熊宗炬　周波　劍陽

摘要：應急通信體系在城市運轉遭到突發(fā)災害或事故時，承擔著及時、準確、暢通地傳遞第一手信息的“急先鋒”角色，是決策者正確指揮搶險救災的中樞神經。目前，我國已經認識到應急通信系統的重要性，因此我國各個部門已經配置了不少應急通信系統和設備，并且積累了相當的使用經驗。但是，對于應急通信的功能需求和系統建設目前仍存在不少值得討論的問題。本文重點探討了一種改進的應急通信系統的原型設計和構想，為后續(xù)應急通信網絡建設提供依據。

關鍵詞：應急通信；突發(fā)事件；網絡安全；系統原型

中圖分類號：TN 929.3 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2016.04.002

0 突發(fā)事件的范圍及特征和應急通信需求

在現代社會，突發(fā)事件的發(fā)生較為普遍，相關的機構也漸漸積累了一些應對處理的應急響應機制。就涉及到日常生活中常見的突發(fā)事件就包括高速公路事故，冰凌路況勘察，事故現場，醫(yī)療急救，反恐處突，危險品泄露、爆炸等，坑道救援，自然災害如地震、泥石流、洪水、臺風等等，總結這些突發(fā)事件的通信方面的特征就是，由于時間地點的不可預知，事發(fā)現場的通信保障能力較弱，而且可能已經因為各種原因受到損壞甚至完全癱瘓。為了處理這些事件的應急響應需要大流量的通信網絡，而惡劣的外部環(huán)境如潮濕、有毒、高山、停電等讓保障難度加大。應急處理過程需要在采集現場的視頻和圖像數據，這對應急機動通信提出了更高的要求。

1 應急機動通信建設原則

結合上述特征，應急通信能力建設的原則有以下幾個方面：

（1）無線與有線相結合，現場以無線網為主：有線通信能夠提供更高的帶寬，更可靠的通信服務，但是臨時部署的快速性不高，在一些比較混亂危險的場合甚至無法部署。現場的通信以無線方式就能熊宗炬等：突發(fā)事件應急通信系統原型設計很快的展開，成本上也很經濟。（2）模塊化設計原則：模塊化標準設計，是為了統一標準，保持系統整體的先進性和兼容性，同時也為將來的擴充和升級換代留下足夠的余地。另一方面，不同用戶有不同的需求和預算，模塊化能夠讓用戶根據具體的情況進行選擇和定制功能。（3）可機載以方便快速部署：在模塊化的基礎上，可機載是指用汽車或者飛機裝載，這樣對于快速部署到現場能夠提供更高的機動性。一旦這些運輸機具機動到現場，就能夠立即展開一個應急通信節(jié)點。（4）適用、夠用、經濟的原則：新產品新技術不斷推陳出新，如果一味追求先進性會額外的增加整個系統的成本，而且盲目嘗試某些新技術可能導致系統的不穩(wěn)定，所以在工程實現時要盡可能考慮成熟穩(wěn)定經過時間和市場考驗的產品。（5）設計上分開話音、數據（短信）和視頻：不同的場合有不同的通信需求，將不同帶寬和可靠性要求的上述三者分開來設計分別滿足能夠根據具體的要求提供不同的服務，而不是不分輕重緩急的全部上視頻通話。分開設計的另外一個好處就是能夠用多種工程實現手段以提供冗余性來實現可靠性要求。

2 應急機動通信系統設計

如圖所示把整體應急機動通信系統分成幾個子系統，這些子系統并不是絕對分割，只是為了方便描述而進行的邏輯劃分，實際上不同子系統之間是有各種各樣的聯接關系的。此外，為了便于運輸和管理，不同子系統的線纜需要單獨放入各自的保管箱中，具體細節(jié)就不再贅述。由于采用機動載具，對于載具本身有一定的要求，比如都需要有足夠的裝載空間、續(xù)航半徑、通過能力和運輸能力，最好能夠集成多套導航系統，如美國的GPS和國產的北斗系統。這樣能夠適應一定的惡劣天氣環(huán)境和特殊需求。下面分各個子系統進行逐一介紹，介紹的時候會比較全面，但結合前面考慮的模塊化和經濟原則，在具體的工程實現時是可以根據用戶和現場的實際情況選擇部分功能模塊的。

2.1 整體支持保障子系統

該子系統是對應急通信系統提供整體支持保障的，包括供電模塊、防雷接地模塊和照明廣播模塊。

供電模塊可以包括市電引入單元，車載油機發(fā)電機組，開關電源，充電機，整流器，穩(wěn)壓單元，蓄電池組，長距離電纜線及轉接分接單元等設備模塊。這樣設計是考慮了在有市電保障的地方通過線纜盤向該系統供電，在沒有市電時通過發(fā)電機組輸出電力，再經過相關的整流穩(wěn)壓單元實現供電的可靠性。

