應急救援通信保障組網方案及通信技術探索

文/王魯寧

當前，煤炭等行業面對嚴峻復雜的自然災害威脅和安全生產形勢，迫切需要建設一套具有系統化、扁平化、立體化、智能化、人性化特征的與大國應急管理能力相適應的現代應急管理體系，以此來提升應急保障能力。其中，全面形成應急管理信息化體系，實現感知網絡全域覆蓋，需要構建具有韌性、高速、智能、融合的天地一體化應急通信指揮網絡和性能強大、穩定可靠的信息化基礎設施，這是當前應急救援環境下重要的技術保障。為此，對應急救援通信保障組網方案及通信技術進行研究探索，可在突發事件發生時，通過應急通信指揮網，統一調配安全生產、礦山救援、消防特勤、抗震救災等各種專業救援力量，并可實現突發事件報送、救援力量調度、預警信息發布、災情發布，以及安全生產形勢綜合研判、消防安全形勢綜合研判、自然災害態勢綜合研判、復雜災害形勢綜合研判等功能。

一、背景

當發生災害性事故時，需要第一時間排查危險源并對危險區域進行定位，而災難的發生往往不可預計，發生地點、時間、環境惡劣復雜，通信往往面臨著巨大挑戰。比如，在礦區等存在無信號或信號弱的區域，由于現有的通信系統覆蓋范圍有限，導致無法聯網統一指揮、協同作戰能力差，極大影響了救援及自救；由于在應急救援過程中通信相對較為落后，救援過程中一線作戰人員失聯、信息孤島等問題時有發生，且運營商通信資源和應急通信息資源無法共享共用互通，一線救援帶寬受限，通信衛星收費高昂，這些問題增大了應急救援難度。

當前，應急救援無線通信已經從模擬時代全面步入數字化時代，伴隨著技術升級迭代，在通話語音質量、頻率使用效率、基礎網絡容災、衛星定位數據、信息安全性、多網融合性等多個方面均實現了技術突破，而如何把更新更強更智能的專業無線通信系統應用到應急救援現場，構建起應急通信指揮網，并充分發揮優勢解決當前困局是重中之重。

二、應急通信指揮網總述

應急通信指揮網依托國家天地一體化信息網絡重大工程，整合各轉隸部門存量通信網絡、通信設備、衛星信道等資源，采用IPv6、SDN、5G、統一通信等先進通信技術來構建，總體上來說要完成兩大步驟，即應急通信指揮網組網建構和應急通信指揮網系統架構。

1.應急通信指揮網組網建構

天地一體化應急通信指揮網從網絡架構上來看，主要由統一平臺指揮中心、衛星通信網絡、現場應急通信指揮網絡、應急無線專網網絡、公共通信網絡以及其他行業網絡等部分構成。天地一體化應急中心指揮網如圖1所示。

圖1 天地一體化應急中心指揮網

采用三級通信組網結構，采用移動和廣電共用的700M網絡進行覆蓋，同時結合MESH作為傳輸途徑，分四種覆蓋場景進行組網，形成包括應急指揮調度中心、前端大型指揮車、中型指揮車以及一線作戰指揮人員的多級聯動機制，保證通信的順暢和完整。此外，結合5G大帶寬、低時延、廣連接的特性，提升應急處置的實效和傳遞效率。

2.應急通信指揮網系統架構

應急通信指揮網建設目標一般是由應急管理廳至所轄各級機構的指揮專線網絡，同時按需接入掛靠應急管理廳各類指揮部的成員單位，實現視頻、數據、話音的交互。同時，建設由現場指揮車、通信中繼車組成的現場救援協同通信網絡。通過公網4G融合、專網4G、衛星通信、散射通信等多種寬帶傳輸手段，實現中繼車與指揮車之間、指揮車與地面指揮中心之間的可靠話音與數據傳輸。

