海上核应急通信系统设计

李翌阳，张 浩

(武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430064)

0 引 言

自19世纪发现放射性以来，核能与核技术利用得到快速发展。核电作为最安全、事故发生概率最低、事故伤亡人数最低的工业领域之一，已逐渐成为现代社会能源的重要组成部分。在国家建设海洋强国、调整海洋能源结构、维护海洋主权的战略背景下，核电由陆上核电站向海上发展。目前已开展的技术研发有海洋核动力平台、小型核反应堆等。

在发展海上核能的同时，也应逐步建立并完善海上核应急体系。海上核应急通信系统作为海上核应急的基础保障，目前没有适用的通信系统设计规范。国际海上浮动核电站标准规范基本处于空白[1]。《核电厂核事故应急管理条例》《国家核应急预案》偏重于陆上核应急工作，对如何做好海上核应急工作没有详细规定[2]。在对海核动力平台安全监督的探讨中，提出需要加快国内相关法规标准的补充建设[3]。构建海上核应急通信系统，对保障应急处置部门、海上浮动核电站及其附近船舶等海上设施应对海上核事故及国内相关法规标准的完善具有重要意义。

1 海上核应急通信需求

海上核应急通信作为海上核应急的重要组成部分，为保障应急处置部门、海上浮动核电站及其附近船舶等海上设施应对海上核事故的而提供的快速响应的通信机制。海上核应急通信需求如表1所示。

表1 海上核应急通信需求Tab.1 Demand for nuclear emergency communication at sea

2 设计参考标准规范分析

目前没有适用的海上核应急通信系统设计规范，需结合船舶和陆上核电站相关规定及设计规范，研究满足海上核应急通信需求的通信系统。

2.1 核动力厂设计安全规定（HAF102-2016）

根据对核动力厂通信系统设计的规定，要求在整个核动力厂范围内设置有效的通信手段，以有助于所有正常运行模式下的安全运行，并在所有假设始发事件后和在事故工况下可用。设置适当的警报系统和通信手段，以便在各种运行状态和事故工况下，所有在核动力厂现场和厂区的人员都能得到警报和指令。通信手段需多样化，以满足核动力厂范围内、毗邻区域和相关场外机构通信需求[4]。

HAF102-2016对核动力厂通信系统通信手段有效性、具备通信和警报功能及通信手段多样化的要求，海上核应急通信系统也应满足。

2.2 核电厂通信设计规范（NB/T 20263-2014）

规定要求核电厂通信设计应满足核电厂相关要求，具有冗余性、多样性，应经过必要的安全分析，保证在任何工况下有可用的通信手段。核电厂通信包括但不限于行政电话系统、安全电话系统、对讲电话系统、调度电话系统、无线电话系统、声力电话系统、综合布线系统、警报系统、有线广播系统、时钟系统[5]。

规范要求的行政电话、安全电话、对讲电话、无线电话、声力电话主要完成核电厂内部通信联络的功能，各系统相互独立。警报系统和有线广播系统完成报警和信息发布功能，综合布线系统支持核电厂语音、数据、图像、多媒体业务等信息的传递，时钟系统对核电厂统一授时，海上核应急通信内部通信系统设计时可配置以上系统。电力调度电话系统用于核电厂内电力调度通信并与网调、省调、厂外变电所建立中继通信，由于海上浮动核电站远离陆地，其电话系统难以接入公众电话网，无法通过电话进行对外电力调度通信，厂内电力调度通信可通过已配置的电话系统进行，故设计时无需配置调度电话系统。

在对外通信方面，规范要求在发生设计基准事故、外部事件及其他事故时，保证至少有一种通信手段能实现对外通信；行政电话可授权一些电话分机与公网直接通信，同时应急指挥中心设置卫星电话保证对外应急通信的可靠性。海上核应急通信对外通信难以通过公众电话网实现，在进行设计时需配置其他手段进行对外通信。

