IP化的信息應用，能夠方便地與其他具備IP通信能力的系統(如衛星、光纖、微波等)實現互聯互通。

節點主機可通過有線接入廣域網，實現遠程的監管控制，傳輸所需的視頻、話音、文件數據。筆記本或者手機可通過節點擴展的 WiFi接口接入網絡，實現本地局域網的管理控制。

2.2 單兵寬帶通信主機

采用Reroute flow技術，實現網絡的自我調節和修復。通信主機不依賴于某一個單一節點的性能，任何一處節點出現故障或者受到干擾，數據包將自動切換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。

通信主機的工作方式是根據當前不同波段信道的質量，自動選擇其中信號最佳波段進行通信，具備更好的抗干擾能力和快速適應復雜地形的能力。

可實現現場工作人員與應急服務車內人員之間的語音通話，現場工作人員與其他現場工作人員之間的語音通話。利用便攜式無線圖像傳輸設備將事發現場的圖像回傳至應急移動服務車，進而遠傳至固定服務中心。

2.3 局端通信指揮系統硬件平臺

通過平臺接口接入有線/無線、不同制式的語音通信資源，實現多種通信制式和語音資源的匯聚，對平臺內各類匯聚的語音資源進行分類、匯接、轉換、統一管理，使各類語音資源呈“網格化”分布，不僅完成了異構語音設備的互聯互通，同時也拓展了系統內部的通信覆蓋范圍以及通信保障能力。

依托現場應急服務車的車載綜合管理平臺，快速完成災害現場通信手段的匯聚與對接，實現后方指揮中心與應急機動現場、前方工作人員的直接實時通信聯絡，使后方能第一時間了解掌握現場具體情況并做出快速反應，為及時做出災情研判和決策應急服務提供有力通信保障。

3 系統在應急服務中的作用

當發生重大氣象災害時，可迅速組織相關社會聯動力量實施救援，利用融合通信網絡，使現場與指揮中心緊密結合，實現政府領導下的統一資源調度、應急現場數據采集以及保障服務等多重功能。同時，后方指揮中心可直接利用平臺接入前方現場指揮網，實現“零距離”氣象保障服務，為現場指揮機構提供所需的圖文并茂、便于理解的氣象信息和預報決策服務產品。

也可根據需要與天津市氣象局、武清氣象局所屬的應急車組成救援車隊，每輛車上放置1臺車載無線寬帶通信機，通過網絡接口把 3個車的 IP車內網絡動態連接在一起，每個車輛上的通信機支持中繼轉發功能，不受車輛相對前后順序的約束，支持多跳傳輸。

利用市局衛星車的衛星中繼鏈路聯通市局指揮中心的網絡，現場各個通信機節點都可以訪問氣象專網，音視頻可以與市局指揮中心互聯互通。

通過建立的車車之間、車和單兵之間、車和中繼臺之間任意拓撲的無線寬帶傳輸網絡，把應急現場基于 IP的圖像、數據、語音統一指揮調度和傳輸分配，便于在不通位置的不同終端(手持智能終端、平板電腦、LTE終端、集群手臺等)實時和市局指揮中心視頻通話或召開會議，統一視頻和語音指揮調度，實時消息分發。

4 結 語

濱海新區移動氣象應急保障系統基于融合通信技術集合多種通信手段，針對不同情況的氣象現場應急服務提供高效便捷的通信互聯解決方案，保障了現場應急服務各個環節通信聯絡的“總體化”和不間斷，有利于氣象系統內部多種通信手段的綜合利用，實現應急現場數據采集、指揮調度以及保障服務等多重功能，能提高突發自然災害、公共事件的氣象應急服務能力和氣象災害監測預警能力。