基于高通量衛星的星地融合應急通信指揮系統

文|李萌 姚怡 王逸璇 張磊

中國衛通集團股份有限公司

一、前言

我國幅員遼闊，是世界上發生災害最多的國家之一。災害發生后，受災地區由于交通、通信、電力設施損毀，不同程度地處于被隔絕狀態，災區受損情況、災民需求等信息無法及時收集，由此造成災區內外的信息不對稱，直接阻礙救援決策及救援行動推進，影響救災整體效果，而導致災區救援信息不對稱、決策不高效的主要原因是缺乏有效的應急通信手段。通信衛星具備廣覆蓋、快速接入的特性，可以提供應急場景下高可靠性傳輸鏈路，2017年我國發射了首顆Ka高通量衛星中星16號，標志著我國衛星通信已進入高通量時代，高速率、大帶寬已成為衛星通信新時代的特點。通過高通量衛星與多種通信手段融合，建立星地融合應急通信網，可實現不同通信手段之間的互聯互通，構建廣域覆蓋、隨遇接入、資源集成、便捷可靠的天地一體化通信系統，提供話音、數據、視頻會議等功能，滿足應急通信領域統一指揮調度、現場音視頻回傳、多點視頻會議等要求。

二、應急通信現狀

當前災害現場應急通信手段包括地面公網移動通信、短波/超短波通信、LTE寬帶專網、MESH自組網、衛星通信等方式，“無電、無路、無信號”極端條件下，應急通信保障仍是地方應急管理部門以及其他行業應急管理部門迫切需要解決的問題。

在應急通信指揮場景下，尤其是重大災區應急現場，通常需要跨部門協同工作，形成前突通信隊（前突）、前方指揮部（前指）、后方指揮中心（后指）三級互通、兩級指揮的應急指揮體系。然而現有的應急通信指揮系統主要針對單一地面通信方式實現，各部門配備的通信設備體制和數量各不相同，導致在應急通信指揮網絡中多種通信體制并存，存在各體制設備互不兼容、獨立調度的問題，無法有效實現各級部門間的互聯互通和指揮命令下達，無法實現整網資源的集中控制、統一調度，給跨部門協同指揮工作帶來了很大的困難。此外，在當前“智慧應急”形勢下，為滿足重大災害應急指揮對災害現場視頻、高清圖片傳輸的需求，對于應急協同指揮系統的存儲、計算、處理、可用度等能力提出了更高的要求，需要大帶寬、高速率的傳輸方式。

構建基于高通量衛星的星地融合應急通信指揮系統，既滿足高速通信又可實現特殊場景下保底通信需求，實現應急現場與指揮部門通信鏈路快速打通，實時交互音視頻信息。

三、星地融合應急通信指揮系統

1.系統概述

基于高通量衛星的星地融合應急通信指揮系統面向應急用戶最終需求，基于高通量衛星寬帶平臺搭建，與高通量衛星寬帶平臺做接口對接，通過將衛星通信與地面4G/5G、天通衛星、地面自組網、音視頻會議、視頻回傳等技術手段進行融合，建立多體制、多系統兼容的綜合性應急衛星通信指揮系統，實現指揮調度系統、衛星通信系統和現場調度系統的融合，在滿足高速通信前提下預留保底通信手段做支撐，形成具備高通量衛星特色的三級互通、兩級指揮的應急通信指揮系統，支持對系統內通信終端統一管理和靈活調度、高通量衛星網絡資源的監管、衛星通信鏈路狀態監測等，支持后指、前指、前突單兵三級分級分權限部署。

2.系統架構

本系統是以前突應急隊、前方指揮部、后方指揮中心為核心的三級互通、兩級指揮的應急指揮體系，通過高通量衛星通信網絡與地面網絡、音視頻會議網絡的融合，實現應急場景下的災害救援。系統包括前突、前指、后指三部分，其中前突應急隊伍攜帶手持單兵、視頻監控設備完成應急現場音視頻、數據信息的采集，通過高通量衛星、天通衛星等衛星網絡將數據回傳至前方指揮部和后方指揮中心。前方指揮部部署高通量衛星終端、網絡聚合設備以及視頻會議設備，實現視頻會議、應急態勢可視化以及應急任務管理等功能，完成與前突應急人員、后方指揮中心的互聯互通。后方指揮中心主要部署應急通信指揮系統所需的服務器，具備視頻會議、應急態勢可視化、應急任務管理、資源管理、資源調度等功能（圖1）。

圖1 基于高通量衛星的星地融合應急通信指揮系統網絡架構

系統軟件以應急用戶可視化指揮調度需求為牽引進行設計，軟件設計重點聚焦在多元數據的匯聚存儲、常態化監測預警、突發事件應急指揮調度三個方面，通過對整網資源的統一管理，實現資源靈活高效分配。

3.系統組成及功能

基于高通量衛星的星地融合應急通信指揮系統主要包含以下幾個功能模塊：基礎服務功能、資源管理功能、業務調度功能以及災情統計分析功能等，通過在高通量衛星寬帶業務平臺上融入指揮調度功能，實現在應急場景下的基于衛星互聯網的應急通信指揮調度。