2.3 国际海上人命安全公约（SOLAS）

为保障海上人命和财产的安全，国际海事组织（IMO）一直致力于海上无线电通信系统的改善和发展。经过相关国际组织的协调，1986年12月定名的全球海上遇险与安全系统（Global Maritime Distress and Safety System, GMDSS）在 1988年 11月通过的《1974年SOLAS公约1988年修正案》第Ⅳ章以法律形式通过。GMDSS使用的通信系统有卫星通信系统和地面通信系统，卫星通信系统包括INMARSAT卫星通信系统和COSPAS/SARSAT系统，地面无线电通信系统包括中频（MF）、高频（HF）和甚高频（VHF）系统[6]。船舶GMDSS设备的根据船舶航行的海区进行配备[7]。

GMDSS将航行船舶、卫星和岸上搜救机构连成一体，保障船舶对岸、船舶对船舶、岸对船舶的全海域遇险报警。一旦船舶遇险，能够立即向岸上搜救机构和附近航行船舶发送遇险信息，以及时获得救助。海上核应急通信系统对外通信设计时，可参照SOLAS公约，根据海上浮动核电站工作的海区，配置不同GMDSS设备，实现核应急时对岸上应急机构和附近船舶的对外通信。

2.4 钢质海船入级规范，2015

根据对船内通信系统的要求，船内通信系统包括主机传令钟系统、重要电话系统、轮机员报警系统。规范对船内通信系统的要求主要保证驾驶部和轮机部以及两者之间的通信联络，满足船舶航行时的通信需求。海上浮动核电站的主要功能非海上航行，无驾驶室、机器控制室等舱室，不具备自主航行能力，主机传令钟系统及轮机员报警系统无设置意义。重要电话系统的联络功能可由《核电厂通信设计规范》要求的电话系统实现。

3 应急组织机构及通信技术

3.1 应急组织机构

我国海上安全和陆上核电站均有独立的监管机构及应急组织机构。在监管机构上，中华人民共和国海事局负责行使国家水上安全监督等管理职能，下设直属海事局及省级地方海事机构。国务院核安全监督管理部门负责核安全监督管理，国务院核工业主管部门、能源主管部门和其他有关部门在各自职责范围内负责有关的核安全管理工作[8]。

在应急组织机构上，我国海上搜救应急反应组织机构分为中国海上搜救中心、在省（市）政府领导下的省级海上搜救机构、省级搜救机构领导下的地市级海上搜救分中心三级。国务院、军队各部门负责按部际联席会议的要求，组织本部门所属力量参与海上搜救工作；相关咨询机构为海上搜救提供技术、信息支持[9]。核事故应急实行国家级、地方（省、自治区、直辖市）政府级及核设施营运单位三级管理，国家设立核事故应急协调委员会，省、自治区、直辖市人民政府根据需要设立核事故应急协调委员会，核设施营运单位负责制定本单位场内核事故应急预案。中国人民解放军和中国人民武装警察部队按照国务院、中央军事委员会的规定，支援地方的核事故应急工作[8]。

3.2 核电站应急通信

核电厂具备多种类型的通信子系统，系统间相互独立，其中直通电话、安全电话系统、警报系统、寻呼系统和卫星电话为专设应急通信系统，也用于常规通信；行政电话系统、电力调度电话系统、有线广播系统、对讲电话系统、声力电话系统、无线电话系统和综合布线系统为常规通信系统，兼具应急通信功能[10]。考虑到通信子系统设备型号、复杂、不统一，存在各类通信手段不能实现互联互通的问题，已有研究提出核电站采用高效统一的智能应急通信指挥系统平台，该平台除了能够接入既有的核电站通信子系统外，还具有独立的通信设备，能够在不依赖核电站内既有的基础设施的条件下独立工作，具备既有系统的接入、卫星链路、录音、操作界面统一、无线数据通信、远端接入和异地部署等功能[11]。

