山东电力机动应急通信系统建设

刘平心

(山东电力工程咨询院有限公司，济南市， 250013)

0 引言

在坚强智能电网建设过程中，为满足应对自然灾害及极端小概率突发事件情况下的电力通信需求，加强山东电力集团公司在应对自然灾害和重大活动时保电的机动应急指挥通信保障能力，解决集团公司本部、各地市供电公司及县公司应急指挥中心与应急现场远程通信联络，按国家电网公司有关规定和山东电力集团公司要求，建设山东电力集团公司机动应急通信系统。

1 系统概述

1.1 建设必要性

应急通信是突发事件和自然灾害情况下迅速应对危机、减少损失、稳定局势的重要基础手段。针对电网抗灾救灾和机动应急通信保障的要求，需要快速建立起基于卫星通信、3G等多种通信技术相融合的机动应急指挥通信系统，实现应急现场与应急指挥中心的音频、视频、数据联络，保证应急指挥中心与受灾现场之间指令下达、信息上报的及时性和准确性。电力机动应急通信系统也可用于重大活动或事件的临时性通信保障和实时报道。

1.2 建设目标

建设机动灵活、安全可靠、布局合理、规模适度的电力应急指挥通信系统，增加自备机动通信手段，整体提升应对自然灾害、处置突发事件、保障重大活动所需的应急通信能力。系统采用无线单兵系统对现场进行音视频采集，采用数字集群和VoIP方式对现场进行语音调度;现场图像、声音等多媒体信息通过应急通信网络送至应急指挥中心和指挥车，实现现场直播。

采用与国家电网公司相同体制配置的甚小孔径终端(very small aperture terminal，VSAT)卫星系统，可纳入国家电网应急通信网中，实现国家电网应急指挥中心与应急现场的通信。机动应急通信系统应满足以下功能:

(1)抢险救灾应急通信保障。加强山东电力集团公司的机动应急通信保障能力，满足应对自然灾害和极端小概率突发事件情况下的电力通信需求，实现受灾现场与应急指挥中心的音频、视频、数据联络，为险情报告、抢险指挥、资源调度等提供支撑手段，保证应急指挥中心与受灾现场之间指令下达、信息上报的及时性和准确性。

(2)重大活动及重要保电任务应急通信保障。提供重大活动及重要保电任务现场与公司本部间的主用通道或应急备用通道，确保现场与各级指挥中心之间联络顺畅，将活动现场的语音、视频、数据传输到公司本部，或经本部转发至其他地方，为指挥决策提供现场参考。

1.3 建设规模

根据山东电力集团公司应急体系总体部署，机动应急指挥通信系统采用5+1布置方式，即根据17地市公司地理及交通情况分成5大应急协作区+集团公司本部作为应急指挥中心。

机动应急通信系统由中心站、1辆应急指挥车和5辆应急通信车组成。其中，中心站和应急指挥车位于集团公司本部，5辆应急通信车分别对应5个应急协作区，每辆应急通信车负责相应协作区的应急现场通信。

1.4 建设原则

(1)机动应急通信系统为非经常性使用的应急设施，贯彻“实用、高效、经济”和集约化管理原则，实行统一系统规划、统一技术规范、统一组织建设，必要时统一调配使用。

(2)功能规范符合国家电网公司已统一组建系统的远程传输、近程覆盖和接入等功能要求，以及卫星信道加密等安全防护要求;技术规范与国家电网公司已统一组建系统相一致，可互连互通、融为一体，且能与国家电网公司电力专用通信固定网络高度集成整合。

(3)统一纳入国家电网公司经国家无线电管理机构批准设立的卫星通信网络，所用设备符合国家关于无线电台设置使用及无线电发射设备管理的相关规定。

2 建设方案

2.1 系统组成

机动应急通信以中心站为固定指挥中心、应急指挥车为移动指挥中心，协作区应急通信车为现场应急端站。5个应急通信协作区中，每个应急协作区覆盖一定数量的地市公司，且应急通信车停放在协作区命名的地市公司。各应急协作区的应急通信车负责所辖区域应急事件发生时建立其现场与应急指挥中心语音、数据和视频互通的通信网络。

2.2 技术方案

机动应急通信系统以VSAT卫星通信和3G通信为传输平台，实现传输通道平滑过渡。机动应急通信系统按功能模块划分为卫星通信系统、3G通信、无线单兵系统、无线数字对讲系统、视频会商和支撑系统6部分组成［1-8］。