（1）基礎服務功能

基礎服務功能主要包括用戶管理、權限管理、日志管理、告警管理等，基于GIS地圖可視化呈現應急現場情況及應急裝備狀態、衛星網絡狀態等系統運行監測數據，提供基礎信息管理支撐。

用戶管理主要管理用戶、用戶組織機構、用戶角色，通過對角色與組織機構的管理配置，實現對用戶進行多層級權限管理；日志管理用于記錄操作員的歷史操作，支持記錄操作IP、操作內容和操作時間等；GIS地圖管理通過整合高通量網絡中的終端資源、地面網絡資源、波束覆蓋范圍等數據信息，基于GIS可視化技術，統一呈現在一張底圖上，實現整網資源運行監測、高效協同調度；告警管理是在系統中軟硬件運行發生異常時，產生告警信息，并分類管理，維護系統正常工作。

（2）資源管理功能

針對應急通信指揮平臺所面對的多星、多終端、多數據的多資源管理現狀，以資源為中心進行統一管理，屏蔽多體制通信網絡異構性，整合衛星資源、終端、數據資源，實現用戶的通信體制差異無感知操作，滿足多層級用戶的應急保障通信要求，提供全局、高效、靈活的資源監管能力。資源管理功能包括衛星網絡資源管理、終端資源管理、鏈路狀態預警監測、物資管理及可用資源展示等。

衛星網絡資源管理：本系統共涉及高通量衛星和天通衛星兩顆衛星的統一管理和協同調度，通過對衛星資源狀態的監控評估，實現衛星資源在不同衛通網絡之間的規劃調配，提高衛星資源的利用率。其中Ka頻段高通量衛星中星16號由中國衛通集團股份有限公司獨立運營，高通量衛星資源包含高通量衛星流量、網絡資源等，通過高通量衛星資源管理，應急保障人員高效進行高通量衛星通信應急保障資源調度，可對上述資源進行申請、配置、回收、業務停斷、資源總覽。天通衛星資源的管理調度需與中國電信合作，可查詢天通流量資費情況。

終端資源管理：本系統需要兼容不同通信體制下的終端，包括前突“Ka+天通”融合終端、前指“Ka+4G+視頻指揮”融合終端以及高清攝像頭等采集設備，通過終端鑒權入網、終端在網狀態監測、終端位置信息監測、終端臺賬建立等，實現對整網終端資源的全局調度和高效利用。

鏈路狀態預警監測：本系統可對在線終端所在經緯度天氣狀況進行查詢，并通過GIS地圖可視化展示前突、前指Ka通信鏈路狀態信息，支持應急人員手動調整鏈路接入狀態。

物資管理及可用資源展示：物資資源管理主要包括物資信息管理和使用情況監測，并通過GIS一張圖實時展示可用應急資源。本系統可對物資名稱、地理位置信息、容量進行登記錄入，并可進行添加、編輯、刪除、搜索等操作，各類物資信息可以用通用屬性表示；可實時監測各個物資管理點的物資信息，更新物資進出庫情況，對物資去向進行登記錄入。

（3）業務調度功能

應急通信指揮平臺研建將投入兩類任務使用：應急示范演練、應急保障。應急管理部及相關行業部門可通過任務管理模塊針對演練、應急保障創建對應任務，可實現任務下發、短信/郵件通知、任務視圖、任務日志、任務分析報告等功能，任務支持對多權屬多體制通信終端在任務視圖內的統一管理。任務管理模塊與其他業務系統交互，通過統一的對外交互接口，支持應急任務上報與下發、信息通知、報告摘要發送等功能，對進行中的任務可在GIS地圖上查看相應任務范圍，對范圍內的資源進行統籌管理，從而實現對應急通信保障業務的支撐。

（4）災情統計分析功能

災情統計分析系統負責通過采集各子系統相關數據，經過數據處理、分析與綜合，形成災情分析結果并呈現給用戶。災情數據來源于基礎服務功能模塊、資源管理功能模塊、業務調度功能模塊中的用戶信息、資源信息及業務操作日志；綜合分析衛星資源使用情況、終端設備使用情況、流量使用情況以及業務開展情況等；以文字、數據、圖表報表相結合的方式，生成災情分析報告，呈現分析結果，推動后續資源使用優化。

四、結語

基于高通量衛星的星地融合應急通信指揮系統以用戶需求為牽引，面向“無電、無路、無信號”極端條件下應急行業用戶需求，通過高通量衛星與天通衛星、地面4G/5G等通信手段融合，既提供高速傳輸能力，也有保底通信手段；以任務為驅動，設計適應前突、前指、后指的三級應急通信指揮架構；將軟件音視頻會議、視頻回傳相結合，打通與高通量平臺接口，提供可視化指揮調度能力。通過用戶端軟件通用化、集成化，滿足應急專用終端、通用手機終端等多平臺部署。