業(yè)余無線電在應(yīng)急通信中的應(yīng)用探討

胡祥

南京市人防指揮信息保障中心

0 引言

人防指揮通信單位承擔(dān)著在突發(fā)應(yīng)急事件中的現(xiàn)場指揮任務(wù)，良好的通信網(wǎng)絡(luò)是一切決策、指揮和調(diào)度的前提。無線通信系統(tǒng)由于具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、組網(wǎng)方便快速等方面的優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)急通信中具有無可替代的作用。

當(dāng)前，在人防應(yīng)急通信中使用到的主要包括移動(dòng)、電信、聯(lián)通三大運(yùn)營商提供的公網(wǎng)移動(dòng)通信系統(tǒng)，各地人防部門自己組建的專網(wǎng)集群通信系統(tǒng)。由于較少考慮到業(yè)余無線電通信系統(tǒng)，因此在應(yīng)急救援中難以實(shí)現(xiàn)與民間救援志愿者之間的有效通信聯(lián)絡(luò)。

目前人防專業(yè)隊(duì)大多由來自民間各行各業(yè)的志愿者組成，通常都會(huì)攜帶一些自己的通信設(shè)備。而救援專業(yè)隊(duì)中，很多救援隊(duì)員都是業(yè)余無線電系統(tǒng)的愛好者、使用者。如果人防通信系統(tǒng)中缺少業(yè)余無線電相關(guān)設(shè)備及應(yīng)用，可能會(huì)造成通信不暢的問題。例如：某地發(fā)生自然災(zāi)害，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)遭到損害，無法提供相應(yīng)的通信服務(wù)，民間救援志愿者作為人防專業(yè)隊(duì)的組成部分，深入災(zāi)區(qū)，由于人防專網(wǎng)覆蓋能力有限，不可能實(shí)現(xiàn)全域覆蓋，且終端數(shù)量有限，無法發(fā)放至全部救援志愿者手里，專業(yè)救援隊(duì)一般只會(huì)攜帶業(yè)余無線電設(shè)備進(jìn)行對外溝通。這就需要人防應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)中要具備與之相關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，以便能夠及時(shí)準(zhǔn)確地將災(zāi)情上報(bào)給指揮所，進(jìn)行合理決策調(diào)度。

但是目前，在人防的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中較少考慮到這方面的通信需求，在今后的無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)中需著重加以考慮，在系統(tǒng)中建設(shè)一批具備全面無線通信能力的樞紐節(jié)點(diǎn)。這種樞紐節(jié)點(diǎn)，應(yīng)該具有公網(wǎng)通信、專網(wǎng)通信以及業(yè)余無線電通信等全方面的通信能力，可以將業(yè)余無線電臺接收的信息通過專業(yè)集群通信系統(tǒng)或者公網(wǎng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等多種方式轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)上可聯(lián)通指揮所，下可溝通專業(yè)隊(duì)員，補(bǔ)足相應(yīng)的通信短板。

1 業(yè)余無線電通信系統(tǒng)

1.1 業(yè)余無線電簡介

業(yè)余無線電通信是整個(gè)無線電通信世界中一個(gè)重要的組成部分，是一項(xiàng)鼓勵(lì)人們?nèi)氖聼o線電收發(fā)信實(shí)踐的業(yè)余興趣愛好活動(dòng)。我國有為數(shù)眾多的業(yè)余無線電愛好者，他們平時(shí)從事自己的本職工作，但大多熱心公益活動(dòng)，在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，這些業(yè)余無線電愛好者及其自身持有的業(yè)余無線電臺等設(shè)備可以很好地參與進(jìn)人防應(yīng)急救援活動(dòng)中。

