复杂艰险山区铁路应急通信系统探讨

李 雷，余 超

（中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031）

1 概述

铁路应急通信系统是铁路应急管理体系中极为重要的组成部分，在发生突发事件时，承担着及时、准确、畅通地传递事件现场信息的责任，为指挥人员获得第一手信息，快速判定、正确决策提供依据。同时在应急处置过程中，为应急现场与指挥中心之间、现场各救援队伍及与外部应急力量提供调度指挥通信功能，有效提升铁路突发事件应急抢险中的通信保障和快速反应能力。特别是复杂艰险山区铁路，沿线地形地质条件复杂、气候恶劣、灾害频发、人迹罕至。在铁路工程建设和运营维护中应急通信保障至关重要，构建契合复杂艰险山区铁路的应急通信系统极为必要。

2 铁路应急通信现状

目前，铁路应急通信通过静图系统、专用应急通信设备、海事卫星、公网等手段提供突发事件现场与应急指挥中心之间语音、静/动态视频图像等业务。

1）静图系统

静图系统由静图服务器、拨号服务器、管理维护终端、查询/显示终端组成。静图系统中心设备与现场图像采集设备通过铁路既有自动电话网采用拨号方式连接。

2）专用应急通信系统

铁路基建项目配置的专用应急通信系统设备，包括：海事卫星电话、野战光缆、无线中继设备等，主要配置于铁路沿线通信车间（工区）。应急现场设备通过铁路通信传输网专线电路接入路局应急中心通信设备，图像可传至中国国家铁路集团有限公司（以下简称国铁集团）应急指挥中心。

3）卫星应急动图系统

在路局调度楼通信机房设置固定卫星地面站设备，通信车间配置便携站。该系统与路局局综合视频系统互联，国铁集团应急指挥中心可通过登陆综合视频系统客户端，调阅现场动图。

4）公网应急动图系统

在应急指挥中心配置基于公网的应急动图系统服务器，在各通信段、电务段、工电段配置现场设备。通过公网接入应急动图服务器，并通过HDMI互联以会议辅流方式上传至国铁集团应急指挥中心。

5）宽带卫星应急通信系统

租用公有云的方式在应急指挥中心部署管理平台，应急现场配置专用手持终端、移动布控球和高通量宽带卫星终端设备，通过宽带卫星通道接入指挥中心平台。

3 铁路应急通信系统存在主要问题

虽然铁路应急通信系统设备种类多，但在实际运用中存在诸多问题，在复杂艰险山区铁路这些问题尤为突出。

1）应急通信系统设备种类多，存在多个中心设备，未形成统一的平台，各类应急系统之间未实现互联互通、数据共享，造成在通信资源不足的复杂艰险山区铁路应急通信设备的可选择性降低。

2）铁路专用的应急现场接入设备集成度低、重量重、配件及配线数量种类多，存在开通时间长、使用不便等问题，在交通不便的复杂艰险山区铁路无法很好地保证应急响应时间需求。

3）应急现场的区间接入手段不够灵活，传输带宽受限，现场的动图上传困难，在复杂艰险山区铁路沿线这一问题更为严重。

4）海事卫星提供带宽有限，不能满足事故现场视频传输的要求。

5）目前应急通信系统的传输网络以有线网络为主，无线网络的应用尚不完善，尤其是在复杂艰险山区铁路长大隧道内的应急通信手段缺乏。

4 复杂艰险山区铁路应急通信系统构想

复杂艰险山区铁路具有沿线地形高差显著、山地灾害频发、板块活动强烈、生态环境脆弱、气候条件极端、施工条件恶劣、运营维护困难等特点，独特的工程条件与施工、运营环境给铁路运输安全，以及为突发事件应急救援带来了新的挑战。当发生自然灾害或突发事件等紧急情况时，地面通信网络可能被损毁，各级应急救援指挥中心迫切需要掌握现场情况、及时有效应对、科学处置。将突发现场照片、视频图像及时传回各级应急救援指挥中心，有助于救援指挥和科学决策。因此，为提高复杂艰险山区铁路应急通信的网络覆盖、现场响应速度和通信保障能力，需因地制宜的构建天地一体、多网融合、全域覆盖、快速部署、定位精准的铁路应急通信系统。系统构成如图1 所示。

