基于融合通信技术的核生化爆应急指挥系统的开发研究

刘宇翔　李皓瑜　任兴平　杨红飞　张建红 马佐雄

摘要：核生化爆突发事件是指由放射危险物、化学毒剂毒物、致病微生物、可爆燃物等的泄漏、爆炸从而导致的人员伤害的恐怖事件或突发事故。核生化爆突发事件具有较强破坏性，可能造成人员巨大伤亡，对国家安全、社会稳定和经济发展造成不利影响，开展相应的有毒有害物质检测、现场数据传输以及应急处置策略研究，是综合性前沿技术应用的难题，具有重要的战略意义。

关键词：核生化爆;应急指挥系统;救援通信;可视化指挥;信息处理

1.系统开发背景

我国现役的核生化爆应急指挥与防范系统的开发应用一直以来是公安、部队等部门装备建设的重要部分，事故现场的数据、语音、视频高效传输以及地理位置信息、气象信息等综合信息的采集应用能力是应急指挥系统作战效率的重要支撑要素，现役系统的解决方案是将数据、语音、视频独立进行传输并进行后台处理应用，系统虽然能够保证所需信息的获取但是数据本身是分割的，难以提升综合应用指挥效率。本课题在充分研究现役系统技术瓶颈的基础上与多个应用部门进行了充分的技术交流，提出采用宽带融合通信技术集中传输数据、视频及语音，采用MESH自组网技术提供宽带通信主干，解决现役系统的“数据孤岛”问题。指挥系统建设包含GIS地理位置信息、北斗定位信息、实时数据采集信息、气象信息以及音视频信息的数据采集和存储，从而实现多类信息的集中处理，提升突发事件应急指挥系统的高效性、准确性、科学性。课题研发采用成熟的前沿应用技术，集中了行业应用所需解决的关键技术，技术风险小、创新程度高。

本课题集成MESH自组网通信技术、物联网技术、应用软件技术以及GIS空间信息与北斗定位技术等前沿技术开发满足公安、武警、部队等不同用户要求的专业化应急指挥平台，促进新兴技术和资源在军民两个领域的应用，符合“军民融合”国家战略，研究成果能够快速得到应用示范及产业化推进具有良好应用前景。

2.主要研究开发内容、实施方案及技术创新点

课题研究开发的主要内容包括：单兵用多种现场检测仪器的数据集中采集功能开发;单兵用数据采集多模终端开发;单兵或小规模集群的数据、音频、视频融合通信功能实现;宽带MESH网为通信主干网的搭建应用;基于GIS空间信息与北斗定位应用的应急指挥平台开发;应急救援策略分析系统开发等。l

2.1 系统的总体设计

本课题提出研发一套面向核生化爆突发事件处置的应急指挥系统，包括前端采集数据通信移动指挥三级功能，各项功能的技术指标如下：

1）前端采集部分：单兵数据采集，通信终端：即有网络（公网/Wifi或PDT集群网络）多种通信网络自适应;支持蓝牙或RFID技术采集多种检测仪器数据;实现数据、语音和视频通信。

2）数据通信部分：支持16个节点组成自组通信宽带网，支持3级以上组成链式传输，实现现场宽带网络通信。

3）指挥系统部分：包括GIS指挥控制功能，视频管理功能，语音控制功能，单兵调度功能，数据分析功能，统计与决策功能等。

2.2 实施技术方案

2.2.1单兵数据采集终端

1）无线数据采集

通过蓝牙或近场通讯NFC协议采集检测设备的实时数据，终端可与周边设备更紧密的在一起合作，周边设备采集的数据统一由终端传输给后台，这种融合的数据信息更方便数据分析，解决有线传输给单兵带来的操作不便;

2）北斗定位

定位每一个单兵的实时位置以便于统一调度指挥;

3）集成摄像头及PDT集群对讲功能

终端具备前置、后置双摄像头，能够将现场情况以图片、视频的方式取证并通过网络进行实时回传。同时具备多媒体业务功能，能实现小视频、文本、文件等的传输;

4）数据存贮、数据加密

设备脱离网络后能够实现采集数据的保存，并在接入网络后自动补充上传，根据使用方需求选择数据硬加密功能;