2.2.1 VSAT卫星通信系统

VSAT卫星通信系统主要由同步卫星、地面中枢站、地面远端站、地面监管站组成。其中地面中枢站位于全省的指挥调度中心，地面远端站位于各应急现场，见图1。

图1 卫星通信系统Fig.1Satellite communication system

根据中枢站和远端站的通信关系，卫星组网通常分为星形网、网状网和混合网3类，如图2所示。星形网的远端站之间不能直接通信，各远端站间通信必须经过中枢站，即(小站1—卫星—中枢站—卫星—小站2)。网状网的各小站之间可以直接通信，无需经过中枢站。混合网为上述2种网的混合形式，各小站之间有的可以直接通信，有些需经过中枢站转接。由于在正常状况下部分应急通信车处于停用状态，本卫星系统采用混合组网方式。

图2 VSAT卫星通信系统组网方式Fig.2Network topology of VSAT satellite communication system

VSAT卫星系统实现系统内各个站点之间的各种业务通信(语音、视频、数据)传输要求，系统结构见图3所示。

图3 VSAT卫星通信系统结构Fig.3Structure of VSAT satellite communication system

2.2.2 3G通信

3G是第3代通信网络，目前国内支持国际电联确定的3个无线接口标准分别是宽带码分多址(wideband code division multiple access，WCDMA)、时分同步码分多址(time division-synchronous code division multiple access，TD-SCDMA)、CDMA2000。

结合山东省内3G网络覆盖情况，本项目3G无线通信系统同时选用了WCDMA(中国联通)和CDMA2000(中国电信)2种制式，并可根据应急现场信号的强弱，自动选择信号较好的3G传输方式。

2.2.3 无线单兵系统

在车辆无法到达的地点，工作人员携带无线单兵设备步行至应急现场，将采集的音视频图像经过编码与调制后，通过功放和天线传送至车载单兵基站接收，再通过3G或VSAT卫星系统传送回中心站、指挥车。

无线单兵系统常用的调制解调方式为单载波频域均衡(single carrier-frequency domain equalization，SC-FDE)与编码正交频分复用(coded orthogonal frequvency dirision multiplexing，COFDM)。从对抗频率选择性衰落的角度而言，SC-FDE系统性能与COFDM系统相类似。

与COFDM系统相比，SC-FDE系统避免了COFDM所引入的峰平比问题，降低了系统对频偏影响的敏感程度，对功放的要求明显降低;SC-FDE系统能充分利用多径的分集增益，对于无编码和高编码效率的系统，SC-FDE系统有更好的性能;SC-FDE系统降低了算法复杂度，主要的复杂度都集中在接收端，简化了发射机设计，缩小了发射机的体积和重量。为此，采用SC-FDE调制解调方式的无线单兵系统比较适合本项目使用。

2.2.4 无线数字对讲系统

无线数字对讲系统是一种专用无线指挥调度通信系统，用于中心站指挥调度和指挥车、通信车周边的无线语音通信覆盖。其特点是系统内所有可用信道为系统内的全体用户共享，具有自动选择信道功能。

2.2.5 视频会商系统

视频会商系统完成中心站与应急通信车之间的双向交互实时视频会议功能。应急指挥车、应急通信车均设置视频会议终端，基于3G或卫星通信组网，接入中心站现有MCU，形成机动应急通信视频会商系统。

2.2.6 支撑系统

(1)供电系统。供电系统为车内通信设备提供稳定可靠的交直流电源，主要包括发电机、通信电源、蓄电池。根据汽车本身使用的油料的情况来选择发电机，使两者共用燃料，方便使用。如果可能，车载各类设备电源统一为12 V直流。

(2)防震系统。由于车载通信系统使用的环境非常复杂，很多地方不一定能保证提供平整的工作场地，因此，应急通信车应配置良好的防震系统。可选用电子控制式减震器，通过传感器检测行驶状态，由计算机计算出最佳阻尼力，使减振器上的阻尼力调整机构自动工作。

(3)防雷系统。通信车作为临时通信站点，车体上安装电源入口避雷器、天线防雷器及防静电拖带，其他设备的防雷接地系统主要有联合接地和分别接地，在实际使用过程中，应根据当地的实际情况选择不同的接地方式。当车辆能够就近与大楼的地网连接且地阻值小于5 Ω时，可以采用联合接地，即将几个接地装置连接在一起后与大楼的地网连接。附近没有符合要求的地网时，可采用分别接地方式，即工作地、保护地、防雷地和电源的零线分别通过1个接地桩接地，这时要求每2个接地桩之间有5 m以上的间隔，一般要求每个接地体的地阻小于2O Ω。

2.3 设备配置方案

中心站配置1套3G网络通信终端、1套VSAT主站系统、1套海事卫星BGAN E700系统，并配置路由交换设备等业务处理和接入设备。同时利用集团公司应急指挥中心中已有的高清视频会议终端设备，实现与现场交互式的视频会商。

