李 雷，余 超

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031）

1 概述

鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)是鐵路應(yīng)急管理體系中極為重要的組成部分，在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，承擔(dān)著及時(shí)、準(zhǔn)確、暢通地傳遞事件現(xiàn)場信息的責(zé)任，為指揮人員獲得第一手信息，快速判定、正確決策提供依據(jù)。同時(shí)在應(yīng)急處置過程中，為應(yīng)急現(xiàn)場與指揮中心之間、現(xiàn)場各救援隊(duì)伍及與外部應(yīng)急力量提供調(diào)度指揮通信功能，有效提升鐵路突發(fā)事件應(yīng)急搶險(xiǎn)中的通信保障和快速反應(yīng)能力。特別是復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路，沿線地形地質(zhì)條件復(fù)雜、氣候惡劣、災(zāi)害頻發(fā)、人跡罕至。在鐵路工程建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)中應(yīng)急通信保障至關(guān)重要，構(gòu)建契合復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路的應(yīng)急通信系統(tǒng)極為必要。

2 鐵路應(yīng)急通信現(xiàn)狀

目前，鐵路應(yīng)急通信通過靜圖系統(tǒng)、專用應(yīng)急通信設(shè)備、海事衛(wèi)星、公網(wǎng)等手段提供突發(fā)事件現(xiàn)場與應(yīng)急指揮中心之間語音、靜/動(dòng)態(tài)視頻圖像等業(yè)務(wù)。

1）靜圖系統(tǒng)

靜圖系統(tǒng)由靜圖服務(wù)器、撥號服務(wù)器、管理維護(hù)終端、查詢/顯示終端組成。靜圖系統(tǒng)中心設(shè)備與現(xiàn)場圖像采集設(shè)備通過鐵路既有自動(dòng)電話網(wǎng)采用撥號方式連接。

2）專用應(yīng)急通信系統(tǒng)

鐵路基建項(xiàng)目配置的專用應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)備，包括：海事衛(wèi)星電話、野戰(zhàn)光纜、無線中繼設(shè)備等，主要配置于鐵路沿線通信車間（工區(qū)）。應(yīng)急現(xiàn)場設(shè)備通過鐵路通信傳輸網(wǎng)專線電路接入路局應(yīng)急中心通信設(shè)備，圖像可傳至中國國家鐵路集團(tuán)有限公司（以下簡稱國鐵集團(tuán)）應(yīng)急指揮中心。

3）衛(wèi)星應(yīng)急動(dòng)圖系統(tǒng)

在路局調(diào)度樓通信機(jī)房設(shè)置固定衛(wèi)星地面站設(shè)備，通信車間配置便攜站。該系統(tǒng)與路局局綜合視頻系統(tǒng)互聯(lián)，國鐵集團(tuán)應(yīng)急指揮中心可通過登陸綜合視頻系統(tǒng)客戶端，調(diào)閱現(xiàn)場動(dòng)圖。

4）公網(wǎng)應(yīng)急動(dòng)圖系統(tǒng)

在應(yīng)急指揮中心配置基于公網(wǎng)的應(yīng)急動(dòng)圖系統(tǒng)服務(wù)器，在各通信段、電務(wù)段、工電段配置現(xiàn)場設(shè)備。通過公網(wǎng)接入應(yīng)急動(dòng)圖服務(wù)器，并通過HDMI互聯(lián)以會(huì)議輔流方式上傳至國鐵集團(tuán)應(yīng)急指揮中心。

5）寬帶衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)

租用公有云的方式在應(yīng)急指揮中心部署管理平臺，應(yīng)急現(xiàn)場配置專用手持終端、移動(dòng)布控球和高通量寬帶衛(wèi)星終端設(shè)備，通過寬帶衛(wèi)星通道接入指揮中心平臺。

3 鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)存在主要問題

雖然鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)備種類多，但在實(shí)際運(yùn)用中存在諸多問題，在復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路這些問題尤為突出。

1）應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)備種類多，存在多個(gè)中心設(shè)備，未形成統(tǒng)一的平臺，各類應(yīng)急系統(tǒng)之間未實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享，造成在通信資源不足的復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路應(yīng)急通信設(shè)備的可選擇性降低。

2）鐵路專用的應(yīng)急現(xiàn)場接入設(shè)備集成度低、重量重、配件及配線數(shù)量種類多，存在開通時(shí)間長、使用不便等問題，在交通不便的復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路無法很好地保證應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間需求。

