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应急通信系统的建立和应急通信系统的保障

2017-06-07 卓翼智能 分享

近年来,随着通信技术、计算机技术、微电子技术的发展和大型自然灾害产生的巨大影响,对应急通信的需求更显迫切,所以对应急通信系统的研究成为研究的热点之一。

关键词:应急通信;地震应急;地震现场通信

我国幅员辽阔,地理、气候条件复杂,是全球遭受自然灾害最严重的国家之一,灾害种类多、发生频率高、损失严重,特别是地震这种自然灾害。由于我国位于世界两大地震带 环太平洋地震带与欧亚地震带之间,受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压,地震断裂带十分活跃,具有地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广等特点[2],近年来汶川8.0级、玉树7.1级、雅安7.0级、鲁甸6.5级等破坏性地震相继发生,对通信基础设施造成了严重的破坏,给抢险救灾工作带来了很大的困难。应急通信是突发性紧急事件时通信需求的基础保障,建立并完善先进的应急通信系统是面对地震等突发性紧急事件时抢险救灾的重要工作内容,因此,对应急通信的研究具有极其重要的意义。

应急通信系统的建立和应急通信系统的保障

一、应急通信概述

现代意义的应急通信一般是指为应对自然或人为突发性紧急情况时,综合利用各种通信资源,保障信息传递、紧急救助或指挥调度等工作顺利开展所需的一种通信手段,它是一种暂时性、快速响应的特殊通信机制。应急通信除了需要满足时间突发性、地点不确定性、业务紧急性和信息多样性等要求外,还须具备部署快速、易于安装、健壮性好、扩展性强、成本合理等特点[1],并提供可靠的信息传输服务。应急通信不是一种通信方式,而是一组支持不同应急需求、具有不同属性的通信方式,其功能结构图如图1所示。从应急通信功能结构图可以看出,应急通信根据通信需求不同可分为多种应急通信系统,如:(1)支持国家重大突发事件监视和预测的通信系统;(2)支持地方发现和处理突发事件的通信系统;(3)支持灾区最高指挥员实施现场指挥的通信系统;(4)支持现场抢救的通信系统;(5)现场电视转播系统;(6)灾区现场应急通信技术支持系统;(7)灾区群众自救和呼救应急通信;(8)灾区群众对外通信等。

二、应急通信主要方式

目前,应急通信主要采用的通信方式基本为两种,即有线和无线。

2.1有线通信。有线通信分为公用通信网和专用通信网。公用通信网最常见的是互联网,特点是覆盖的范围广,通信的容量大,承载的业务种类繁多,其性能也稳定,费用还低廉,是遭受一般自然灾害情况下应急通信最基本的信息传递手段,但其经受大灾害的冲击能力有限,紧急事态下在优先权方面的能力也很不足。因此,公用通信网抗大灾的能力有待继续提高[3],目前国内外对基于公用通信网的应急通信研究也很少。专用通信网是专业部门使用的专用网络,如各国政府部门、军队等的专用网络。当紧急事态下对公用通信网实施强制管制时,专用通信网是保障消息传递、上下级命令、应急指挥等的一种重要通信手段,但专用通信网在覆盖能力、互通性及宽带业务提供能力方面存在很大的不足,难以满足如地震等重大灾害通信的需求[4]。

2.2无线通信。无线通信是利用电磁波信号可在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式,不需要专门布线,不受“线”的制约,在其信号所覆盖的范围内可方便接入,并可以实现在移动中的通信。因此,相较于有线通信,无线通信具有抗毁能力强、组网简单、灵活快速等特点,是处置各种紧急突发事件时最常用的通信方式。无线通信主要有:短波通信、超短波通信、微波通信、集群通信、无线局域网和卫星通信。

2.2.1短波通信。短波通信是一种依靠电离层反射进行传播的无线电通信技术,其波长在100米~10米之间,频率范围为3~30MHz。短波通信其通信距离较远,是远程通信的主要手段,并具有组网灵活、抗毁性和自主通信能力强、运行成本低廉等优点[5],但由于短波传播所依赖的电离层高度和密度易受地形、地物、昼夜、季节、气候等因素影响,所以短波通信的稳定性较差,噪声较大。随着数字信号处理技术、扩频技术、差错控制技术及自适应技术的进步,以及超大规模集成电路技术和微处理器的出现与广泛应用,短波通信的发展及使用进入了一个新的阶段。短波通信最常见的是短波电台,目前,短波电台已实现数字化和小型化,具有体积小、重量轻等特点,特别是车载短波电台机动灵活,可随时随地架设,是应对紧急突发事件一种行之有效的应急通信手段。