应急指挥车配有3G通信设备、VSAT卫星小站系统(“动中通”天线、天线控制器和卫星基带设备)、BGAN E727车载海事卫星系统、1套车载信道机、1套无线单兵系统、1套GPS卫星定位系统。同时配有视频会商设备、IAD、IP电话、加密机、以太网交换机、音视频矩阵、电源等相关辅助设备，应急指挥车的各通信系统均集成并固定在车体内。考虑到车内安装有各种精密设备和仪器，所以对车体的内部容量也有一定的要求。为了实现改装后车辆整体性能的优良以及感官上的舒适协调，在车辆的选择上要兼顾载重、越野性能及设备安装空间等多方面因素，本项目使用的车型为丰田陆地巡洋舰。

应急通信车具备与应急指挥车相同的功能模块，采用“静中通”自动对星天线。考虑到载重、越野性能及设备安装空间等多方面因，本项目使用的车型为丰田普拉多。

机动应急通信系统工作原理及设备配置概况详见图4。

图4 机动应急通信系统工作原理Fig.4Working principle of vehicle-based emergency communication system

3 工程实施及工期

3.1 车辆改装要求

车体在保持原整车性能的前提下，实施合理的配重、防震、防尘、降噪与恒温改造，达到以下要求:

(1)车内的馈线及其他线缆布线牢固、整洁、美观、易于插接、使用方便，符合线缆布放标准。

(2)车内有一定的贮藏空间，以放置部分器具。

(3)车内采用隔音及防火材料隔断。原底盘改装并安装通信设备及其附属设备后的稳定性、平顺性、通过性等指标不低于原底盘设计指标。车辆在空载、静态的情况下，侧倾稳定角不小于35°。

(4)车辆具有很好的密封性、保温隔热性能，密封门及馈线孔洞等应能够有效的防雨、防尘;外壳应注意防水、防震、防电磁干扰、防雷的各项要求。

(5)能够满足车载各种设备的正常运行，并便于维护与检修。

(6)车体改装符合国家和行业相应标准。

(7)改装后整车各项主要性能指标不得下降。

(8)根据用户需求对整车进行优化布局设计，确保轴荷分配及左右配重合理，同时保证具有最大的工作空间。

(9)整车设计使用年限在10年以上。车体各部做相应的防锈、防腐蚀处理。

(10)车体改造完成后将进行整车性能测试，如行驶试验、淋雨测试等，确保整车性能符合设计要求。

(11)在满足技术要求的前提下，整车改装时最大限度地采用标准件、通用件、标准化模块等结构。

(12)应用人性化的设计理念，将车内空间从前至后划分为驾驶区、操作区和设备区，各区相对独立，能做到工作时互不干扰。车辆中设有外接口箱，便于外接音视频设备等。车尾部安装有手动升降杆，便于安装通信天线。车辆后部底盘下设有电动支撑腿，便于驻车时车辆支撑及平衡等。驾驶区安装有警报器、倒车后视监视屏等设备。

3.2 工程工期

影响方案实施的因素主要有:系统设计、频率申请、设备招标采购、车辆改造、设备安装、系统调试开通。

根据国家无线电频率使用规定，需向国家无线电管理委员会申请卫星通信专用频率，申办时间约3个月。同时，需向VSAT卫星通信公司申请2 MHz带宽，申办时间约1周。

本项目在业务接入层面采用了数字集群和单兵传输系统，应用这2种无线技术时均需向山东省无线电管理委员会申请专用频率，申办时间约1周。

同时，本项目设备采购周期约2个月，车辆采购后改装需2.5个月，设备安装调试周期约1个月。

3.3 相关建议

为保证系统投运后执行应急通信任务、演练和系统调试需要，建议在公司本部、5大应急协作区配置应急通信运维人员(可兼职)。中心站岗位配置3人，应急通信车岗位配置4人/辆(含司机)。同时，需考虑对运维人员的相关技术培训，约需半个月。

4 结语

山东电力机动应急通信系统利用静止轨道卫星，基于VSAT卫星通信技术并结合3G技术搭建应急通信系统双重传输平台;不依赖于自然环境且独立于常规电力通信专网;整体网络基于IP组网，利用IP网络的带宽统计复用机制，充分利用有限的带宽资源;将无线数字对讲技术、无线单兵、无线Mesh、视频会商、计算机局域网等技术高度集成，满足了应急现场对语音、图像、视频、数据、以太网等综合业务的需求，保证了远方控制中心对应急现场的全方位掌握，并作出及时有效的调度指挥;充分发挥有线和无线通信技术的各自优势，实现了2种不同通信方式的高度融合和集成，以天地互补方式搭建应急通信网络。既满足了事故状态下的应急通信需求，又满足了非事故状态下的日常演练需要，为坚强智能电网建设和运行提供了有力的应急通信保障。

致谢

感谢山东电力集团公司信息通信管理中心各位领导的大力支持和帮助!感谢山东电力集团公司机动应急通信系统建设设计项目组各成员的勤劳付出和辛苦工作!

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(编辑:蒋毅恒)