建設綜合業務處理系統，對接現場救援各隊伍現有的各類專用通信設施，提供位置、話音信息服務。實現現場各救援隊伍位置、圖像、數據的回傳，實現由現場指揮部至各救援隊伍話音指令的發送。構建以應急管理廳為總指揮部、市縣應急管理部門為前線指揮部、現場指揮車為現場指揮部的分級架構，實現各級指揮機構對外的話音指令、視頻會商信息一鍵可達，實現針對各類災害預案生成通信計劃并下達，實現與應急管理廳管轄部門以及協同救援部門通信的互聯互通。建設應急可視化音視頻調度系統，實現對應急救援現場各隊伍位置信息查看、圖像信息的實時回傳以及音頻指令的實時發布。

三、應急通信指揮網建設

現場應急通信指揮網絡主要由融合通信指揮平臺系統、寬帶衛星通信系統、寬帶無線應急通信系統、窄帶無線應急通信系統、公網應用平臺通信系統以及其他配套設備構成。

1.融合通信指揮平臺系統

融合通信指揮系統是一體化應急通信網絡的中心組成部分，基于“公專互補、寬窄融合、固移結合、天地一體”的多維組網形態，充分利用公網承載、窄帶PDT數字集群、寬帶TD-LTE專網、MESH自組網等多種技術手段，解決不同應用場景下語音、圖像、視頻、數據的高速傳輸以及綜合位置服務等各類需求，確保協同救援和日常移動通信中全地域、全過程、全天候的通信指揮保障。

融合通信指揮系統主要承載系統是“可視化對講指揮調度平臺”，平臺將可視化對講技術、實時視頻傳輸技術與GIS定位技術相結合，并可進行相關業務流程定制，集“對講呼叫+實時視頻+地圖定位+工作管理”于一體，實現可視化、即時性、閉環工作管理，提高應急響應速度、工作效率以及業務處理水平。

融合通信指揮系統采用軟交換架構設計，支持靈活的模塊化設計并可擴展，支持多種語音通信網絡互聯，支持固定和移動一體化多媒體調度指揮。系統提供基于GIS界面的可視化指揮功能，可實現“一張圖”調度指揮功能，進一步提高調度能力。

融合通信指揮系統支持多種終端和各種圖傳采集設備接入，可形成立體化統一指揮網絡。還具備通過集成各種網關，實現與其他網絡或系統進行對接的能力，如通過PSTN網關與公共/行業PSTN網絡對接、通過集群網關與警用/行業窄帶語音網絡對接、通過衛星網關與衛星網絡對接等。此外，該系統還可以集成第三方平臺系統SDK，實現與第三方平臺系統對接（如傳感檢測網絡平臺），實現業務互通。

2.衛星通信系統

按照應急管理部規劃的自主可控的原則，形成廣域覆蓋、隨遇接入、資源集成的應急管理衛星通信要求，建設衛星通信網來支撐應急現場遠距離通信和扁平化的應急指揮，其中包括VSAT衛星、KA高通量衛星和天通衛星等多種技術。衛星通信網由空間段和地面段兩部分組成，空間段包括傳統VSAT衛星、天通衛星、高通量KA衛星及其他衛星，地面段則包括VSAT衛星地球站、天通衛星應急通信系統終端、高通量衛星應急通信系統遠端站等。

3.寬帶無線應急通信系統

（1）TD-LTE寬帶無線應急通信系統。目前各級應急管理部門現有無線傳輸手段難以滿足各級日益增長的通信需求，具體表現為“三多三少”：一是窄帶通信手段多，寬帶通信手段少。末端無線應急通信系統多以語音、報文等單一傳輸內容，且各終端相互間兼容互通性差，對文字、圖片、圖像等多媒體信息的無線傳輸手段相對較少。二是專用通信手段多，融合通信手段少。大多專用通信設備，不僅需要專業人員管理、維護、使用，而且在設備出現故障后，依托當地設備和技術維修困難、修復周期長。三是固定骨干傳輸手段多，機動末端傳輸手段少。由于機動末端傳輸手段主要還依靠短波、超短波等或公網實現，帶寬窄、管控難、要求高，無法滿足新形勢下末端大數據寬帶無線傳輸需求。而基于TD-LTE技術的寬帶無線應急通信系統是解決當前應急通信需求諸上問題的重要通信技術手段。