2.2.2超短波通信。超短波通信也是利用电离层进行传播的一种无线电通信技术,其波长在10米~1米间,频率范围为30~300MHz(或扩展到1000MHz),常用的有70MHz、150MHz、4MHz、9MHz等。超短波电离层传播有散射传播和透射传播两种主要形式,由于地面吸收较大和电离层不能反射,因此其主要特点是视距直线传播,同时有一定的绕射能力,工作频带较宽。超短波通信的缺点是频段频率资源紧张,并且传输距离短,一般只用于近距离战术通信,比如美国的“辛嘎斯”(SINCGARS)分组无线网和挪威的“战术数字通信”(TADKOM)系统[6]。超短波通信最常见的是超短波电台,与短波电台相比,具有通信频带宽、容量大、信号稳定等优点,是近距离无线电通信广泛使用的主要装备。

2.2.3微波通信。微波通信是使用微波进行传播的一种无线电通信,其波长在1毫米~1米间,频率从1GHz到30GHz,采用直线传播,反射能力强,不被电离层反射,可通达各种距离,中继距离一般50公里左右,可在各种艰难的环境中快速部署开通,具有通信容量大,通信质量稳定,受外界干扰小,抗毁能力强,小范围部署速度快等优点,能够提供电话、电报、传真、数据、图像等多种业务[4],所以非常适合于应急通信。但由于微波的频率高,波长短,在空中传播特性与光波相近,基本就是直线前进,遇到阻挡会被反射或阻断,因此微波通信的主要方式是视距通信,超过视距以后需要中继转发。

2.2.4集群通信。集群通信是指利用信道共用和动态分配等技术实现多用户共享多信道的无线电移动通信,其最大特点是通信采用PTT(PushToTalk)方式,以一按即通的方式接续,被叫不需摘机即可接听,且呼叫接续速度快,并支持群组呼叫功能;同时,由于采用了信道共用和动态分配技术,用户具有不同优先级和特殊功能,可实现通信时一呼百应。因此,集群通信具有组网快捷、灵活,指挥调度功能强,支持优先级控制等功能,特别适合作为一种指挥中心到现场及突发事件现场应急指挥专网的应急处置通信手段,其主要缺点是网络的覆盖范围有限。目前,主要的集群通信技术标准有:欧洲的Tetra、美国的iDEN、中国的GT800和GOTA。

2.2.5卫星通信。卫星通信是指利用人造地球卫星作中继站来转发无线电波,在两个或多个地球站之间进行通信,实际上是微波接力通信的一种特殊形式[7],具有覆盖范围广且无缝隙覆盖、通信距离远、抗毁能力强、机动能力强、建立通信链路快、容易部署等优势[6]。因此,卫星通信既可用于平常的地面固定线路传输备份线路,又能够在紧急情况下快速建立广域网的通信链路,所以非常适合地震等突发事件紧急情况下对应急通信广度的需求。卫星通信的缺点是传输时延大,资源稀缺,存在盲区,容量有限,易受天气等因素干扰,且使用成本很高。

2.2.6无线局域网通信。无线局域网通信主要是利用射频技术使用电磁波在空中进行通信连接,实现发送和接收数据,具有组网灵活、易扩展、安装便捷、移动性好,配置简单、成本低等优点。IEEE802.11WLAN标准工作小组已经推出了802.11a/b/g/n等标准协议,理论最高传输速率可达600Mbps,正在研究中的802.11ac协议是一个新的802.11无线局域网通信标准,将通过5GHz频带进行通信,可实现1Gbps多站式无线局域网通信或最大理论传输速率2.34Gbps。无线局域网通信所能覆盖的范围从室内几十米到室外几百米,有效传输距离可达20km以上。目前随着对无线局域网关键技术和无线组网方式的研究越来越深入,基于无线局域网的应急通信研究也越来越多,典型的是基于无线自组网技术应用,主要有ADHOC网、无线传感器网和无线Mesh网。

应急通信系统的建立和应急通信系统的保障

三、地震现场应急通信

破坏性地震往往会对通信基础设施造成破坏,甚至损毁,使受灾地区对外通信中断,成为完完全全的信息孤岛[2],给救灾组织、指挥调度、人员搜救、次生灾害预防等工作造成重大困难。因此,地震现场要利用各种通信资源,快速有效地实现灾情信息的传递上报,为救灾组织、辅助决策、指挥调度等提供支持。