防雷接地模塊需要考慮類似雷擊等比較惡劣極端的情況，所以要考慮綜合防雷措施，包括直擊雷防護、感應雷防護、聯合接地、等電位連接、電磁屏蔽、雷電分流、浪涌防護和雷電過電保護。充分接地也是電磁兼容設計的一個重要部分。機動應急通信系統需要配置接地準備部件如接地銅排、接地鋼釬、接地線等。需要注意的是強弱電的地線要分開設置，即電源地和信號地不能簡單的合二為一，否則會對通信產生干擾。有條件的場所最好將數字地和模擬地分開，高頻部分地和低頻部分地分開。在實際操作中，如果現場有現成的地網，盡量利用現有的地網以提示接地效果。防雷接地網敷設完成后，需要確保設備接地點與接地接線柱之間的電阻不大于0.02歐姆，接地電阻小于5歐姆。

廣播照明模塊，配置一臺可垂直升降式照明裝置，能夠解決機動應急通信點所需的現場照明，通過調音臺、功放和高功率音響組成現場廣播，能夠將遠方的音頻源如電話、現場喊話等，實時廣播出去。

2.2 有線局端子系統

該子系統是指采用有線方式工作的各個子系統，包含的子模塊比較多，包括傳輸交換系統，協議轉換接口，安全保密系統，語音視頻網關，存儲服務器和顯示系統。

傳輸交換系統實現本地和遠端的數據傳輸與交換服務。包含了常用的多功能光端機，網絡交換機，路由器，程控交換機等實現常用傳輸和交換功能的模塊，這些模塊包括附屬的野戰(zhàn)光纜和被復線等有較強抗毀能力的線纜。

協議轉換接口并不是一套獨立的系統，這其實是和傳輸交換系統緊密連接密切相關的實現各種通信協議的轉換的物理接口，主要實現對邏輯音視頻圖像信號的編碼和調制，再按照各系統能識別的信號電平和協議格式進入各傳輸交換環(huán)節(jié)。

安全保密系統也是一個重要模塊，根據需要可以有防火墻，入侵檢測，病毒防護，隔離網閘，路由密碼機，信號加密機，保密機等設備用于確保通信的安全可靠傳輸。

語音視頻網關包括音視頻調度臺，音視頻采集模塊，MCU，音視頻切換矩陣等實現音視頻信號的轉換和分發(fā)。

存儲服務器包括音視頻硬盤錄像機，數據存儲陣列，應用服務器等設備，主要實現對音視頻數據的存儲、記錄等，同時能夠結合應用服務器實現態(tài)勢的整合，輔助決策等功能?？紤]機動環(huán)境的因素，這些服務器都需要特別的加固處理，盡可能采用電子部件而不采用容易造成損壞的機械部件，如硬盤就考慮采用SSD產品以增加堅固性。

顯示系統包括便攜式投影，液晶顯示屏，監(jiān)視器，觸摸屏，筆記本電腦，KVM等能夠顯示現場或者遠方圖像的各種顯示設備，實現對各種復雜來源的圖像及態(tài)勢的監(jiān)視和顯示，在其他設備的配合下可以進行視頻會議。

2.3 無線局端子系統

該子系統是指采用無線方式工作用于局端的子系統。它和無線終端子系統一起構成無線通信網絡。所謂局端是指系統體積較為龐大，功能較為復雜，而終端是指系統體積較小，功能相對簡單，但能夠方便單人攜帶。無線局端子系統包括，無線局域網設備，短波電臺，移動通信基站，衛(wèi)星通信系統幾個模塊，實現無線信號的落地和中樞。

無線局域網

利用大功率的無線局域網設備，可以迅速搭建起以設備為中心的802.11a/b/n/g的現場無線局域網，以支持各種無線局域網的終端設備的網絡接入。目前大功率的無線局域網設備可以在開闊地區(qū)覆蓋半徑達0-3公里。如果加上信號中繼設備，還可以進一步延長覆蓋范圍。利用無線局域網，不僅僅能夠傳圖片和視頻，還能結合互聯網電話服務器實現基于IP的網絡電話，這對于簡化用戶操作起到很好的作用。

短波電臺和超短波電臺

短波電臺不需要建立中繼站即可實現遠距離通信，因而建設和維護費用低，建設周期短；而且設備簡單，可以根據使用要求固定設置，進行定點固定通信，也可以背負或進行移動通信；臨時組網方便、迅速，具有很大的使用靈活性加之通信設備體積小能夠快速方便的實現遠距離點對點半雙工語音、數據等通信業(yè)務。超短波電臺雖然通信距離較近，但是價格低廉，加之體積小、重量輕，機動性強；與短波電臺相比，具有通信頻帶寬、容量大、信號穩(wěn)定等優(yōu)點。在設備選型的時候可以根據用戶的實際需求選擇不同功率的產品以實現不同距離的覆蓋。

移動通信基站

利用機動式移動微基站設備，其覆蓋范圍可以達到幾個平方公里，能夠同時為30部手機同時提供通話和短信服務，特別適用于無線終端不夠或者沒有移動通信信號的環(huán)境，能夠讓人手一部的手機臨時發(fā)揮作用，實現臨時話音和短信服務。

