河北地震现场应急通信系统关键技术研究

康 江，李 姜，吕国军，李 皓，范 强

（河北省地震局，河北 石家庄 050000）

河北地震现场应急通信系统关键技术研究

康 江，李 姜，吕国军，李 皓，范 强

（河北省地震局，河北 石家庄 050000）

为了确保地震现场通信通畅，保障地震现场应急救援工作顺利开展，中国地震局建设了一套基于卫星的应急通信网络，并为各省局配备了相关的便携设备。由于地震现场卫星集成箱系统在实际的使用中存在诸多不足之处，河北省地震局对其进行了集成改造，将便携站的全部设备安装于应急通信车内，并对地震现场应急通信所需各项业务进行系统集成。主要介绍了地震现场应急通信系统所涉及的各项关键技术，并对应用中出现的情况给出解决方案。

地震应急；应急通信；系统集成

P315.69

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.04.017

1674-8565（2017）04-0095-05

河北省地震局地震科技星火计划项目（DZ20170510059）

2017-06-21

2017-09-10

康江(1987-),男，河北省石家庄市人，2014年毕业于河北科技大学，硕士，工程师，现主要从事地震应急技术研究方面的工作。E-mail：kjiang810@163.com

0 引言

地震发生后会对地面通信基站、通信光缆、通信塔等基础设施造成破坏，导致地面通信不畅甚至中断，对灾情信息的传递、救援力量和救援物资的分配造成很大的障碍，给救灾工作的开展带来很大困难，因此需要建立一套可靠的应急通信网络来保障地震现场各类信息的交互[1-4]。在中国地震局统一规划下，各省局建立了地震现场通信系统。由于国家局配发的通信系统设备以集成箱为载体，经过多次演练实践证明，大量的箱式设备不仅严重制约着通信系统的展开时间，同时也需要较多的保障人员，严重影响了震现场应急通信响应速率，给地震现场应急救援工作的开展造了成很大的障碍。因此，河北省地震局经过对原有便携集成箱式设备升级改造，建立了一套车载式地震应急通信系统，以保障地震现场各类灾情信息的收集及传输，为地震现场与各个救援参与单位提供了可靠的通信保障。

1 车辆集成

1.1 车辆改造

根据国家技术规范的要求，通信车的工作特点，考虑到要适应复杂路况、承重大等业务需求，通过认真分析研究对国内外相关车型综合对比后，选用奔驰524底盘进行改造集成。整车共分为三个区：分别为驾驶区、工作区和设备区。

1.2 供电系统

车辆采用了灵活方便的供电系统。在电源设计上，以整车所需要的电源总功率为依据，具有较大的冗余性，采用了市电、后备电池、汽油发电机等多种供电方式，汽油发电机选用进口高性能的静音型汽油发电机组。市电采用220V，频率50Hz。当市电断开的状态下，系统自动切换至由蓄电池供电，并启动油机，在油机运行平稳时系统自动切换至油机供电。

1.3 车辆支撑

由于地震现场场地环境较为复杂，很难提供平整的路面用于停放应急通信车开展通信保障业务，轮胎弹性较大也不利于车辆自身保持平衡稳定，车辆晃动会引起卫星天线对星角度发生变化，从而造成卫星系统运行不稳定，同时由于车辆加载的大量通信装备长期停放，易造成底盘弹簧钢板变型及轮胎受损。因此，通信指挥车加装一组大力神折弯式电动平衡支撑系统，在车辆到达地震现场后，支撑系统能快速支撑和平衡车体，保证系统安全工作；同时，可以增加抗风性能及车辆稳定性，避免了应急通信中卫星设备由于车辆晃动引起的干扰。

2 业务系统集成

2.1 网络系统集成

依据“十五”项目原有地震现场应急通信局域网络规划，对核心交换机和网络路由器进行升级改造，将图形工作站、多媒体调度服务器、视频会议终端、WiMax基站、IP语音网关、WiFi路由器等设备连接至核心交换机，构成地震现场应急通信系统基本网络拓扑架构系统。网络拓扑如图1所示。通过不同的路由配置，可通过卫星通信网、移动通信网以及无线局域网等多种网络途径进行数据传输。

