应急救援通信保障组网方案及通信技术探索

文/王鲁宁

当前，煤炭等行业面对严峻复杂的自然灾害威胁和安全生产形势，迫切需要建设一套具有系统化、扁平化、立体化、智能化、人性化特征的与大国应急管理能力相适应的现代应急管理体系，以此来提升应急保障能力。其中，全面形成应急管理信息化体系，实现感知网络全域覆盖，需要构建具有韧性、高速、智能、融合的天地一体化应急通信指挥网络和性能强大、稳定可靠的信息化基础设施，这是当前应急救援环境下重要的技术保障。为此，对应急救援通信保障组网方案及通信技术进行研究探索，可在突发事件发生时，通过应急通信指挥网，统一调配安全生产、矿山救援、消防特勤、抗震救灾等各种专业救援力量，并可实现突发事件报送、救援力量调度、预警信息发布、灾情发布，以及安全生产形势综合研判、消防安全形势综合研判、自然灾害态势综合研判、复杂灾害形势综合研判等功能。

一、背景

当发生灾害性事故时，需要第一时间排查危险源并对危险区域进行定位，而灾难的发生往往不可预计，发生地点、时间、环境恶劣复杂，通信往往面临着巨大挑战。比如，在矿区等存在无信号或信号弱的区域，由于现有的通信系统覆盖范围有限，导致无法联网统一指挥、协同作战能力差，极大影响了救援及自救；由于在应急救援过程中通信相对较为落后，救援过程中一线作战人员失联、信息孤岛等问题时有发生，且运营商通信资源和应急通信息资源无法共享共用互通，一线救援带宽受限，通信卫星收费高昂，这些问题增大了应急救援难度。

当前，应急救援无线通信已经从模拟时代全面步入数字化时代，伴随着技术升级迭代，在通话语音质量、频率使用效率、基础网络容灾、卫星定位数据、信息安全性、多网融合性等多个方面均实现了技术突破，而如何把更新更强更智能的专业无线通信系统应用到应急救援现场，构建起应急通信指挥网，并充分发挥优势解决当前困局是重中之重。

二、应急通信指挥网总述

应急通信指挥网依托国家天地一体化信息网络重大工程，整合各转隶部门存量通信网络、通信设备、卫星信道等资源，采用IPv6、SDN、5G、统一通信等先进通信技术来构建，总体上来说要完成两大步骤，即应急通信指挥网组网建构和应急通信指挥网系统架构。

1.应急通信指挥网组网建构

天地一体化应急通信指挥网从网络架构上来看，主要由统一平台指挥中心、卫星通信网络、现场应急通信指挥网络、应急无线专网网络、公共通信网络以及其他行业网络等部分构成。天地一体化应急中心指挥网如图1所示。

图1 天地一体化应急中心指挥网

采用三级通信组网结构，采用移动和广电共用的700M网络进行覆盖，同时结合MESH作为传输途径，分四种覆盖场景进行组网，形成包括应急指挥调度中心、前端大型指挥车、中型指挥车以及一线作战指挥人员的多级联动机制，保证通信的顺畅和完整。此外，结合5G大带宽、低时延、广连接的特性，提升应急处置的实效和传递效率。

2.应急通信指挥网系统架构

应急通信指挥网建设目标一般是由应急管理厅至所辖各级机构的指挥专线网络，同时按需接入挂靠应急管理厅各类指挥部的成员单位，实现视频、数据、话音的交互。同时，建设由现场指挥车、通信中继车组成的现场救援协同通信网络。通过公网4G融合、专网4G、卫星通信、散射通信等多种宽带传输手段，实现中继车与指挥车之间、指挥车与地面指挥中心之间的可靠话音与数据传输。

建设综合业务处理系统，对接现场救援各队伍现有的各类专用通信设施，提供位置、话音信息服务。实现现场各救援队伍位置、图像、数据的回传，实现由现场指挥部至各救援队伍话音指令的发送。构建以应急管理厅为总指挥部、市县应急管理部门为前线指挥部、现场指挥车为现场指挥部的分级架构，实现各级指挥机构对外的话音指令、视频会商信息一键可达，实现针对各类灾害预案生成通信计划并下达，实现与应急管理厅管辖部门以及协同救援部门通信的互联互通。建设应急可视化音视频调度系统，实现对应急救援现场各队伍位置信息查看、图像信息的实时回传以及音频指令的实时发布。

三、应急通信指挥网建设

现场应急通信指挥网络主要由融合通信指挥平台系统、宽带卫星通信系统、宽带无线应急通信系统、窄带无线应急通信系统、公网应用平台通信系统以及其他配套设备构成。

1.融合通信指挥平台系统

融合通信指挥系统是一体化应急通信网络的中心组成部分，基于“公专互补、宽窄融合、固移结合、天地一体”的多维组网形态，充分利用公网承载、窄带PDT数字集群、宽带TD-LTE专网、MESH自组网等多种技术手段，解决不同应用场景下语音、图像、视频、数据的高速传输以及综合位置服务等各类需求，确保协同救援和日常移动通信中全地域、全过程、全天候的通信指挥保障。

融合通信指挥系统主要承载系统是“可视化对讲指挥调度平台”，平台将可视化对讲技术、实时视频传输技术与GIS定位技术相结合，并可进行相关业务流程定制，集“对讲呼叫+实时视频+地图定位+工作管理”于一体，实现可视化、即时性、闭环工作管理，提高应急响应速度、工作效率以及业务处理水平。

融合通信指挥系统采用软交换架构设计，支持灵活的模块化设计并可扩展，支持多种语音通信网络互联，支持固定和移动一体化多媒体调度指挥。系统提供基于GIS界面的可视化指挥功能，可实现“一张图”调度指挥功能，进一步提高调度能力。