图1 复杂艰险山区铁路应急通信系统构成示意Fig.1 Schematic diagram of the composition of the emergency communication system for railways in complicated, difficult and dangerous mountainous areas

4.1 应急通信中心平台

应急通信中心平台采用通信专用云平台方式部署，主要包括平台服务器、中继网关、网络安全设备、网管等设备。同时按照固移融合、公专合用的思路构建应急通信融合服务平台，支持公网（含卫星）接入和个人公网手机应用，与视频监控系统、调度通信等系统互联，兼顾日常和应急两用。

4.2 应急现场设备

根据2007 年《铁路交通事故应急救援规则》（铁路总公司令第32 号）的要求，铁路应急通信的响应时间划分为两个时间段：第一时间段为在车站站内发生的应急事件30 min 内和区间发生的应急事件在1 h 内；第二时间段为车站站内发生的应急事件30 min 后和区间发生的应急事件在1 h 后。第一时间段的主要任务是快速沟通现场与指挥中心的通信联系，并利用基本的语音和图像信息向应急指挥中心汇报现场的情况，需在第一时间内提供基本的语音和图像业务，即1 ～2 路话音、静图或非实时的动图，有条件情况下应实现动图的实时传送。第二时间段的主要任务是为事件现场救援指挥部搭建临时的通信平台，为抢险救援的指挥与协调提供丰富的语音和图像服务。其中车站站内发生的应急事件1 h 内和区间发生的应急事件在2 h 内，需要实现多路话音、实时视频和数据等业务，将现场设备扩展为现场通信平台，把现场的多路语音、实时图像和数据传送到应急指挥中心。同时建立应急现场的内部指挥通信。

复杂艰险山区铁路沿线地理情况复杂多变，需根据每个区段具体的地理情况和网络覆盖情况，同时根据应急处置需要和工作分工，在承担应急通信响应和应急通信保障的运输生产站段和现场车间、工区，应因地制宜的配置适合复杂艰险山区铁路的应急通信现场终端设备，现场终端设备及接入方式应多样、适用、灵活选择。

海事卫星电话、专用手持台/手机APP、移动影音采集设备（包括数码照相机、数码摄像机、布控球）、数据终端、单兵设备等轻便型设备，这类设备体积小、重量轻，接入便捷，同时价格低。复杂艰险山区铁路长大桥隧多、站间距长，可以加密配置这类设备，如在沿线车站或区间值守点配置这类设备，能满足第一时间段的应急通信保障需求。

应急通信车、专用应急现场接入设备、宽带卫星终端（卫星便携站）、系留无人机等终端设备，这类设备集成度高，通信保障稳定，传输容量大，网络搭建时间较长，能满足第二时间段的应急通信保障要求。根据复杂艰险山区铁路的特点，可适当加密配置，如在工区配置专用应急现场接入设备和宽带卫星终端（卫星便携站），在车间配置应急通信车。

4.3 应急通信现场接入网络

铁路应急通信接入网络的建设应根据复杂艰险山区铁路的地理环境和具体的传输条件建设，选用适合的接入方式。可以是一种接入方式，也可以是多种接入方式的组合。

1）海事卫星接入

海事卫星接入方式为海事卫星信号在海事卫星地面站落地后，进入公网路由到路局应急通信中心平台，如图2 所示。

图2 海事卫星接入示意Fig.2 Schematic diagram of maritime satellite access

2）专用应急终端接入

专用应急终端通过野战光缆与相邻车站（或区间）传输设备接入铁路传输网络，提供2 Mbit/s 及以上带宽，将现场信息传送到路局应急通信中心平台。在车站（或区间）接入点设置有线无线转接设备，在现场设置无线手持台及带有专用无线网卡的数据终端设备，可通过5.8 G 宽带无线接入，实现现场的话音、数据和图像信息的实时传送，如图3所示。