地震现场卫星通信系统采用甚小口径卫星终端站（VSAT）进行通信，采用“点到多点”的组网方式。日常运行利用一段2MHz的载波进行通信，地震发生后，增加一条8MHz的载波进行通信。历次地震现场应急通信保障工作表明，当震级小于6.0时，震区大部分通信基础设施受损普遍轻微[5]，因此可使用当地移动通信网络进行应急通信，也可以通过无线网桥与公共通信信道连通，从而搭建VPN 通信信道实现来实现地震现场和地震行业专用网络的互联互通，为地震现场的信息交换提供技术支撑[1]。

图1 网络系统拓扑图Fig.1 The Network system topology

由上图可知，整套系统主要由网络设备和业务设备构成。网络设备主要实现系统国家应急卫星网接入功能，由卫星网络设备、移动通信网络设备、无线网桥、WiMax基站、无线路由器组成及网络交换机构成。卫星网络设备主要由SKYWAN（诺达）IDU 7000 调制解调器、功放及其电源模块、高频头、分路器和C-COM980卫星天线及天控系统构成。移动通信网络设备主要实现地震行业专网接入功能。本系统采用MP1800-35E 新一代多业务4G无线工业路由器，将相应的路由策略写入该路由器，从而实现系统与地震行业专网互联互通。WiMax基站和无线网桥可以实现将光纤、地面网络等提高的网络环境进行无线组网，实现5km范围内无线网络接入功能。无线路由器实现车辆100m范围内无线网络接入功能。

业务设备主要由科达SKY X500视频会议终端、多媒体调度终端、无线图传工作站、图形工作站组成。视频会议终端主要实现车内与后方指挥部音视频传输功能，保障各种会议的顺利召开。多媒体调度终端主要实现多媒体调度指挥功能，无线图传工作站接收由车载站和中继站发回的音视频。图形工作站即系统工作站，实现对卫星系统设备、业务设备等的实时监控及状态记录。

2.2 卫星通信系统

卫星通信是指利用卫星作为中继站而进行的通信。卫星通信主要有通信卫星和地球站组成。常见的卫星通信系统由空间站和地球站组成。空间站由在轨运行的通信卫星以及对卫星进行操作的地面站组成。国家地震应急卫星通信系统采用亚洲4号卫星（122oE）KU波段进行通信[6]。地球站主要包括：中心站、固定站和移动站。其中中心站设在国家台网中心，固定站设在各个省局指挥大厅，移动站又分为车载站和便携站。河北局移动站卫星通信系统设备连接情况如图2所示。

图2 卫星设备连接示意图Fig.2 Satellite device connection diagram

2.3 无线图传系统与多媒体调度系统

微波无线图传系统是利用微波进行音视频传输的一套便捷的通信系统，包含三个子系统，分别是：单兵系统、车载接收和中继接收发射系统，各系统设备连接如图3所示。

图3 无线图传系统设备连接示意图Fig.3 Wireless map transmission system equipment connection diagram

在原有的系统之上增加了一套适用于车载的多媒体调度系统。基于该系统可以构建地震现场应急指挥中心，将各种信息通讯业务统一管理，采用卫星或者移动通信系统将车载指挥系统与指挥大厅互联互通。该系统各项业务主要通过多媒体调度一体机进行业务实现。调度一体机是一个高度集成化调度平台，内置GSM/CDMA/3G/4G、FXO/FXS/E1、DB15集群接口等多种通信接口。除了实现常规的调度功能外，还可实现与PSTN固话、移动手机、TETRA和GOTA数字集群对讲系统等多种通信系统联通，大幅提高调度平台的兼容性，为指挥调度提供有力信息保障。调度运行界面如图4所示。

图4 系统运行界面Fig.4 System operation interface

2.4 音视频系统

音视频系统主要实现地震现场各类灾情音视频信息的采集与传输，确保与后方指挥中心以及各个救援参与单位之间的音视频的互联互通，图5对音视频的信息流做了示意性连接描述。

图5 音视频系统集成连接图Fig.5 Audio and video system integration connection diagram

车内采用索尼高清分辨率摄像头进行图像及视频采集；科达视频会议终端SKY X500和IDS多媒体调度指挥系统实现地震现场和与后方指挥中心以及各个救援参与单位之间的音视频双向传输及双流显示；数字调音控制台将图形工作站、视频会议终端、多媒体调度系统、车内话筒以及其他音频信号提供控制和切转、扩声等功能。