3）應(yīng)急現(xiàn)場的區(qū)間接入手段不夠靈活，傳輸帶寬受限，現(xiàn)場的動(dòng)圖上傳困難，在復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路沿線這一問題更為嚴(yán)重。

4）海事衛(wèi)星提供帶寬有限，不能滿足事故現(xiàn)場視頻傳輸?shù)囊蟆?/p>

5）目前應(yīng)急通信系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)以有線網(wǎng)絡(luò)為主，無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用尚不完善，尤其是在復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路長大隧道內(nèi)的應(yīng)急通信手段缺乏。

4 復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)構(gòu)想

復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路具有沿線地形高差顯著、山地災(zāi)害頻發(fā)、板塊活動(dòng)強(qiáng)烈、生態(tài)環(huán)境脆弱、氣候條件極端、施工條件惡劣、運(yùn)營維護(hù)困難等特點(diǎn)，獨(dú)特的工程條件與施工、運(yùn)營環(huán)境給鐵路運(yùn)輸安全，以及為突發(fā)事件應(yīng)急救援帶來了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)發(fā)生自然災(zāi)害或突發(fā)事件等緊急情況時(shí)，地面通信網(wǎng)絡(luò)可能被損毀，各級應(yīng)急救援指揮中心迫切需要掌握現(xiàn)場情況、及時(shí)有效應(yīng)對、科學(xué)處置。將突發(fā)現(xiàn)場照片、視頻圖像及時(shí)傳回各級應(yīng)急救援指揮中心，有助于救援指揮和科學(xué)決策。因此，為提高復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路應(yīng)急通信的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、現(xiàn)場響應(yīng)速度和通信保障能力，需因地制宜的構(gòu)建天地一體、多網(wǎng)融合、全域覆蓋、快速部署、定位精準(zhǔn)的鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1 所示。

圖1 復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)構(gòu)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 應(yīng)急通信中心平臺

應(yīng)急通信中心平臺采用通信專用云平臺方式部署，主要包括平臺服務(wù)器、中繼網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、網(wǎng)管等設(shè)備。同時(shí)按照固移融合、公專合用的思路構(gòu)建應(yīng)急通信融合服務(wù)平臺，支持公網(wǎng)（含衛(wèi)星）接入和個(gè)人公網(wǎng)手機(jī)應(yīng)用，與視頻監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度通信等系統(tǒng)互聯(lián)，兼顧日常和應(yīng)急兩用。

4.2 應(yīng)急現(xiàn)場設(shè)備

根據(jù)2007 年《鐵路交通事故應(yīng)急救援規(guī)則》（鐵路總公司令第32 號）的要求，鐵路應(yīng)急通信的響應(yīng)時(shí)間劃分為兩個(gè)時(shí)間段：第一時(shí)間段為在車站站內(nèi)發(fā)生的應(yīng)急事件30 min 內(nèi)和區(qū)間發(fā)生的應(yīng)急事件在1 h 內(nèi)；第二時(shí)間段為車站站內(nèi)發(fā)生的應(yīng)急事件30 min 后和區(qū)間發(fā)生的應(yīng)急事件在1 h 后。第一時(shí)間段的主要任務(wù)是快速溝通現(xiàn)場與指揮中心的通信聯(lián)系，并利用基本的語音和圖像信息向應(yīng)急指揮中心匯報(bào)現(xiàn)場的情況，需在第一時(shí)間內(nèi)提供基本的語音和圖像業(yè)務(wù)，即1 ～2 路話音、靜圖或非實(shí)時(shí)的動(dòng)圖，有條件情況下應(yīng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)圖的實(shí)時(shí)傳送。第二時(shí)間段的主要任務(wù)是為事件現(xiàn)場救援指揮部搭建臨時(shí)的通信平臺，為搶險(xiǎn)救援的指揮與協(xié)調(diào)提供豐富的語音和圖像服務(wù)。其中車站站內(nèi)發(fā)生的應(yīng)急事件1 h 內(nèi)和區(qū)間發(fā)生的應(yīng)急事件在2 h 內(nèi)，需要實(shí)現(xiàn)多路話音、實(shí)時(shí)視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，將現(xiàn)場設(shè)備擴(kuò)展為現(xiàn)場通信平臺，把現(xiàn)場的多路語音、實(shí)時(shí)圖像和數(shù)據(jù)傳送到應(yīng)急指揮中心。同時(shí)建立應(yīng)急現(xiàn)場的內(nèi)部指揮通信。

