基于高通量卫星的星地融合应急通信指挥系统

文|李萌 姚怡 王逸璇 张磊

中国卫通集团股份有限公司

一、前言

我国幅员辽阔，是世界上发生灾害最多的国家之一。灾害发生后，受灾地区由于交通、通信、电力设施损毁，不同程度地处于被隔绝状态，灾区受损情况、灾民需求等信息无法及时收集，由此造成灾区内外的信息不对称，直接阻碍救援决策及救援行动推进，影响救灾整体效果，而导致灾区救援信息不对称、决策不高效的主要原因是缺乏有效的应急通信手段。通信卫星具备广覆盖、快速接入的特性，可以提供应急场景下高可靠性传输链路，2017年我国发射了首颗Ka高通量卫星中星16号，标志着我国卫星通信已进入高通量时代，高速率、大带宽已成为卫星通信新时代的特点。通过高通量卫星与多种通信手段融合，建立星地融合应急通信网，可实现不同通信手段之间的互联互通，构建广域覆盖、随遇接入、资源集成、便捷可靠的天地一体化通信系统，提供话音、数据、视频会议等功能，满足应急通信领域统一指挥调度、现场音视频回传、多点视频会议等要求。

二、应急通信现状

当前灾害现场应急通信手段包括地面公网移动通信、短波/超短波通信、LTE宽带专网、MESH自组网、卫星通信等方式，“无电、无路、无信号”极端条件下，应急通信保障仍是地方应急管理部门以及其他行业应急管理部门迫切需要解决的问题。

在应急通信指挥场景下，尤其是重大灾区应急现场，通常需要跨部门协同工作，形成前突通信队（前突）、前方指挥部（前指）、后方指挥中心（后指）三级互通、两级指挥的应急指挥体系。然而现有的应急通信指挥系统主要针对单一地面通信方式实现，各部门配备的通信设备体制和数量各不相同，导致在应急通信指挥网络中多种通信体制并存，存在各体制设备互不兼容、独立调度的问题，无法有效实现各级部门间的互联互通和指挥命令下达，无法实现整网资源的集中控制、统一调度，给跨部门协同指挥工作带来了很大的困难。此外，在当前“智慧应急”形势下，为满足重大灾害应急指挥对灾害现场视频、高清图片传输的需求，对于应急协同指挥系统的存储、计算、处理、可用度等能力提出了更高的要求，需要大带宽、高速率的传输方式。

构建基于高通量卫星的星地融合应急通信指挥系统，既满足高速通信又可实现特殊场景下保底通信需求，实现应急现场与指挥部门通信链路快速打通，实时交互音视频信息。

三、星地融合应急通信指挥系统

1.系统概述

基于高通量卫星的星地融合应急通信指挥系统面向应急用户最终需求，基于高通量卫星宽带平台搭建，与高通量卫星宽带平台做接口对接，通过将卫星通信与地面4G/5G、天通卫星、地面自组网、音视频会议、视频回传等技术手段进行融合，建立多体制、多系统兼容的综合性应急卫星通信指挥系统，实现指挥调度系统、卫星通信系统和现场调度系统的融合，在满足高速通信前提下预留保底通信手段做支撑，形成具备高通量卫星特色的三级互通、两级指挥的应急通信指挥系统，支持对系统内通信终端统一管理和灵活调度、高通量卫星网络资源的监管、卫星通信链路状态监测等，支持后指、前指、前突单兵三级分级分权限部署。

2.系统架构

本系统是以前突应急队、前方指挥部、后方指挥中心为核心的三级互通、两级指挥的应急指挥体系，通过高通量卫星通信网络与地面网络、音视频会议网络的融合，实现应急场景下的灾害救援。系统包括前突、前指、后指三部分，其中前突应急队伍携带手持单兵、视频监控设备完成应急现场音视频、数据信息的采集，通过高通量卫星、天通卫星等卫星网络将数据回传至前方指挥部和后方指挥中心。前方指挥部部署高通量卫星终端、网络聚合设备以及视频会议设备，实现视频会议、应急态势可视化以及应急任务管理等功能，完成与前突应急人员、后方指挥中心的互联互通。后方指挥中心主要部署应急通信指挥系统所需的服务器，具备视频会议、应急态势可视化、应急任务管理、资源管理、资源调度等功能（图1）。

图1 基于高通量卫星的星地融合应急通信指挥系统网络架构

系统软件以应急用户可视化指挥调度需求为牵引进行设计，软件设计重点聚焦在多元数据的汇聚存储、常态化监测预警、突发事件应急指挥调度三个方面，通过对整网资源的统一管理，实现资源灵活高效分配。

