广东省防汛卫星移动通信系统的设计与实现

朱 识

（广东省防汛抢险技术保障中心，广东 广州 510635）

广东省防汛卫星移动通信系统的设计与实现

朱 识

（广东省防汛抢险技术保障中心，广东 广州 510635）

利用卫星通信，结合 3G/4G 蜂窝移动通信，设计并实现广东省防汛指挥应急调度卫星移动通信系统。系统由现场视频手机、蜂窝 3G/4G 移动通信和卫星 BGAN 网络、指挥中心自动视频接收播放终端组成，已在广东省防汛应急指挥调度中应用，现场人员通过高速 3G/4G 移动或卫星通信安全接入广东省水利信息网络系统，可以随时随地传送现场视频和进行会商指挥调度，对提升全省三防应急会商决策、指挥调度的效率有重要的推动作用。

卫星；移动通信；防汛；应急调度；指挥调度；应急通信

0 引言

广东省全省陆地面积 17.8 万km2，大陆海岸线长 3 368.1 km，多年平均降雨量 1 700 多 mm，特定的地理环境条件造成了广东省遭受台风及台风带来的暴雨洪水和风暴潮灾害相当严重，是我国遭受暴雨洪水最严重的地区之一。广东省汛期长达半年，从每年 4月 15日至 10月 15日。防汛指挥应急调度是提高应急信息接报、科学决策、快速响应的重要技术支撑手段[1]。近年来，各地都建设了防汛指挥应急调度系统，在防汛应急中发挥了重要的作用。但在遭受较大的风灾或洪水时，例如 2014年 17 级台风“威马逊”袭击海南和湛江时，几乎所有的地面公共移动通信都中断，对防汛指挥应急调度造成极大影响，到达现场的人员无法与广东省防汛防旱防风总指挥部办公室（以下简称广东省防办）取得联系。

水利部和各地政府水利厅（局）对防汛应急通信建设都十分重视，20 世纪 90年代，由水利部建成的防汛 VSAT 卫星通信系统，在全国水利部门得到广泛应用，广东省也建设了 5 个 VSAT 通信卫星系统地面站，用于话音和数据传输业务。近年来，在原水利卫星通信网的基础上，水利部建设了新一代水利卫星通信平台，Ku 波段采用亚洲 5 号卫星，并增设了 C 波段卫星转发器，目前已经投入运行；广东省也建设了飞来峡和乐昌峡 2 个卫星地面站，广东省国家防汛抗旱指挥系统二期工程项目中也将建设 1 套小型应急指挥移动站。新一代水利卫星通信系统拥有 27.2 MHz 卫星资源，转发器资源性能高，技术先进，稳定性和可靠性高，小站建设和运行维护成本低，特别是采用了 Ku ＋ C 的双波段资源，改善了抗雨衰能力，提高了应急保障能力，能适应不同用户的需要[2]。目前广东省水利卫星通信系统为防汛抢险指挥调度提供了重要的通信保障，但仍然存在便携性、机动性不足，不能满足单兵作战要求的问题。例如在 2010年 9月 21日广东省茂名市和阳江市遭受特大洪水袭击时，重灾区乡镇大部分道路损毁，交通中断，车载小型应急指挥移动站无法进入重灾区。因此，建立防汛指挥应急调度卫星移动通信系统（以下简称卫星移动通信系统）显得尤为重要。

1 卫星移动通信系统方案

利用地球同步或中、低轨道等卫星作为中继站，实现区域乃至全球范围的移动通信成为卫星移动通信。一般包括通信卫星、地面站和移动用户终端 3 部分，其中，通信卫星由 1 颗或多颗卫星组成，地面站包括系统控制中心和若干个信关站，移动用户终端包括车载、船载、机载和便携式手持机。卫星通信一般可提供语音、数据、短信、互联网接入等通信服务[3]。目前，在广东地区能提供卫星通信服务的主要有海事、萨拉亚和铱星等卫星系统。