復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路沿線地理情況復(fù)雜多變，需根據(jù)每個(gè)區(qū)段具體的地理情況和網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況，同時(shí)根據(jù)應(yīng)急處置需要和工作分工，在承擔(dān)應(yīng)急通信響應(yīng)和應(yīng)急通信保障的運(yùn)輸生產(chǎn)站段和現(xiàn)場車間、工區(qū)，應(yīng)因地制宜的配置適合復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路的應(yīng)急通信現(xiàn)場終端設(shè)備，現(xiàn)場終端設(shè)備及接入方式應(yīng)多樣、適用、靈活選擇。

海事衛(wèi)星電話、專用手持臺/手機(jī)APP、移動(dòng)影音采集設(shè)備（包括數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、布控球）、數(shù)據(jù)終端、單兵設(shè)備等輕便型設(shè)備，這類設(shè)備體積小、重量輕，接入便捷，同時(shí)價(jià)格低。復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路長大橋隧多、站間距長，可以加密配置這類設(shè)備，如在沿線車站或區(qū)間值守點(diǎn)配置這類設(shè)備，能滿足第一時(shí)間段的應(yīng)急通信保障需求。

應(yīng)急通信車、專用應(yīng)急現(xiàn)場接入設(shè)備、寬帶衛(wèi)星終端（衛(wèi)星便攜站）、系留無人機(jī)等終端設(shè)備，這類設(shè)備集成度高，通信保障穩(wěn)定，傳輸容量大，網(wǎng)絡(luò)搭建時(shí)間較長，能滿足第二時(shí)間段的應(yīng)急通信保障要求。根據(jù)復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路的特點(diǎn)，可適當(dāng)加密配置，如在工區(qū)配置專用應(yīng)急現(xiàn)場接入設(shè)備和寬帶衛(wèi)星終端（衛(wèi)星便攜站），在車間配置應(yīng)急通信車。

4.3 應(yīng)急通信現(xiàn)場接入網(wǎng)絡(luò)

鐵路應(yīng)急通信接入網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)應(yīng)根據(jù)復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路的地理環(huán)境和具體的傳輸條件建設(shè)，選用適合的接入方式?？梢允且环N接入方式，也可以是多種接入方式的組合。

1）海事衛(wèi)星接入

海事衛(wèi)星接入方式為海事衛(wèi)星信號在海事衛(wèi)星地面站落地后，進(jìn)入公網(wǎng)路由到路局應(yīng)急通信中心平臺，如圖2 所示。

圖2 海事衛(wèi)星接入示意Fig.2 Schematic diagram of maritime satellite access

2）專用應(yīng)急終端接入

專用應(yīng)急終端通過野戰(zhàn)光纜與相鄰車站（或區(qū)間）傳輸設(shè)備接入鐵路傳輸網(wǎng)絡(luò)，提供2 Mbit/s 及以上帶寬，將現(xiàn)場信息傳送到路局應(yīng)急通信中心平臺。在車站（或區(qū)間）接入點(diǎn)設(shè)置有線無線轉(zhuǎn)接設(shè)備，在現(xiàn)場設(shè)置無線手持臺及帶有專用無線網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)終端設(shè)備，可通過5.8 G 寬帶無線接入，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的話音、數(shù)據(jù)和圖像信息的實(shí)時(shí)傳送，如圖3所示。

圖3 專用應(yīng)急終端接入示意Fig.3 Schematic diagram of dedicated emergency terminal access

3）寬帶衛(wèi)星接入

應(yīng)急現(xiàn)場信息接入寬帶衛(wèi)星終端（衛(wèi)星便攜站）通過衛(wèi)星傳輸至寬帶衛(wèi)星地面關(guān)口站，進(jìn)入公網(wǎng)路由至路局應(yīng)急通信中心平臺，如圖4 所示。

圖4 寬帶衛(wèi)星接入示意Fig.4 Schematic diagram of broadband satellite access

4）移動(dòng)公網(wǎng)接入

移動(dòng)公網(wǎng)接入可以分別租用移動(dòng)、聯(lián)通、電信N×2 M 專線接入鄰近其公網(wǎng)基站，再通過公網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)路由至路局應(yīng)急通信中心平臺。帶SIM 卡移動(dòng)終端可直接通過無線接入移動(dòng)、聯(lián)通、電信4G/5G 網(wǎng)絡(luò)，再路由至路局應(yīng)急通信中心平臺，如圖5 所示。