業(yè)余無線電從無線電頻譜使用來看，主要工作在短波及V段/U段超短波頻段。各地?zé)o線電愛好者在業(yè)余頻段內(nèi)架設(shè)有無線電中繼電臺，實(shí)現(xiàn)呼叫轉(zhuǎn)發(fā)功能，有的網(wǎng)絡(luò)已能較好地覆蓋城市大部分地區(qū)。無線電愛好者自身持有的無線電臺也數(shù)目繁雜，有手持臺、背負(fù)臺、車載臺及基地臺等多種形式，具有一定的靈活機(jī)動(dòng)性。但與此同時(shí)，業(yè)余無線電由于受限于頻率帶寬，網(wǎng)絡(luò)搭建缺少規(guī)劃與前瞻考慮，與運(yùn)營商公網(wǎng)無線通信系統(tǒng)及人防專網(wǎng)無線通信系統(tǒng)相比，使用時(shí)容易出現(xiàn)通聯(lián)效果差、信號干擾大、接收效果差等問題。作為解決方式，本文認(rèn)為，應(yīng)該依托于建設(shè)中的人防專網(wǎng)無線通信系統(tǒng)，在發(fā)生應(yīng)急事件時(shí)，人防專網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)能主動(dòng)前置，以人防機(jī)動(dòng)指揮系統(tǒng)作為全業(yè)務(wù)無線通信樞紐節(jié)點(diǎn)，與業(yè)余無線電系統(tǒng)主動(dòng)建立聯(lián)系，將前方信息實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量轉(zhuǎn)發(fā)。

1.2 業(yè)余無線電在應(yīng)急通信中的作用

在歷史上，業(yè)余無線電愛好者（HAM）多次參與各種突發(fā)重大自然災(zāi)害的應(yīng)急通信活動(dòng)。比如，1985年發(fā)生的墨西哥大地震，地震強(qiáng)度8.1級，造成了8000多幢房屋建筑物嚴(yán)重受損，7000多人死亡，一萬多人受傷以及數(shù)十萬人無家可歸。由于地震破壞，通信中斷，這時(shí)候幸虧依靠了一部業(yè)余無線電臺，向外傳遞災(zāi)區(qū)信息。又如, 2004年的印度洋9.3級強(qiáng)震引發(fā)大海嘯，安達(dá)曼和尼可巴群島嚴(yán)重受災(zāi)，只能依靠業(yè)余無線電臺為當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)對外聯(lián)系。

在我國歷史上，1988年中日尼三國聯(lián)合攀登珠峰的活動(dòng)，也是通過業(yè)余無線電聯(lián)系到了日本無線電愛好者，日方人員通過長途電話將登山隊(duì)當(dāng)時(shí)遇到的情況傳遞給了北京的總指揮部。

2008年的汶川地震，我國各地很多業(yè)余無線電愛好者參與了震后的救災(zāi)救援活動(dòng)，在地震后的第二天，5月13日，四川省就組成了業(yè)余無線電應(yīng)急通信網(wǎng)指揮中心，以BY8AA作為主控臺呼號，納入省抗震救災(zāi)指揮系統(tǒng)。在當(dāng)?shù)毓娡ㄐ啪W(wǎng)恢復(fù)之前，業(yè)余無線電通信成為主要通信手段之一。鑒于無線電愛好者在抗震救災(zāi)發(fā)揮的重要作用以及突出表現(xiàn)，受到了政府、無線電管理機(jī)構(gòu)以及當(dāng)?shù)孛癖姷馁潛P(yáng)，美國無線電轉(zhuǎn)播聯(lián)盟APRL也將“2008年人道主義獎(jiǎng)”授予了四川抗震救災(zāi)的業(yè)余無線電愛好者們。

2 業(yè)余無線電在人防應(yīng)急通信中的典型應(yīng)用技術(shù)

應(yīng)急通信的主要目的是獲得對象點(diǎn)的地理位置信息，與之建立語音、文字、圖像或者視頻等形式的溝通，從而交流信息。利用業(yè)余無線電相關(guān)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)這一目的。下面簡要探討幾種簡便有效的應(yīng)用技術(shù)，以及如何與人防通信專網(wǎng)、公網(wǎng)相結(jié)合，更好地發(fā)揮業(yè)余無線電應(yīng)急通信的作用。

2.1 APRS（自動(dòng)數(shù)據(jù)報(bào)告系統(tǒng)）

APRS是“Automatic Packet Reporting System”的縮寫，即“自動(dòng)數(shù)據(jù)報(bào)告系統(tǒng)”，它是業(yè)余無線電愛好者們通過業(yè)余無線電臺傳輸實(shí)時(shí)位置信息、氣象信息、遙測信息和短消息的一種應(yīng)用。為了更好地利用APRS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在人防應(yīng)急通信中的位置管理功能，我們需要在自己的樞紐節(jié)點(diǎn)快速架設(shè)自己的APRS網(wǎng)關(guān)，基于TCP/IP協(xié)議，能夠?qū)⒔邮盏降腁PRS信息上傳至Internet網(wǎng)絡(luò)，或者直接利用專用電路上傳至人防IP專網(wǎng)，將前方救援位置實(shí)時(shí)顯示在后方指揮所大屏。