目前广东地区 3 大移动通信运营商都能提供 3G服务[4]，中国移动的 4G 网络已经覆盖到了农村，中国电信和联通的 4G 网络还仅限于部分大城市。

经过对比筛选，选用海事、萨拉亚卫星通信和中国移动 3G/4G 移动通信服务。日常使用 3G/4G移动通信和互联网专线，卫星通信在线备用。指挥中心和移动卫星 BGAN（Broadband Global Area Network）终端均使用固定公网 IP 地址，通过租用中国电信互联网专线接入广东省三防会商室。卫星移动通信系统由现场视频手机、蜂窝 3G/4G 和卫星 BGAN 网络、指挥中心自动视频接收播放终端组成，具有优先带宽链路诊断执行功能，采用云计算技术，优化有效利用网络资源，适应便携 BGAN 在低带宽环境下实现移动视频通信的能力。由于分布架设了全球范围的视频服务器，视频通信软件会自动识别“近地点”的服务器接入，从而进入云端的穿透互联网传输，大大降低网络时延，满足便携 BGAN高时延、低带宽网络环境下的视频通信要求。系统拓扑图如图 1 所示。

图1 系统拓扑图

1.1 指挥中心

在指挥中心建设 1 套固定卫星终端，实现全天候无人值守的卫星接入互联网，同时租用中国电信200 Mbit/s 互联网专线，实现网络接入在线备份。固定卫星终端由平板定向天线、安装支架及天线电缆、卫星终端组成。卫星平板天线内置整合了通信和 GPS 卫星收发模块，能全天候识别更新 GPS 位置，24 h 实时在线，实现全天候无缝卫星网络连接。为节约通信费用，日常使用互联网专线通信；在互联网专线通信中断时，系统自动切换到卫星通信；当互联网专线通信恢复正常后，系统自动切换回互联网专线通信。

1.2 移动终端

现场只需手机和 BGAN 终端各 1 台，所有设备装在应急指挥通信装备包内，携带非常方便。便携卫星 BGAN 终端，具有轻便的优点，能全天候快速建立卫星宽带连接，特别满足防汛抢险指挥通信的要求。BGAN 终端内置 Wi-Fi 热点，用于与视频采集终端连网。

广东省山地和丘陵约占全省总面积的 60%，为避免卫星被山体遮挡而成为“盲点”，科学运用卫星网络确保全方位快速建立卫星网络，需要同时配备海事和萨拉亚卫星 BGAN 终端。广东省山脉大多是南北走向，山脉以东使用便携海事卫星 BGAN终端（Explorer 700，HNS-9201），卫星在太平洋东上空，终端指向东南方向；山脉以西使用便携萨拉亚卫星 BGAN 终端（HNS-9103），卫星在印度洋上空，终端指向西南方向。双卫星网络的组合运用，真正实现防汛指挥应急调度的全天候、全方位通信保障。山脉、卫星、终端的俯视图如图 2 所示。

图2 卫星方向图

1.3 视频采集终端

选择 iPhone 或安卓手机作为现场视频采集终端，手机通过 Wi-Fi 与 BGAN 终端连接，通过BGAN 终端与卫星连接或通过 3G/4G 连接互联网。手机装在手机防水保护套内，具有防水、防压、防尘功能，使用保护套不影响原使用功能，可以满足防汛抢险现场的恶劣环境要求。

现场端手机自带摄像头采集视频、内置处理器运行视频传输软件，视频软件采用广播级视频处理技术，同时捆绑连接 2 个网络（3G/4G ＋ Wi-Fi），对应蜂窝 3G/4G 和卫星 BGAN 网络。软件具有多网路低时延捆绑技术，能自动识别选择网络质量较好的 1 个网络连接。当在用的 3G/4G 连接网络信号衰减或跳变时，软件会自动无缝切换到另一个较为稳定的卫星 BGAN 网络连接，而视频传输不会中断。

1.4 音视频接收播放

指挥中心固定安装 1 台 1U 机柜式硬件视频接收机，通过视频接收机把 3G/4G 或卫星视频输出到广东省防总会商室视频会议系统的大屏幕，实时播放现场视频或进行视频会商调度。系统设置完成后，可以自动切换，无需人工操作。