图3 专用应急终端接入示意Fig.3 Schematic diagram of dedicated emergency terminal access

3）宽带卫星接入

应急现场信息接入宽带卫星终端（卫星便携站）通过卫星传输至宽带卫星地面关口站，进入公网路由至路局应急通信中心平台，如图4 所示。

图4 宽带卫星接入示意Fig.4 Schematic diagram of broadband satellite access

4）移动公网接入

移动公网接入可以分别租用移动、联通、电信N×2 M 专线接入邻近其公网基站，再通过公网有线网络路由至路局应急通信中心平台。带SIM 卡移动终端可直接通过无线接入移动、联通、电信4G/5G 网络，再路由至路局应急通信中心平台，如图5 所示。

图5 移动公网接入示意Fig.5 Schematic diagram of mobile public network access

4.4 隧道内应急通信覆盖

复杂艰险山区铁路地形复杂，山高谷深，长大隧道众多。长度≥5 km 的隧道内仅设置有专用应急电话机用于语音通信，不能满足传输数据、图像的要求，需针对隧道内发生应急突发事件时的网络覆盖以满足应急通信保障需求。因此推荐采用mesh 技术，构建分布式无线自组织网络，实现隧道内网络覆盖，满足随机点位的应急通信要求。

在3 km 以内的短隧道内发生应急突发事件时，隧道内采用mesh 自组网设备，隧道口部署路由器连接专网或公网或宽带卫星，将隧道内的实时数据、图像回传至路局应急通信中心平台。

在3 km 以上的长大隧道内发生应急突发事件时，隧道内采用光纤+mesh 自组网设备，从隧道口或辅助坑道口敷设光缆向隧道内延伸到应急现场区域；隧道口或辅助坑道口部署路由器连接专网或公网或宽带卫星，将隧道内的实时数据、图像回传至路局应急通信中心平台。

隧道应急通信覆盖方式如图6 所示。

图6 隧道内覆盖示意Fig.6 Schematic diagram of communication coverage in tunnels

4.5 与其他网络的互联

当自然灾害或突发事件等紧急情况发生时，启动应急程序，无论是指挥者还是抢险救灾人员都希望尽可能多地了解到更多的信息，需要在应急通信网络上获取更多的信息资源，要求应急通信系统与既有的铁路通信网络互联，实现与其他系统的话音、图像和数据的通信。

1）应急通信系统中的电话用户要实现与铁路既有的电话交换网和调度通信网内的用户通信，应急通信系统就要与电话交换网和调度通信网连接。

2）当有视频监控的地段出现应急事件，应急通信系统能从综合视频监控系统中调看该地段的视频，应急通信系统应与综合视频监控系统互联。3）应急通信系统还应与会议电视系统互联，满足在应急指挥中心与会议电视系统内的用户召开会议。

4.6 网络安全防护

根据信息系统等级保护安全设计技术及国铁集团对应急通信系统确定的等保三级的要求，铁路应急通信系统应从安全区域边界、安全通信网络方面进行安全防护，实现与铁路内网的隔离。

5 结束语

复杂艰险山区铁路存在地形地貌复杂、地质构造活动强烈、地质灾害多发等困难，特别是在工程建造及运营维护过程中的应急通信保障尤为重要，提出构建天地一体、多网融合、全域覆盖、快速部署、定位精准的铁路应急通信系统，并对系统结构、设备配置等进行了探讨。随着通信技术的发展，国产化高通量通信卫星、天通一号卫星、北斗等应用日益成熟。并且，国铁集团已经制定了5G-R 的部署计划，在应急抢险中可以充分利用5G-R 或者运营商5G 网络。