我們在樞紐節(jié)點(diǎn)搭建的APRS網(wǎng)關(guān)需要具備的功能有：向RF（無線電波）和APRS-IS（互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)）網(wǎng)絡(luò)發(fā)送自身的臺站信標(biāo)，接收APRS-IS網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并顯示，接收RF網(wǎng)絡(luò)中的信標(biāo)、氣象報(bào)告等APRS數(shù)據(jù)并傳入骨干網(wǎng)，傳遞和收發(fā)APRS短消息等等。搭建一個(gè)APRS網(wǎng)關(guān)需要一部電臺、一個(gè)KISS模式的數(shù)字通信節(jié)點(diǎn)控制器（Terminal Node Controller，簡稱TNC，可理解為APRS數(shù)據(jù)的編解碼器，KISS是TNC使用的一種通信協(xié)議，因此又稱KISS TNC、KISS MODEM）、一個(gè)運(yùn)行APRS軟件的終端（電腦、路由器等），以及他們之間的連接線、供電設(shè)備等。

APRS網(wǎng)關(guān)搭建及地圖位置分別如圖1和圖2所示。

圖1 APRS網(wǎng)關(guān)架設(shè)

圖2 APRS地圖位置

通過可視化的地圖位置及軌跡顯示，后方指揮所內(nèi)的指揮員可以方便地了解應(yīng)急救援活動(dòng)救援點(diǎn)的確切位置，并可與之發(fā)送短信息聯(lián)系，為指揮、調(diào)度、決策提供現(xiàn)場依據(jù)。我們可以利用人防現(xiàn)有的指揮通信車作為一個(gè)與業(yè)余無線電愛好者通信的樞紐節(jié)點(diǎn)，人防指揮通信車裝備有衛(wèi)星、4G/5G、人防超短波專網(wǎng)等多種通信設(shè)備，具有IP互聯(lián)及轉(zhuǎn)發(fā)能力，可將音視頻以及計(jì)算機(jī)IP信息以視頻會(huì)議或者內(nèi)網(wǎng)互聯(lián)方式傳送給后方指揮所。在樞紐節(jié)點(diǎn)，需要裝備高增益的U/V段天線，利用業(yè)余無線電頻率，可以覆蓋數(shù)十公里范圍，也就能直接接收到數(shù)十公里內(nèi)救援隊(duì)員攜帶的業(yè)余無線電設(shè)備發(fā)送的位置信息。如果救援地域公網(wǎng)通信未中斷，也可以利用4G/5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)手機(jī)APRS位置報(bào)告，更加方便地了解救援人員的實(shí)時(shí)位置信息。

2.2 SSTV（慢掃描電視）

在突發(fā)應(yīng)急救援活動(dòng)中，有時(shí)候單純建立語音通信是難以了解事發(fā)點(diǎn)真實(shí)完整的現(xiàn)場情況的。但限于業(yè)余無線電系統(tǒng)的頻率帶寬以及編碼調(diào)制方式，很難實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商4G/5G或者寬帶化專網(wǎng)通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)視頻通信方式。但是，有一種SSTV的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)較為清晰的圖片傳輸。

SSTV是英文Slow Scan Television的簡稱，中文的意思是慢掃描電視。具體地講，SSTV就是將視頻設(shè)備所取得的圖像，經(jīng)掃描變換器變換后，通過無線電發(fā)送出去，再由接收設(shè)備接收。由于設(shè)備比較簡單，只能以單張圖片為單位接收傳送，速度較慢，故稱為慢掃描電視。SSTV屬于一種窄帶電視模式，普通的電視需要的帶寬較寬，一般需要數(shù)兆帶寬，而SSTV占用的帶寬則小得多，僅需要數(shù)KHz帶寬，一般在數(shù)秒到數(shù)分鐘時(shí)間內(nèi)完成靜態(tài)圖片的傳輸。典型的SSTV連接如圖3所示。