应急通信系统的建立和应急通信系统的保障

3.1地震现场应急通信需求。地震现场应急通信需求主要分为以下六类:1)灾区指挥长实施指挥的通信需求,主要是要以现场指挥部为中心,配置覆盖整个灾区的通信网络,从而指挥部可以实现对灾区所有参与现场抢救的群体指挥调度。2)支持现场抢救的通信需求,用来实现现场抢救群体的领导者与群体成员之间协调。3)灾区现场应急通信技术支持系统需求,主要是用来实现灾区现场各种通信技术及系统之间互通,并延长传输距离。4)震情监测通信需求,主要用来实现流动监测等专业设备业务数据的传输。5)灾区民众自救和呼救的通信需求,主要用来实现灾区群众自救和呼救。6)现场转播通信需求,用来实现对灾区现场状况转播,方便后方掌握更多灾区信息。3.2地震现场应急通信功能。地震现场应急通信需要实现的主要功能有:1)现场指挥部能够实现与后方指挥部音视频、数据、图片等的传输。2)现场指挥部能够实现对灾区各救援群体的语音、数据通信功能。3)各救援群体间能够实现相互的语音、视频、图片传输等功能。4)能够实现现场的快速通信组网。

四、结语

我国目前正进入经济社会发展的关键阶段,应急通信对我国的国民经济发展和社会的稳定具有重要意义,仅仅是进入21世纪以来,我们就经历了汶川地震、舟曲泥石流、天津爆炸等重大灾害,更不要说东南沿海每年都会被台风一次又一次袭击。所以各种公共安全事件时有发生,加上频发的自然灾害、重大事故等,都需要应急通信基站的保障和支撑。

事实上市场上大多采用系留多旋翼无人机作为应急通信基站。在遇到自然灾害、电力中断等特殊环境下,通过系留无人机完全可以实现应急通信通讯保障。系留多旋翼无人机通信基站是随着多旋翼无人机技术发展起来的一种新兴通信技术,提高了人们应对各种自然灾害的能力,减少了灾害所造成的损失。在如洪水暴发、地震、泥石流、火灾、雪灾、大风沙等自然灾害中,在有线通信网络被破坏的情况下,利用系留多旋翼无人机通信系统,可以迅速建立起新的通信系统,以最快的速度与灾区取得联系,保障救援工作的顺利进行。

系留无人机作为应急通信平台可以完全解决灾害时移动通讯基站瘫痪的问题,它可以通过系留多旋翼无人机通信系统搭载自组网电台、集群微型基站、微型基站等多种通信载荷,形成多种灵活的通信应用配置方式,在灾区核心区域快速开通通信服务。与此同时,在后方应急中心、现场指挥部与抢险队伍间形成超短波通信达40 km、宽带视频通信达10 km的大区域覆盖应急通信网络。

应急通信基站空中部分由高空载体搭载基站设备、基站天线、机地连接设备组成。其中高空载体为系留无人机。基站设备为有线传输方式,空中部分通过系留绳固定在载体。而地面部分为地面操控系统、用于无人机和地连接的传输设备、用于与核心网连接的地面传输设备组成。与核心网连接的地面传输设备可以为光纤传输设备,也可以是通过卫星进行传输接入核心网的传输设备。

与此同时,系留无人机通过地面发电机进行供电,可以实现24小时不间断滞空,系统可由卡车、船舶等平台装载,支持人工控制模式和自动控制模式(人工控制模式时,可通过摇杆控制无人机运动;自动飞行模式时,可实现无人机自动悬停和车载的自动跟随)通过地面站设置飞行高度,支持一键起飞,通过地面站一键降落和回收,运动平台(车辆、船舶等)静止时,无人机悬停在平台上方,运动平台(车辆、船舶等)运动时,无人机自动跟随平台运动。

应急通信系统的建立和应急通信系统的保障

 

 

目前市面上大多采用卓翼智能系留无人机作为应急通信基站这一解决方案来解决应急无线通信以及保障救援和抢险等工作顺利完成。北京卓翼智能科技有限公司(简称:卓翼智能)就是一家专门从事系留无人机、无人机飞行控制系统及系留无人机系统研发、设计、生产和销售的高科技企业。致力于为各行业客户提供最专业的无人机行业应用解决方案。卓翼智能研发生产的系留无人机可实现24小时全天候滞空72小时不间断工作,大载荷、安全稳定性极强,已获得国内多项技术专利。广泛适用于救灾抢险、边界巡视、基地安全、景区监测、地质勘测、野外作业、森林防火、应急通信、公安反恐、交通监管、新闻采访、工程监控、环境监测、影视拍摄、科学研究、国防军工等多个广阔领域。

 
 
 
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