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【摘要】針對自然災害發(fā)生時造成的常規(guī)通訊中斷問題，構建一套應急通信系統。該系統依托衛(wèi)星通信系統，實現災難現場的視頻畫面實時傳送至防汛抗旱指揮部，并實現雙向的視頻會商功能，滿足在自然災害導致地面通訊設施中斷的情況下，使用衛(wèi)星通信設備及時傳遞災情信息，使指揮中心能夠最短時間內掌握現場情況，及時做出防汛搶險決策。
【關鍵詞】應急通信；衛(wèi)星通信；視頻會議
1背景
廣西壯族自治區(qū)地處亞熱帶中南部，氣候屬亞熱帶季風型，地貌類型復雜，地質情況不穩(wěn)，山區(qū)與河網緊密交錯，常受自然災害影響，特別是暴雨、旱澇、滑坡、泥石流等災害尤為突出，在未來很長一段時間內還將面臨各類突發(fā)自然災害所帶來的嚴峻考驗。自然災害發(fā)生的共同特點都是會對公路、鐵路、橋梁、電力、通信廣播、水利等各類社會生活基礎設施造成嚴重損毀，致使受災地區(qū)的電力中斷、常規(guī)通信中斷。一旦通信癱瘓，災區(qū)與外界失去聯絡，外界難以及時了解災區(qū)的受災情況和人員傷亡情況，難以做出及時正確的判斷、決策。救災人員、物資無法及時送達，救災搶險措施不能及時傳達落實到基層，嚴重影響指揮和組織搶險救災工作，給救援工作帶來極大困難。
2解決方案
針對上述問題，提出以下應急通信系統思路：依托衛(wèi)星通信系統，實現在應急救災情況下將受災現場的視頻畫面，實時通過衛(wèi)星傳送至自治區(qū)防汛抗旱指揮部，并實現雙向的視頻會商功能，滿足在自然災害導致地面通訊設施中斷的情況下，使用衛(wèi)星通信設備及時傳遞災情信息，使指揮中心能夠最短時間內掌握現場情況，及時做出防汛搶險決策。實現與地面有線網絡互聯互通，保證各級各類通信平臺之間的網絡通信暢通，同時還能滿足話音、數據、視頻、圖像等業(yè)務的實時傳輸。為保障應急衛(wèi)星通信網絡暢通，本系統擬采用交通運輸通信信息集團有限公司衛(wèi)星地面站、亞太Ⅵ號衛(wèi)星通信資源、電信級地面廣電網絡專線以及第四代海事衛(wèi)星通信資源，采用多種通信鏈路適應各種應急場景。
2.1系統工作的關鍵技術
應急通信服務系統由于其具體應用功能的需求，需要具備一定的特殊性質，即能夠在突發(fā)事件發(fā)生之前，時刻滿足對自身相關情況實時監(jiān)控，實時熱備，可隨時啟動。同時，還應具備滿足緊急突發(fā)事件或災后救援工作中所有現場指揮-2-工作具有大量不確定因素需要靈活調整的通信需求。所以，在通信系統的具體應用過程中，所采用的通信技術，應針對具體的處理工作性質進行分析設計，而從整體上說，所采用的關鍵技術應具有應用時提高寬帶利用率、平日降低工作功率和損耗、有效節(jié)省昂貴的衛(wèi)星資源等基本特征。典型的衛(wèi)星應急通信系統主要包括上下行射頻設備、天線、以及調制解調器等[1]，而在系統的工作過程中，最為關鍵的應用技術主要有調制解調與編碼技術以及帶寬動態(tài)分配技術等。
2.2帶寬動態(tài)分配技術