圖3 SSTV連接示意圖

SSTV系統(tǒng)利用發(fā)射端的電腦軟件，將現(xiàn)場圖片編碼成連續(xù)的音頻信號，再通過連接的無線電臺發(fā)射出去。接收端無線電臺接收到連續(xù)的音頻信號后，輸入進(jìn)接收端電腦，軟件再將音頻信號解碼為現(xiàn)場圖片。

在突發(fā)應(yīng)急救援活動(dòng)中，與APRS系統(tǒng)相似，也是利用人防機(jī)動(dòng)指揮車搭建的樞紐節(jié)點(diǎn)，接收搜救隊(duì)員傳回的應(yīng)急地點(diǎn)現(xiàn)場圖像。搜救隊(duì)員僅需要攜帶便攜式電腦以及業(yè)余無線電臺即可聯(lián)通樞紐節(jié)點(diǎn)，操作便捷。樞紐節(jié)點(diǎn)接收到這些現(xiàn)場圖像后，可以再利用車載衛(wèi)星通信系統(tǒng)，或者專網(wǎng)通信系統(tǒng)等方式將現(xiàn)場圖像傳輸給后方指揮所，能讓指揮員更全面地了解現(xiàn)場真實(shí)情況。

2.3 短波、莫爾斯碼

短波通信作為人防應(yīng)急通信的保底通信手段，一直在人防應(yīng)急通信中具有重要的作用。在現(xiàn)有的機(jī)動(dòng)指揮車及指揮所建設(shè)規(guī)范中，都明確了需要配備短波電臺。很多業(yè)余無線電臺也具有短波通信能力，這對于遠(yuǎn)距離跨區(qū)通信具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。畢竟在運(yùn)營商公網(wǎng)系統(tǒng)不能使用的時(shí)候，人防專網(wǎng)集群是不可能完成全域覆蓋的。同時(shí)，限于超短波系統(tǒng)傳輸距離有限，如果需要遠(yuǎn)距離通信，只有選擇短波通信方式。

在眾多業(yè)余無線電愛好者中有不少人參與過短波通信及莫爾斯碼收發(fā)報(bào)訓(xùn)練，很多愛好者甚至?xí)⒓右恍〤W（等幅報(bào)）模式的莫爾斯碼抄收報(bào)比賽，能熟練利用相關(guān)設(shè)備，具備良好的操作技能。利用莫爾斯碼在短波電臺CW模式下抄收報(bào)文，發(fā)送簡短信息，得益于CW模式所需設(shè)備簡單、占用頻帶很窄而發(fā)送效率較高，可以有效地實(shí)現(xiàn)應(yīng)急情況下的遠(yuǎn)距離通信。本文認(rèn)為，在人防平時(shí)短波訓(xùn)練中，可以適當(dāng)邀請業(yè)余無線電愛好者參與，進(jìn)行短波通聯(lián)測試，將一些核心的業(yè)余短波電臺納入人防短波呼叫表中，為日后的應(yīng)急通信做好準(zhǔn)備。在應(yīng)急通信中，利用人防機(jī)動(dòng)指揮車中配備的短波電臺作為樞紐節(jié)點(diǎn)，架設(shè)新一代主動(dòng)磁小環(huán)等接收效果好的短波天線，可以增強(qiáng)與業(yè)余短波電臺的聯(lián)通能力。

3 結(jié)束語

通過一些契合的應(yīng)用技術(shù)及手段，可在應(yīng)急通信中實(shí)現(xiàn)與以業(yè)余無線電愛好者為主體的民間救援力量進(jìn)行信息傳遞，為指揮員指揮決策提供更多更全面的現(xiàn)場信息依據(jù)。

正因如此，今后在人防應(yīng)急通信建設(shè)中應(yīng)該對業(yè)余無線電通信系統(tǒng)加以綜合考慮，在機(jī)動(dòng)通信車內(nèi)架設(shè)業(yè)余無線電臺及高增益天線等設(shè)備，健全人防全業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)通信能力，實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)通信、專網(wǎng)集群通信、衛(wèi)星通信與業(yè)余無線電通信的有效聯(lián)通，這將在應(yīng)急通信中發(fā)揮不可替代的巨大作用。