移动指挥平台（手机、指挥车、移动办公）等移动终端可以多点同时接收，通过视频播放软件播放接收到的视频，或输出到移动指挥车屏幕上[5]。

2 应用效果

目前卫星移动通信系统已在广东省防汛应急指挥调度中应用，现场人员使用手机通过高速 3G/4G网络或卫星通信接入互联网进入广东省水利信息网络系统，可以随时随地传送现场视频和进行会商指挥调度，对恶劣条件下的防灾减灾，减少人员伤亡和财产损失有着重要的意义，具体意义如下：

1）实现了受灾现场视频传送功能。灾区一线人员可以将现场受灾情况实时传送回广东省三防指挥中心，为坐镇指挥中心的专家和领导做出决策提供依据。

2）实现了移动会商调度功能。通过接入广东省三防指挥中心的视频会商系统，可以进行现场的会商和调度，对紧急情况进行及时处理，对于提高全省三防应急会商决策、指挥调度的效率发挥了重要作用。

3）节约了通信费用，提高了保障水平。在地面通信没有中断的情况下，充分利用通信运营商的3G/4G 网络，对比卫星通信可以节约通信费用。在地面通信全面崩溃的情况下，利用卫星通信可以提高应急受灾条件下的保障水平。

2014年 7月 18日和 9月 16日，超强台风“威马逊”和台风“海鸥”相继正面袭击广东省雷州半岛，强风、暴潮、强降雨给粤西地区造成严重损失，特别是超强台风“威马逊”袭击徐闻县时全城停电，地面通信系统全面瘫痪，此时卫星移动通信系统发挥了极其重要的会商指挥调度作用，有效地减少了损失，无一人因灾死亡。

3 结语

结合广东省防汛应急抢险指挥调度实际需求，设计并实现了卫星移动通信系统。卫星移动通信系统利用卫星通信结合移动通信 3G/4G 网络，实现了受灾现场视频传送和会商指挥调度功能。卫星移动通信系统在 2014年防御超强台风“威马逊”和台风“海鸥”实战中得到成功检验，为保障严重受灾条件下的视频传送和会商指挥调度提供了可靠的手段。卫星移动通信系统移动终端携带方便、部署快、使用简便，具有在抢险应急管理部门推广使用的价值，对提升应急会商决策、指挥调度的效率有重要的推动作用。

[1] 左仲元. 水利应急管理系统的构建技术[J]. 水利信息化，2011 (4): 32-37.

[2] 中华人民共和国电力工业部. DL/T 5080—1997 水利水电工程通信设计技术规程[M]. 北京：中国电力出版社，1998: 95-97.

[3] 王丽娜，王兵. 现代通信高技术丛书：卫星通信系统 [M]. 2 版. 北京：国防工业出版社，2014: 2-8.

[4] 李永贵，祝明. 3G 无线视频在防汛抢险应急通信中的应用[J]. 数字通信世界，2011 (11): 72-73.

[5] 广东省防汛防旱防风总指挥部办公室，水利部珠江水利委员会技术咨询中心.广东省国家防汛抗旱指挥系统二期工程初步设计报告[R]. 广州：广东省防汛防旱防风总指挥部办公室，2013: 271-295.

Design and Implementation of Flood Control and Satellite Mobile Communication System in Guangdong Province

ZHU Shi
(Guangdong Technology Support Center of Flood Control, Guangzhou 510635, China)

This project is aimed to design and establish a mobile satellite communication system for flood control and emergency command of Guangdong Province through the combination of satellite communication and 3G/4G cellular mobile communication. This system consists of live video phone, 3G/4G cellular mobile communication, satellite BGAN network and a terminal in command center for automatically receiving and broadcasting video. With the system applied to the flood control and emergency command of Guangdong Province, field staff can get access to Water Resources Information Network System of Guangdong Province through high-speed 3G/4G mobile communication and satellite communication, and therefore consultation and command as well as transmission of live videos are made possible whenever and wherever needed, which promotes the efficiency of consultation on three anti-emergency, decision-making and scheduling of Guangdong Province.

satellite; mobile communications; flood prevention; emergency dispatch; command and dispatch; emergency communications

TN927+.23

A

1674-9405(2015)04-0025-04

2015-03-10

朱 识（1975－），男，广东茂名人，高级工程师，从事水利信息化工作。