3.3 海上应急通信技术

受环境条件的限制，海上信息传输的主要手段是卫星通信，国外的海上通信主要有国际海事卫星（Inmarsat）通信系统和以铱星及其二代系统、全球星系统为代表的地轨卫星通信系统。我国没有专门用于保障海洋应急通信的网络，主要依靠近岸移动通信网络、短波/超短波电台、国家现有卫星通信系统以及租用国外还是卫星等技术进行。目前，近海海域可通过Inmarsat、铱星、甚高频（VHF）、船舶交通管理系统（VTS）、船舶自动识别系统（AIS）等通信手段，离岸30 km以外海域只能依靠Inmarsat、铱星等通信手段[12]。国内海上应急通信技术研究还有基于船载移动基站的海上搜救应用示范系统研究，通过甚小天线地球站（VSAT）卫星通信系统实现与陆地移动网络的对接，达到海上定位和搜救的目的。此外，VSAT具有灵活性强、可靠性高、使用方便及小站可直接安装在用户端等优点，在船岸信息交流、互联网服务、远程技术指导、视频传输等方面具有巨大的应用潜力[13]。

4 海上核应急通信系统设计

海上基础通信设施缺乏、工况环境恶劣，无法搭建可靠的专线通讯链路，也难以利用现有的发达公众通讯网络，在应急工况下主要依靠自身配备的通信手段来完成事故上报和救援指挥。根据对设计可参考标准规范的分析，海上核应急通信系统内部通信可依据《核电厂通信设计规范》进行设计，外部通信依据GMDSS进行设计，并根据海上浮动核电站实际情况对设备进行剪裁。

从设施平面、能力平面和保障平面设计海上核应急通信系统。设施平面指海上核应急通信设备，能力平面包括多种设备应具备的应急通信能力，保障平面体现海上核应急通信的管理相关性。海上核应急通信参考模型如图1所示。

4.1 设施平面

海上核应急通信手段主要有以下几类：

1）海上浮动核电站内部通信设备

内部通信设备有电话系统、警报系统、广播系统，综合布线系统、时钟系统。电话系统包括行政电话、安全电话、声力电话、无线电话、对讲电话，其功能与《核电厂通信设计规范》要求的功能一致。

2）无线电通信设备

无线电通信设备包括甚高频无线电话（VHF）、中频无线电装置（MF）、中/高频无线电装置（MF/HF）、自动识别系统（AIS）、奈伏泰斯接收设备（NAVTEX）。

对于A1海区的海上浮动核电站，使用VHF可实现核设施、岸间的无线电通信；同时VHF通信是核电站与船舶现场通信的主要方式。MF可实现A2海区海上浮动核电站与岸间的无线电话通信，2 182 kHz是无线电话遇险与安全通信频率，也用作非遇险情况下日常无线电话呼叫与应答。MF/HF用于海上浮动核电站/岸，海上浮动核电站/船的中距离和远距离遇险报警和遇险通信，紧急呼叫和紧急通信，安全呼叫和安全通信，日常呼叫和日常通信。AIS自发、连续向周边传至和岸基广播式发送浮动核电站的身份信息、船位等安全信息，同时自发、不断接收周边船舶发送的相关信息。NAVTEX向近海域（A1和A2海区）的核设施广播海上安全信息（MSI）。

3）卫星通信设备

卫星通信设备包括海事卫星系统的Inmarsat船舶地面站（SES）、用于海上安全信息（MSI）接收的增强群呼接收设备（EGC）、VSAT。

Inmarsat的SES（向卫星）发射和接收（来自卫星）的信号，通过配置的终端设备（电话机、传真机、电传机及计算机等）实现所需的（电话、传真、电传及数据等）通信。INMARSAT-C EGC系统向远海域（A3海区）的核设施提供MSI的播发。VSAT在海上核应急通信中，可提供语音电话、高带宽的数据传输、岸方遥控指挥及传输决策语音视频信息等功能。