融合通信指挥系统支持多种终端和各种图传采集设备接入，可形成立体化统一指挥网络。还具备通过集成各种网关，实现与其他网络或系统进行对接的能力，如通过PSTN网关与公共/行业PSTN网络对接、通过集群网关与警用/行业窄带语音网络对接、通过卫星网关与卫星网络对接等。此外，该系统还可以集成第三方平台系统SDK，实现与第三方平台系统对接（如传感检测网络平台），实现业务互通。

2.卫星通信系统

按照应急管理部规划的自主可控的原则，形成广域覆盖、随遇接入、资源集成的应急管理卫星通信要求，建设卫星通信网来支撑应急现场远距离通信和扁平化的应急指挥，其中包括VSAT卫星、KA高通量卫星和天通卫星等多种技术。卫星通信网由空间段和地面段两部分组成，空间段包括传统VSAT卫星、天通卫星、高通量KA卫星及其他卫星，地面段则包括VSAT卫星地球站、天通卫星应急通信系统终端、高通量卫星应急通信系统远端站等。

3.宽带无线应急通信系统

（1）TD-LTE宽带无线应急通信系统。目前各级应急管理部门现有无线传输手段难以满足各级日益增长的通信需求，具体表现为“三多三少”：一是窄带通信手段多，宽带通信手段少。末端无线应急通信系统多以语音、报文等单一传输内容，且各终端相互间兼容互通性差，对文字、图片、图像等多媒体信息的无线传输手段相对较少。二是专用通信手段多，融合通信手段少。大多专用通信设备，不仅需要专业人员管理、维护、使用，而且在设备出现故障后，依托当地设备和技术维修困难、修复周期长。三是固定骨干传输手段多，机动末端传输手段少。由于机动末端传输手段主要还依靠短波、超短波等或公网实现，带宽窄、管控难、要求高，无法满足新形势下末端大数据宽带无线传输需求。而基于TD-LTE技术的宽带无线应急通信系统是解决当前应急通信需求诸上问题的重要通信技术手段。

（2）MESH宽带自组网系统。无线自组网通信系统（MESH自组网系统）在不依赖任何通信网络基础设施的情况下能快速提供一种可移动、无中心的通信支撑环境，具有覆盖范围广、灵敏度高、移动性好、抗干扰和抗衰落能力强、传输数据率高、稳定性和可靠性突出等特点。

MESH自组网系统与传统WLAN不同的是，其中继设备无中心组网，可以采用无线连接的方式进行互连，且中继设备间可以建立多跳无线链路。具体说，无线自组网通信系统作为一个“单跳”或“多跳”的系统，从源头到目的地有多条冗余的通信路径，网络中每个节点都具备自动路由功能，每个节点只和邻近节点进行通信，是一种自组织、自管理、自动修复、自我平衡的智能网络。无线自组网通信系统具有网络覆盖范围大、频谱利用率高、可靠性高、多跳路由、组网灵活、维护方便和支持与其他无线网络兼容和互操作等优点，整个系统具有使用方便、灵活、音视频传输清晰度高、低延时、覆盖范围广、稳定、可靠等优势。与传统宽带传输系统相比最突出的优势是快速部署、易于安装、非视距传输（NLOS）、网络健壮性、组网结构灵活、高带宽。

4.窄带无线应急通信系统

当前，窄带数字集群语音通信系统仍是应急抢险通讯指挥中心与现场之间联系的最关键最重要的基础通信手段之一，但在应急通信中也面临诸多问题。要提升窄带数字集群语音通信系统在应急通信中的应用能力，应加入同频同播、无线自组网等功能，提升其组网能力和性能水平。

（1）车载自组网语音通信基站。车载自组网语音基站是一款超高集成度且可根据用户话务需求量身定制载波数量的窄带通信设备，具备高端的硬件配置，业务功能丰富，适用于车载安装使用。设备遵循PDT/DMR/MPT标准信令，支持常规中转/IP互联/同频同播/集群/集群同播/自组网等工作模式。

（2）便携自组网语音通信基站。便携自组网语音通信基站是一款先进的智能化便携通信设备，具备高端的硬件配置，业务功能丰富，可适用于各种复杂场景下的快速部署组网，为用户提供灵活高效的高级组网方案。设备遵循PDT/DMR/MPT标准信令，支持常规中转/IP互联/同频同播/集群/集群同播/自组网等工作模式。同时，支持无序自组网能力，为无线、有线链路场景以及复杂通信环境提供自组网解决方案，支持4跳5站，无需固定排序，开机即可实现多基站之间自动联网。此外，设备支持双载频配置，支持“一本地载波+一链路载波“和“双本地载波”两种工作模式。

（3）手持自组网语音对讲终端。手持自组网语音对讲终端支持PDT、DMR、MPT/自组网对讲/4G公网对讲等多种工作模式，可以根据实际使用环境进行灵活选择。手持终端支持自组网工作模式，无需按序编号即可自动混接组网，支持最多4跳5级，扩大通讯范围，可极大提高复杂通信环境下的语音通信能力。

四、结论

当灾难发生时，第一时间构建稳定、可靠的应急通信网络是科学救援、人民生命财产安全的重要保障。通过梳理整合当下通信技术现状，依托国家天地一体化信息网络重大工程，整合各转隶部门存量通信网络、通信设备、卫星信道等资源，采用一系列先进通信技术，构建起天地一体化应急通信指挥网，可以实现有线、卫星和无线通信网系融合互通，能够更好地适应多种突发状况通信需求，以此来避免通信中断引发的风险。