（2）MESH寬帶自組網系統。無線自組網通信系統（MESH自組網系統）在不依賴任何通信網絡基礎設施的情況下能快速提供一種可移動、無中心的通信支撐環境，具有覆蓋范圍廣、靈敏度高、移動性好、抗干擾和抗衰落能力強、傳輸數據率高、穩定性和可靠性突出等特點。

MESH自組網系統與傳統WLAN不同的是，其中繼設備無中心組網，可以采用無線連接的方式進行互連，且中繼設備間可以建立多跳無線鏈路。具體說，無線自組網通信系統作為一個“單跳”或“多跳”的系統，從源頭到目的地有多條冗余的通信路徑，網絡中每個節點都具備自動路由功能，每個節點只和鄰近節點進行通信，是一種自組織、自管理、自動修復、自我平衡的智能網絡。無線自組網通信系統具有網絡覆蓋范圍大、頻譜利用率高、可靠性高、多跳路由、組網靈活、維護方便和支持與其他無線網絡兼容和互操作等優點，整個系統具有使用方便、靈活、音視頻傳輸清晰度高、低延時、覆蓋范圍廣、穩定、可靠等優勢。與傳統寬帶傳輸系統相比最突出的優勢是快速部署、易于安裝、非視距傳輸（NLOS）、網絡健壯性、組網結構靈活、高帶寬。

4.窄帶無線應急通信系統

當前，窄帶數字集群語音通信系統仍是應急搶險通訊指揮中心與現場之間聯系的最關鍵最重要的基礎通信手段之一，但在應急通信中也面臨諸多問題。要提升窄帶數字集群語音通信系統在應急通信中的應用能力，應加入同頻同播、無線自組網等功能，提升其組網能力和性能水平。

（1）車載自組網語音通信基站。車載自組網語音基站是一款超高集成度且可根據用戶話務需求量身定制載波數量的窄帶通信設備，具備高端的硬件配置，業務功能豐富，適用于車載安裝使用。設備遵循PDT/DMR/MPT標準信令，支持常規中轉/IP互聯/同頻同播/集群/集群同播/自組網等工作模式。

（2）便攜自組網語音通信基站。便攜自組網語音通信基站是一款先進的智能化便攜通信設備，具備高端的硬件配置，業務功能豐富，可適用于各種復雜場景下的快速部署組網，為用戶提供靈活高效的高級組網方案。設備遵循PDT/DMR/MPT標準信令，支持常規中轉/IP互聯/同頻同播/集群/集群同播/自組網等工作模式。同時，支持無序自組網能力，為無線、有線鏈路場景以及復雜通信環境提供自組網解決方案，支持4跳5站，無需固定排序，開機即可實現多基站之間自動聯網。此外，設備支持雙載頻配置，支持“一本地載波+一鏈路載波“和“雙本地載波”兩種工作模式。

（3）手持自組網語音對講終端。手持自組網語音對講終端支持PDT、DMR、MPT/自組網對講/4G公網對講等多種工作模式，可以根據實際使用環境進行靈活選擇。手持終端支持自組網工作模式，無需按序編號即可自動混接組網，支持最多4跳5級，擴大通訊范圍，可極大提高復雜通信環境下的語音通信能力。

四、結論

當災難發生時，第一時間構建穩定、可靠的應急通信網絡是科學救援、人民生命財產安全的重要保障。通過梳理整合當下通信技術現狀，依托國家天地一體化信息網絡重大工程，整合各轉隸部門存量通信網絡、通信設備、衛星信道等資源，采用一系列先進通信技術，構建起天地一體化應急通信指揮網，可以實現有線、衛星和無線通信網系融合互通，能夠更好地適應多種突發狀況通信需求，以此來避免通信中斷引發的風險。