帶寬動態(tài)分配技術是一種能夠最大限度減少衛(wèi)星資源利用的方法。在衛(wèi)星應急通信系統中，應急指揮中心站與遠端站之間的網管通道，通常存在帶內與帶外兩種形式，帶內信道主要是指相關網管信息的具體業(yè)務傳輸信道；而帶外信道則主要是指獨立于業(yè)務傳輸信道以外的網管信息通信傳輸信道。帶寬動態(tài)分配技術則通常采用獨立的網管信道方式，這是由于在帶內傳輸過程中，網管信息可以在遠端站與中心站之間，實現與衛(wèi)星的一跳可達。另外，與傳統的靜態(tài)分配帶寬相比，動態(tài)分配技術運行的頻率要求相對較小，可以有效節(jié)省約60%左右的帶寬。本方案地面站將使用帶寬動態(tài)分配技術，在后臺網關系統中為本項目配置相應帶寬分配設置，保障在系統在多點通信時的通信質量。
2.3與地面網絡充分融合
本技術方案中，通過建立陸地廣電網絡專線建立指揮中心與衛(wèi)星地面站的固網專線連接，作為衛(wèi)星通信組網的鏈路備份。便攜衛(wèi)星設備通過衛(wèi)星與地面站建立連接后，可以選擇直接與其他其他便攜站建立連接，也可以通過地面廣電網絡專線與指揮中心內網直接路由連接。（與衛(wèi)星通信相比，地面廣電網絡的應用可以有效規(guī)避誤碼率高、傳輸帶寬受限以及傳輸時延長等不良的工作狀況。）
3系統功能
本系統主要由如下4個子系統組成：（1）單兵無線圖傳系統；（2）移動視頻會商系統；（3）便攜式主用衛(wèi)星通信系統；（4）便攜式備用衛(wèi)星通信系統。
3.1單兵無線圖傳系統
單兵無線圖傳系統為山洪災害現場與前方臨時由應急通信指揮車組成的指揮中心間提供遠距離、高質量、高速率無線通信保障，實現視頻、語音、數據等寬帶多媒體業(yè)務的實時、同步傳輸。系統架構如圖1所示。無線圖傳接收機依托KU-BAND衛(wèi)星通信系統，穩(wěn)定可靠地接入自治區(qū)防汛抗旱指揮部視頻會議系統，結合移動視頻會商系統和衛(wèi)星鏈路將前端音視頻清晰流暢地傳回指揮中心。單兵圖傳系統采用基于H.264Highlevel廣播級高清編解碼方式，可在無線專用鏈路上傳輸高清1080p/1080i畫質圖像。單兵前端設備采用軍用單兵背架，負著性好，在人體快速移動時不影響人體其它肢體動作。發(fā)射機外殼為防雨結構設計，具有能在雨天工作的特性；單兵設備在電磁環(huán)境惡劣的情況下使用，可具備200MHz的頻率范圍可調功能，以便于有效地避開干擾頻點。單兵傳輸系統下傳語音采用數字調制模塊，調制方式選用先進的GFSK，數字化、集成度高，方便使用，聲音清晰度高，可根據現場噪聲強度調節(jié)拾音靈敏度，語音具備加密功能，接收機端可實現語音操作功能，不同的應用環(huán)境選取不同的分組方式，可實現單播、組播、群呼。單兵高清圖像傳輸系統還具備接口擴展性良好的特點，可以實現與高清圖傳設備的連接，同時還可接入衛(wèi)星視頻終端系統實現更遠距離的接力傳輸；還可內置GPS模塊，可實時將現場單兵所處地理位置傳輸到監(jiān)控中心，結合指揮中心GIS系統在地圖上實時顯示地理坐標。單兵系統進入突發(fā)事件現場時，可將高清音視頻實時傳輸至接收箱上，同時可以接入便攜式主、備用應急衛(wèi)星通信系統及視頻會商系統和后端指揮中心現雙向語音對講。
3.2移動視頻會商系統