圖5 移動(dòng)公網(wǎng)接入示意Fig.5 Schematic diagram of mobile public network access

4.4 隧道內(nèi)應(yīng)急通信覆蓋

復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路地形復(fù)雜，山高谷深，長大隧道眾多。長度≥5 km 的隧道內(nèi)僅設(shè)置有專用應(yīng)急電話機(jī)用于語音通信，不能滿足傳輸數(shù)據(jù)、圖像的要求，需針對隧道內(nèi)發(fā)生應(yīng)急突發(fā)事件時(shí)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋以滿足應(yīng)急通信保障需求。因此推薦采用mesh 技術(shù)，構(gòu)建分布式無線自組織網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，滿足隨機(jī)點(diǎn)位的應(yīng)急通信要求。

在3 km 以內(nèi)的短隧道內(nèi)發(fā)生應(yīng)急突發(fā)事件時(shí)，隧道內(nèi)采用mesh 自組網(wǎng)設(shè)備，隧道口部署路由器連接專網(wǎng)或公網(wǎng)或?qū)拵l(wèi)星，將隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、圖像回傳至路局應(yīng)急通信中心平臺。

在3 km 以上的長大隧道內(nèi)發(fā)生應(yīng)急突發(fā)事件時(shí)，隧道內(nèi)采用光纖+mesh 自組網(wǎng)設(shè)備，從隧道口或輔助坑道口敷設(shè)光纜向隧道內(nèi)延伸到應(yīng)急現(xiàn)場區(qū)域；隧道口或輔助坑道口部署路由器連接專網(wǎng)或公網(wǎng)或?qū)拵l(wèi)星，將隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、圖像回傳至路局應(yīng)急通信中心平臺。

隧道應(yīng)急通信覆蓋方式如圖6 所示。

圖6 隧道內(nèi)覆蓋示意Fig.6 Schematic diagram of communication coverage in tunnels

4.5 與其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)

當(dāng)自然災(zāi)害或突發(fā)事件等緊急情況發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急程序，無論是指揮者還是搶險(xiǎn)救災(zāi)人員都希望盡可能多地了解到更多的信息，需要在應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)上獲取更多的信息資源，要求應(yīng)急通信系統(tǒng)與既有的鐵路通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的話音、圖像和數(shù)據(jù)的通信。

1）應(yīng)急通信系統(tǒng)中的電話用戶要實(shí)現(xiàn)與鐵路既有的電話交換網(wǎng)和調(diào)度通信網(wǎng)內(nèi)的用戶通信，應(yīng)急通信系統(tǒng)就要與電話交換網(wǎng)和調(diào)度通信網(wǎng)連接。

2）當(dāng)有視頻監(jiān)控的地段出現(xiàn)應(yīng)急事件，應(yīng)急通信系統(tǒng)能從綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中調(diào)看該地段的視頻，應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)與綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)。3）應(yīng)急通信系統(tǒng)還應(yīng)與會(huì)議電視系統(tǒng)互聯(lián)，滿足在應(yīng)急指揮中心與會(huì)議電視系統(tǒng)內(nèi)的用戶召開會(huì)議。

4.6 網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)

根據(jù)信息系統(tǒng)等級保護(hù)安全設(shè)計(jì)技術(shù)及國鐵集團(tuán)對應(yīng)急通信系統(tǒng)確定的等保三級的要求，鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)從安全區(qū)域邊界、安全通信網(wǎng)絡(luò)方面進(jìn)行安全防護(hù)，實(shí)現(xiàn)與鐵路內(nèi)網(wǎng)的隔離。

5 結(jié)束語

復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路存在地形地貌復(fù)雜、地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈、地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)等困難，特別是在工程建造及運(yùn)營維護(hù)過程中的應(yīng)急通信保障尤為重要，提出構(gòu)建天地一體、多網(wǎng)融合、全域覆蓋、快速部署、定位精準(zhǔn)的鐵路應(yīng)急通信系統(tǒng)，并對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備配置等進(jìn)行了探討。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，國產(chǎn)化高通量通信衛(wèi)星、天通一號衛(wèi)星、北斗等應(yīng)用日益成熟。并且，國鐵集團(tuán)已經(jīng)制定了5G-R 的部署計(jì)劃，在應(yīng)急搶險(xiǎn)中可以充分利用5G-R 或者運(yùn)營商5G 網(wǎng)絡(luò)。