3 实际应用与问题对策

河北地震应急通信系统经历过多次应急演练检验。例如：2015年8月26日由河北、山西、内蒙古地震局联合开展的晋冀蒙交界重点危险区地震应急联动演练在内蒙古丰镇进行，通信指挥车经过4个多小时的长途行程，充分发挥机动能力，在规定的时间内快速到达演练目的地，各项业务顺利展开，圆满完成演练任务。2016年9月13日参加了国家台网中心组织的全国地震应急指挥系统应急响应与服务保障演练，实现了各个参演单位间的互联互通。每月、季度开展的地震现场应急通信演练同样对系统实际运行提供了良好的经验。

在日常的运行维护中，发现了一些问题，并尝试了一些解决办法，总结如下：

（1）卫星链路建立不畅

在实际的应用中，经常出现无法正常对星的情况。由于卫星利用高频微波信号进行信息传输[2]，因此在寻星过程中避免周围高大建筑物以及其他造成较高物体带来的遮蔽干扰，从而造成卫星波速回波反射。另外还要避开与卫星通信同频或者临频的干扰源，如微波信号等。

（2）与其他省局自行组网不畅

在现有的地震现场应急通信系统网络规划是以省局为单位进行的，河北地震现场应急通信系统可以在网内与其他省地震现场应急通信系统实现点对点通信，但省局之间指挥大厅内进行视频会议组会通常通过地震专网进行，河北地震现场应急通信系统若想与其他省局指挥大厅进行音视频联通只能通过河北省局指挥大厅进行转接，建议台网中心给出自行组网的操作策略及规范。

除此之外，应急通信车长时间停放容易造成车载启动电瓶亏电，导致车辆无法正常点火启动，因此在车辆入库后要切断由车辆电瓶供电的设备，同时要对车辆进行定期维护。

4 结语

随着社会发展，地震灾害造成的影响越发严重。尤其在地面通信设施被毁，通信中断的地震灾害现场，如何能在震后快速建立一条地震现场与后方指挥中心及各个救援参与单位的可靠、有效的通信线路，提高地震现场信息采集和传输及交互能力，将成为当前地震现场应急工作的重点内容。河北地震现场应急通信系统具有的高度集成、灵活组网、通信方式多样、机动灵活等特点，可以快速建立地震现场与后方指挥中心、现场各个救援单位的通信链路，为地震现场工作信息传输与交互提供技术支持，保障地震现场各项应急工作顺利开展。

[1]贾宁，韶丹，姬建中，等．陕西地震应急通信指挥车改造和系统集成的关键技术研究[J].震灾防御技术，2016，11（2）：403-411．

[2]付荣国，章熙海，肖飞，等．地震应急卫星通信指挥车通信系统设计[J].通信技术，2014，47（2）：215-220．

[3]杨理臣，胡玉，郭鹏，等．青海省地震应急卫星通信车改进与完善的探索[J].高原地震，2014，26（4）：58-61．

[4]帅向华，姜立新，刘钦，等．地震应急指挥技术系统设计与实现[J].测绘通报，2014，（7）：38-41．

[5]赵恒，白仙富，张方浩，等.破坏性地震的应急通信需求与应用初探[J].地震研究，2015，（35）：139-144.

[6]杨乐，曾薇，谭颖．地震应急卫星通信系统的设计与应用[J].震灾防御技术，2012，7（1）：100-109．

[7]刘振岭，张水兴，李骏．短波通信网在应急通信领域的应用[J].无线电通信技术，2014，40（2）：82-85．

[8]文铎．应急通信车 TD-LTE 改造关键技术研究[J].信息通信，2014，142（1）：184-185．

[9]杨天青，帅向华．国家地震应急指挥技术系统建设中的关键技术及应用[J].震灾防御技术，2010，5（2）：208-214．

Research on Key Technology of Emergency Communication System in Hebei Earthquake Field

KANG Jiang，LI Jiang，LV Guo-jun，LI Hao，FAN Qiang

（Earthquake Administration of Hebei Province, Hebei Shijiazhuang 050000, China）

In order to solve the problem of on-site emergency communication caused by the devastating earthquake, during the period of“ Tenth Five-Year Plan”，Earthquake Administration of China has providedall provincial-level administrations with satellite communication portable stations for earthquake emergencyon-scene communication. Due to the seismic site of the satellite integrated box system in the actual use of the existence of many shortcomings, Earthquake Administration of Hebei Province has integrated the transformation, installed all portable station equipment in emergency communication vehicle, integrated the operation of emergency communication in earthquake field. This paper mainly introduces the key technologies and applications of emergency communication system in earthquake field, summarizes the present situation in practical application and presents the solution.

earthquake emergency; emergency communication; system integration