3.系统组成及功能

基于高通量卫星的星地融合应急通信指挥系统主要包含以下几个功能模块：基础服务功能、资源管理功能、业务调度功能以及灾情统计分析功能等，通过在高通量卫星宽带业务平台上融入指挥调度功能，实现在应急场景下的基于卫星互联网的应急通信指挥调度。

（1）基础服务功能

基础服务功能主要包括用户管理、权限管理、日志管理、告警管理等，基于GIS地图可视化呈现应急现场情况及应急装备状态、卫星网络状态等系统运行监测数据，提供基础信息管理支撑。

用户管理主要管理用户、用户组织机构、用户角色，通过对角色与组织机构的管理配置，实现对用户进行多层级权限管理；日志管理用于记录操作员的历史操作，支持记录操作IP、操作内容和操作时间等；GIS地图管理通过整合高通量网络中的终端资源、地面网络资源、波束覆盖范围等数据信息，基于GIS可视化技术，统一呈现在一张底图上，实现整网资源运行监测、高效协同调度；告警管理是在系统中软硬件运行发生异常时，产生告警信息，并分类管理，维护系统正常工作。

（2）资源管理功能

针对应急通信指挥平台所面对的多星、多终端、多数据的多资源管理现状，以资源为中心进行统一管理，屏蔽多体制通信网络异构性，整合卫星资源、终端、数据资源，实现用户的通信体制差异无感知操作，满足多层级用户的应急保障通信要求，提供全局、高效、灵活的资源监管能力。资源管理功能包括卫星网络资源管理、终端资源管理、链路状态预警监测、物资管理及可用资源展示等。

卫星网络资源管理：本系统共涉及高通量卫星和天通卫星两颗卫星的统一管理和协同调度，通过对卫星资源状态的监控评估，实现卫星资源在不同卫通网络之间的规划调配，提高卫星资源的利用率。其中Ka频段高通量卫星中星16号由中国卫通集团股份有限公司独立运营，高通量卫星资源包含高通量卫星流量、网络资源等，通过高通量卫星资源管理，应急保障人员高效进行高通量卫星通信应急保障资源调度，可对上述资源进行申请、配置、回收、业务停断、资源总览。天通卫星资源的管理调度需与中国电信合作，可查询天通流量资费情况。

终端资源管理：本系统需要兼容不同通信体制下的终端，包括前突“Ka+天通”融合终端、前指“Ka+4G+视频指挥”融合终端以及高清摄像头等采集设备，通过终端鉴权入网、终端在网状态监测、终端位置信息监测、终端台账建立等，实现对整网终端资源的全局调度和高效利用。

链路状态预警监测：本系统可对在线终端所在经纬度天气状况进行查询，并通过GIS地图可视化展示前突、前指Ka通信链路状态信息，支持应急人员手动调整链路接入状态。

物资管理及可用资源展示：物资资源管理主要包括物资信息管理和使用情况监测，并通过GIS一张图实时展示可用应急资源。本系统可对物资名称、地理位置信息、容量进行登记录入，并可进行添加、编辑、删除、搜索等操作，各类物资信息可以用通用属性表示；可实时监测各个物资管理点的物资信息，更新物资进出库情况，对物资去向进行登记录入。

（3）业务调度功能

应急通信指挥平台研建将投入两类任务使用：应急示范演练、应急保障。应急管理部及相关行业部门可通过任务管理模块针对演练、应急保障创建对应任务，可实现任务下发、短信/邮件通知、任务视图、任务日志、任务分析报告等功能，任务支持对多权属多体制通信终端在任务视图内的统一管理。任务管理模块与其他业务系统交互，通过统一的对外交互接口，支持应急任务上报与下发、信息通知、报告摘要发送等功能，对进行中的任务可在GIS地图上查看相应任务范围，对范围内的资源进行统筹管理，从而实现对应急通信保障业务的支撑。

（4）灾情统计分析功能

灾情统计分析系统负责通过采集各子系统相关数据，经过数据处理、分析与综合，形成灾情分析结果并呈现给用户。灾情数据来源于基础服务功能模块、资源管理功能模块、业务调度功能模块中的用户信息、资源信息及业务操作日志；综合分析卫星资源使用情况、终端设备使用情况、流量使用情况以及业务开展情况等；以文字、数据、图表报表相结合的方式，生成灾情分析报告，呈现分析结果，推动后续资源使用优化。

四、结语

基于高通量卫星的星地融合应急通信指挥系统以用户需求为牵引，面向“无电、无路、无信号”极端条件下应急行业用户需求，通过高通量卫星与天通卫星、地面4G/5G等通信手段融合，既提供高速传输能力，也有保底通信手段；以任务为驱动，设计适应前突、前指、后指的三级应急通信指挥架构；将软件音视频会议、视频回传相结合，打通与高通量平台接口，提供可视化指挥调度能力。通过用户端软件通用化、集成化，满足应急专用终端、通用手机终端等多平台部署。