衛(wèi)星通信系統具有不受地面環(huán)境影響，可以快速建立連接的優(yōu)點，通信范圍較廣。其缺點是成本較高而且?guī)捿^窄，延時較大。衛(wèi)星通信包括高功放，變頻，放大器，調制解調等設備組成，根據不同的應用需求可以與亞星，北斗，中星等衛(wèi)星相連，考慮天線尺寸和干擾等因素，機動應急通信系統的衛(wèi)星通信系統一般使用Ku頻段進行工作。

天饋線系統包括升降桿，固定桿，基站天線，微波天線，饋線及隨動電纜盤，全向天線，定向天線，信號中繼天線，天線調節(jié)伺服機構，避雷針和警示燈等設備模塊。由于不同信號制式的系統使用的天線不一樣，需要在使用時注意配套。

2.4 無線終端子系統

該子系統主要包括各類支持音視頻的便攜式通信模塊例如頭戴或手持式設備，通信用無人機，運輸用無人機等設備。這些設備的統一特征就是利用無線方式和無線局端進行通信，同時利用其他功能模塊完成音視頻采集，環(huán)境參數收集等特定的功能。

無人機在本系統中的作用可以有很多種，配備變焦攝像頭可以作為現場航拍圖像或者視頻用，配備音頻采集和播放設備可以作為一個可移動式通信終端用，配備溫濕度探頭或者特殊氣體如煙霧或者危險氣體感應探頭可以作為環(huán)境參數收集用，也可以作為從后方給前方快速運輸一些小設備用，還可以作為通信接力模塊用。

為了便于無人機和現場特定人員的互動，可以考慮給現場人員配備特別的信標，例如RFID卡或者特殊頻率電子信號或光信號模塊，這樣無人機通過識別這些信標就能夠接近這些人員實現物品的交接或者音視頻的采集。

考慮到現有無人機的續(xù)航能力較為有限，可以熊宗炬等：突發(fā)事件應急通信系統原型設計在預設的區(qū)域事先安裝能夠無線充電的充電設施?；蛘咴谙到y配備的時候多備幾臺進行輪流替換使用。

3 應急機動通信原型實現需要考慮的因素

3.1 注意模塊化標準設計

模塊化設計的好處是能夠提高子系統間的兼容性，便于擴展和升級；同時規(guī)范統一各系統的接口標準適配，便于系統的集成和互聯互通。經濟上能夠讓用戶能夠根據具體的需求進行選擇和定制功能，節(jié)約成本。在實際工程實現的時候，用戶根據其現實需求，選用符合標準和要求的產品設備，像搭積木一樣能夠快速成型一套應急通信系統，備品備件也能夠及時得到補充和替換。

3.2 注意電磁兼容，防止中頻干擾

電磁兼容設計的目的是解決電路之間的相互干擾，防止電子設備產生過強的電磁發(fā)射和防止電子設備對外界干擾過度敏感。在機動應急通信系統中干擾來源于幾個方面：機動載具本身的干擾，機載通信設備，天線間的耦合和外界的雜波干擾。這里面的分析和解決較為復雜，具體而言包括設備的選擇、接地設計、屏蔽設計和濾波設計等方面。在具體工程實現的時候，特別是在設備選型上，需要重點關注的就是中頻信號干擾。

中頻信號是高頻信號經過變頻而獲得的一種信號，為了使放大器能夠穩(wěn)定的工作和減小干擾，一般的接收機都要將高頻信號變?yōu)橹蓄l信號。中頻干擾是接收機干擾的一種，接收機為了保持通道的一致性，所有信號經與本振差頻后得到中頻，如果存在與原始信號頻段接近的信號，就會產生中頻干擾。一般接收機有中頻抑制這一參數，原則上是越大越好，但是具體環(huán)境中也要考慮對其他系統的影響。

3.3 注意短波通信的盲區(qū)問題

短波主要靠天波和地波兩種方式傳播。地波傳播較穩(wěn)定，但由于地表面對短波能量的吸收較大，其傳播距離一般在幾十千米之內。中遠距離的通信，則依靠電離層對電波的一次或多次反射的天波傳播，天波傳播時衰減較小，傳輸距離可達數千千米甚至上萬千米，因此天波與地波傳輸距離的差異就形成了短波通信的“盲區(qū)”。如果機動應急通信系統與前方或者后方的距離和位置剛好位于該盲區(qū)內，就必須考慮用其他的手段來進行通信。

4 總結

在突發(fā)的各類事件發(fā)生后，機動應急通信系統能夠迅速到達事件現場并展開，利用有線和無線設備，實現現場的全覆蓋式的數據、圖像傳輸，為現場指揮部和應急工作隊伍提供可移動指揮的臨時辦公和現場應急指揮通信保障，實現前方和后方的指揮協同，及時準確安全可靠的將信息傳遞到需要的人和地方，為后續(xù)的現場勘察，人員配備，物資調撥等應急資源和力量的分配提供有力可靠的技術支持，提高應急處突的工作效率。

機動應急通信系統中，整體支撐保障子系統是為整個應急通信系統提供整體支持保障；有線局端子系統是指采用有線方式工作的各個子系統，能夠為現場的指揮和決策提供支持；無線局端子系統和無線終端子系統是指采用無線方式工作用的子系統，主要是采用無線方式工作的各類支持音視頻的通信模塊。