5）二次开发功能支持

Android操作系统，支持定制APP应用，在终端上进入业务系统，实现业务系统的整合和应急侦查流程的融合。

6）远程统一管控

终端写频、升级、功能设置等可通过远程统一管控无须亲临现场和回收终端，任务无须人員值守，节省成本的同时更加高效。

2.2.2自组网通信网络

1）快速自组网

开机即用，无需配置。快速完成现场各节点间通信链路的建立。最多可支各节点随时加入或退出网络，不影响网络通信。

2）网络健壮、快速自愈

不依赖于某一个单一节点的性能。如果节点出现故障、受到干扰或者退出，数据包将自动路由到备用路径继续进行传输，整个网络的运行不会受到影响。

3）非视距传输

具备抗多径干扰能力以及一定非视距传输距离远及衍射和穿透性能，适用于城市、森林和山区等视线极易受阻的环境。

4）链路冗余和通信负载均衡

网络可以根据每个节点的通信负载情况动态地分配通信路由，从而有效地避免了节点的通信拥塞。

2.2.3调度指挥系统

调度指挥软件音视频一体化融合通信与调度平台，在融合通信基础之上支撑宽带多媒体指挥调度业务。

其具体功能分以下几个模块

1）GIS指挥控制功能：现场作业小队可视化、可交互立体作战系统可把所属的队伍、车辆、系统资源、移动轨迹等信息全部标注在地图上，可以实现基于位置的动态圈选建组，实现音视频和群信息的沟通，在地图上实现所见即所得的可视化指挥。

2）视频管理功能：扁平化、可视化、可交互立体作战系统可实现把多媒体移动终端、4g移动单兵等设备的视频集中接入、集中管理、集中调管理，并可实现不同视频通信系统之间的相互转发、分发。

3）语音控制功能：小组扁平化、可视化、可交互立体作战系统解决方案实现有线和无线宽带上的语音控制，在调度界面发起不同类型呼叫、接听、挂断呼叫。

4）数据储存及输出：实时数据库实现前端采集数据的存储和多元数据分析模型的建立，按照输出要求输出到决策辅助系统。

2.3 工作方式

从前端的检测数据采集，视频、语音、数据的融合传输，到检测数据、气象数据的综合分析，最终给出应急救援策略建议并能够实现集中的现场指挥功能，形成一个综合的应急业务支持系统，提升军警面向核生化爆突发事件的综合应急处理效率。系统主要由前端采集、数据通信、移动指挥三级功能组成。

2.4 课题创新及系统特点

本课题是多种前沿技术在核生化爆突发事件处置领域的集成应用，关键技术点包括以下几个方面：

1.轻量化的单兵终端，集成数据、语音、视频传输功能并满足快速指挥调度，适用于4G移动通信网络及自组网宽带网络。

2、MESH自组网宽带技术的集成应用，满足高带宽及充分的通信区域覆盖能力;不依赖于某一个单一节点的性能。如果节点出现故障、受到干扰或者退出，数据包将自动路由到备用路径继续进行传输，整个网络的运行不会受到影响。

MESH拓扑图——故障发生前

MESH拓扑图——故障发生后

3、现场指挥调度系统与应急策略支持系统开发，实时数据库及分析模型的开发。

基于MESH技术的宽带骨干网示意图

3. 本领域国内技术标准及状况

由于技术发展的先后不同国内外核生化爆应急指挥系统技术状况水平不一，以美国、日本等国家为代表的应急指挥系统具备较强的智能化水平和一体化作战能力，以日本福岛核电事故为例，大量应用了机器人技术、无线通信技术等先进技术，并在事故后加大集群处理、一体化作战的装备开发，在专利和技术标准上处于国际领先水平。

综合国内外核生化爆应急指挥系统的发展来看，通过信息化技术提升数据的實时采集分析能力以及通过音视频宽带传输应用GIS地理信息技术与卫星定位技术形成信息资源共享加快决策和反应速度，使应急效率大幅提高，是该领域的重要发展方向。

4. 结语

我国应急装备在近年来得到突飞猛进的发展，特别是在军事装备大发展的背景下，应急指挥系统中对物联网、大数据、机器人等前沿技术的应用进一步深化。但是军用、公安等行业的现役装备上还很少将数据采集、音视频传输、集群指挥、大数据分析等重要功能集成在一套系统中，从而提升作战指挥效率。根据以上分析，本课题提出的在融合通信平台上实现一体化侦查、指挥、分析系统将会是行业装备发展的重要方向。

参考文献

[1]白 嘉.《融合通信系统及业务的设计与实现》，北京邮电大学，2010.

[2] 刘惠民. 《融合通信关键技术研究与实现》，北京邮电大学，2014.

[3] 杨成月. 《基于物联网与空间信息技术的电网应急指挥系统》，电网技术，2013

[4] 刘铁民. 《突发事件应急指挥系统与联合指挥》，中国公共安全，2005