4）遇险救生通信设备

遇险救生通信设备包括紧急无线电示位标（EPIRB）、搜救雷达应答器（SART）、救生艇筏双向甚高频无线电话（TWO-WAY VHF）。

海上浮动核电站遇险时，可以手动或自动启用EPIRB，通过低极轨道卫星向陆上搜救协调中心发送遇险报警。SART工作在9 GHz频段，与救助船或救助飞机上的X波段导航雷达构成示位系统，发射示位信号。TWO-WAY VHF主要用于救生艇筏之间、救生艇筏与海上浮动核电站之间，以及救生艇筏与救助单位之间的现场通信。

5）陆上通信网

在海上核应急中，国务院指定的部门、省级人民政府指定的部门和海上浮动核电站的核事故应急机构应具有相互之间快速可靠的通信联络系统。陆上核应急相关部门间通过陆上通信网进行联络，应准备好应急期间使用的附加电话、无线电、网络设备或其他通信网。

4.2 能力平面

能力平面体现设施平面不同设备所应具备的共同应急通信属性。海上核应急通信系统应具备足够的通信容量、通信手段多样性，确保应急状态的可运行性。

1）多重性

多重性是为完成一项特定功能而采用多余最少套数的设备。在满足多重性原则的条件下，至少一套设备出现故障或失效，不会导致功能的丧失。海上核应急系统应对设备进行冗余备份，在出现单套设备故障的情况下，系统的通信能力不受影响。

2）多样性

多样性指为了执行同一功能，采用多套不同类型的设备，减少单套设备故障导致系统功能丧失的可能性，从而提高系统的可靠性。受海上自然环境制约，对外通信基本以无线通信为主。海上核应急通信必须包括多种无线通信手段，如卫星通信、短波/超短波通信等。

3）独立性

为提高系统的可靠性，系统各设备间应保持独立性。在系统设计中，应采用功能隔离或实体分隔来实现。如无线电台、卫星船站等设备，在布置时应充分考虑不同设备天线的安装布置要求，避免相互之间的干扰。

4.3 保障平面

海上核应急通信系统具有通信手段多样、所涉及的通信对象广等特点，保障平面包括影响海上核应急通信系统能力充分发挥作用的关键因素，主要包括法律体系、组织体系、应急预案等。

1）法律体系

将现有法律体系按法律效力分为3个层级，如图2所示。

2）组织体系

根据目前海上安全管理和核电站监管现状，海上核应急可能涉及的机构有：海事部门、国务院核安全监督管理部门、核工业主管部门、能源主管部门、中国海上搜救中心、省级海上搜救机构、地市级海上搜救分中心、国家级和地方政府级核事故应急协调委员会、核设施营运单位及军队等。海上核应急通信涉及多个部门，包括海洋、海事、航道、救捞、核安全监管、运输、医疗等，应急处置需要多方协同进行，各部门需深度互联互通。

3）应急预案

应急预案体系包括《国家核应急预案》、省级政府编制的场外应急计划（预案）、营运单位编制的场内应急计划（预案）。

5 结 语

目前无海上核应急通信系统设计规范，本文以海上核应急通信需求的基础上，分析《核动力厂设计安全规定》《核电厂通信设计规范》对核电厂通信能力及通信设备的设计要求和《国际海上人命安全公约》《钢质海船入级规范》对船舶GMDSS设备及船内通信系统要求，结合海上安全和陆上核电站应急组织机构、应急通信技术，从设施平面、能力平面、保障平面设计海上核应急通信系统。内部通信设施依据《核电厂通信设计规范》进行设计，外部通信参照GMDSS进行设计，并根据海上浮动核电站实际情况对设备进行剪裁。通信能力应满足核电设计的多重性、多样性、独立性要求。法律法规、组织体系、应急预案为核应急通信能力的发挥提供保障。随着相关法规标准的补充建设，海上核应急通信系统的设计将逐步规范化。