移動視頻會商系統可實現抗旱防汛現場與指揮中心通過視頻會議系統進行視頻會商，允許不同速率的會議終端加入會議，支持圖像、語音接入，用于在應急情況下的野外場景中與單兵無線圖傳系統和衛(wèi)星通信系統結合實現視頻會商、機動指揮及移動辦公等功能，構建成小型指揮中心。移動視頻會商系統設備對會議終端模塊、音頻模塊、視頻模塊、高清屏幕、全向麥克風、20倍光學變焦鏡頭及操控PC等進行高度集成，采用拉桿式防護箱作為載體，以便攜易用，終端如圖2所示。滿足遠程會議、可視會商、應急指揮等各類音視頻回傳，并無縫接入用戶原有的視頻會商系統。視頻終端的主要功能是：完成視頻信號的采集、編輯處理及顯示輸出、音頻信號的采集、編輯處理及輸出、視頻音頻數字信號的壓縮編碼和解碼，最后將符合國際標準的壓縮碼流經線路接口送到信道，或從信道上將標準壓縮碼流經線路接口送到終端中。此外，終端還要形成通信的各種控制信息：同步控制和指示信號、遠端攝像機的控制協議、定義幀結構、呼叫規(guī)程及多個終端的呼叫規(guī)程、加密標準、傳送密鑰及密鑰的管理標準等。
3.3便攜式主用衛(wèi)星通信系統
便攜式主用衛(wèi)星通信系統，采用基于OCMA技術的星狀網通信方式。通過山洪災害現場與便攜式衛(wèi)星終端，借由同步軌道衛(wèi)星轉發(fā)器（KU-BAND），經過衛(wèi)星地面站可為山洪災害現場和防汛抗旱應急指揮部提供實現1080P高清音、視頻通訊的衛(wèi)星通信傳輸鏈路。本系統還通過地面廣電網絡2M專線鏈路連接至指揮中心，充分保障便攜式衛(wèi)星通信系統通信服務高效穩(wěn)定使用。KU衛(wèi)星接收天線如圖3所示。
3.4便攜式主用衛(wèi)星通信系統
考慮到便攜式主用衛(wèi)星通信系統設備在應急保障過程中有突發(fā)故障的可能，同時由于KU頻段頻率特性，在極端天氣條件下有可能因為過大的雨衰導致在某些時間不能夠成功建立通信鏈路。本系統設計備用1套采用對雨衰不敏感且可采用內置電池供電的的L波段的海事衛(wèi)星BGAN設備，設備如圖4所示，在應急情況下可隨時開通并建立最高492Kbps的應急備用通信鏈路，保障應急現場與后端指揮中心形成基本的音、視頻數據傳輸鏈路。便攜式主、備用衛(wèi)星通信系統相互配合，在應急保障的前端現場構成了強健的通信系統。可保證在前端各種應急狀態(tài)下均可通過KU頻段VSAT系統或L頻段海事衛(wèi)星與地面主站傳輸網絡匯接，實現前后端指揮平臺間的互聯互通。
4小結
災情發(fā)生后，應急通信系統作為陸地常規(guī)通信的補充和延伸，具有較高的機動性、靈活性，能夠快速部署，快速組網。輔以相應的衛(wèi)星通信資源、陸地通信資源，后端支持保障系統，及專業(yè)的前端支持保障團隊，能夠迅速恢復前方關鍵位置的通信能力。同時，配置應急視頻通信箱、單兵無線圖傳系統，可以使前方同時具有了雙向傳輸語音、數據、高質量清晰圖像的能力，在最短時間內將受災現場的情況傳送至市級或自治區(qū)防汛指揮中心，使各級防汛指揮部門第一時間掌握汛情信息，為防汛科學決策提供依據，及時有效地進行防災救災指揮，對提高搶險救災能力具有極其重要的作用。
【參考文獻】
[1]葉培建,張洪太,余后滿.衛(wèi)星通信技術[M].北京:北京理工大學出版社,2018.
作者：蒙柳汛 蘭玉果 陳欣 單位：廣西廣播電視信息網絡股份有限公司