基于“应急救援数字化战场”平台的融合通信链路设计
明朝辉1,2, 石洋1, 解晨阳3, 袁帅1
（1. 中国消防救援学院，北京 102202；2. 重庆大学，重庆 400044；3. 安徽消防救援总队，安徽 合肥 230022）
摘要：为应对日益纷繁复杂的各类灾害，集融合通信系统、图像分析系统、指挥调度系统等于一体的“应急救援数字化战场”平台应运而生。本文分析了实际救援行动中存在的通信保障问题，依照现有消防救援相关法律法规及规范，结合通信技术提出解决方式，制定融合通信系统链路架设方案，验证了应急通信保障实战演练方案的可行性、成效性。通过层次划分融合通信系统链路，为消防救援队伍快速搭建灾害现场的通信网络提供指引，实现基于平台的多源信息实时传输与分析、各层级单位间资源共享集约，科学迅捷化开展指挥研判、救援行动与灾害处置。
关键词：应急救援；数字化战场；融合通信链路
基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFB0503005）；中国消防救援学院院级项目（XFKYB202303）；中国消防救援学院2023年本科教育教学改革立项资助（2023SZH02）
据应急管理部发布的《2022年全国自然灾害基本情况》的数据统计，2022年全年各种自然灾害共造成1.12亿人次受灾，直接经济损失高达2386.5亿元。探究如何提升应急管理信息化建设，推进应急管理体系和能力现代化建设，建成与现代化相适应的中国特色大国应急体系势在必行。依据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》《国家信息化发展战略纲要》，中央网络安全和信息化委员会制定并印发《“十四五”国家信息化规划》（以下简称《规划》），围绕确定的发展目标，《规划》中对建立高效利用的数据要素资源体系进行了部署安排，打造平战结合的应急信息化体系，推进智慧消防救援建设则是应急管理信息化建设工作的一项重要内容。推动“应急救援数字化战场”平台（以下简称“平台”）的构建，顺应时代趋势、符合基层需要、贴近实战需求，进一步将其建设好、运用好、推广好，能够提高应急救援任务执行效率，更大程度地保障人民群众生命财产安全。融合通信系统具有技术手段多样、信号联通稳定、环境兼容性高、信息传输高效等优势，作为“应急救援数字化战场”的重要组成部分，实现融合通信系统链路的构建，对于保证数字化战场的推广应用具有重要的意义。现阶段，融合通信系统链路架构仍然存在缺陷，系统体系建设仍不成熟，现场融合通信保障仍缺乏可靠方案。在应对突发灾害事故时，应急救援各单位无法实现通信互联一体化，信息的交互效率较低，甚至出现前突队伍与后方通信中断的极端情况。结合融合通信系统特点，制定融合通信系统链路架设方案，解决数字化战场融合通信可能出现的问题成为当务之急。1 平台通信需求与目标
1.1 平台构建与组成
《应急管理信息化发展战略规划框架》（2018-2022年）明确，截至2022年，全面形成应急管理信息化体系，感知网络实现全域覆盖，天地一体化应急通信网络韧性、高速、智能、融合，信息化基础设施性能强大、稳定可靠，大数据、人工智能、机器人、移动互联等新技术得到广泛应用。以此推动平台建成，集成融合通信系统、数字图像分析系统、指挥调度系统、物联管理系统等主要模块，如图1所示。Fig. 1 Composition of the platform
1.2 数字化融合通信系统建设目标与要求
1）建成天地一体融合通信网络体系。基于公网通信、北斗短报文、自组网等通信技术，建成天地一体应急通信网络体系，使融合通信系统链路架构方案满足在恶劣自然环境下针对应急救援垂直化、立体化综合应急指挥的需要，能够为人防、森防、边防等领域的工作人员提供应急通信终端以及平台系统，保证紧急情况下的有效通信。2）增强应急救援全单位、全要素信息互联能力。切实加强应急救援各单位通信互联畅通，实现灾害事故现场数据的实时回传，保证命令下达畅通无阻。上至应急管理部指挥中心，下至一线前突救援队伍，通过与平台实时连接，实现整个应急救援行动全单位、全要素一张网的连通，打通应急救援通信的“最后一公里”。3）提高极端恶劣条件通信保障效率。灾害事故发生位置具有随机性、不确定性。部分灾害事故现场位置偏远，地形复杂，电力不足，自然条件恶劣，公网信号不稳定。以山林为例，环境地形起伏，植被茂密，对信号产生遮挡，并在信号传递过程中出现极大能量耗散；位置偏僻，缺乏基站，无法有效接入公网；电力不足，没有稳定的电力保障等，给极端通信环境下的救援行动带来巨大阻碍。通过科学选配通信装备与人员部署，实现救援人员深入灾害现场、空中中继与卫星公网基础相互协作，有效提升作战与救援效率。2 融合通信链路总体架构
根据《应急管理部关于推进应急管理信息化建设的意见》《国家紧急状态法》，吸纳《应急管理信息化发展战略规划框架》《“十四五”信息通信行业发展规划》等的精神内涵，参照美国、日本、欧盟应急管理通信保障模式，结合国内应急救援通信保障实际情况，明确骨干常备应急通信链路、移动终端通信链路、PDT集群通信链路、LTE通信与宽带自组网链路、无人机中继链路、卫星通信链路6大主干链路；建立以地面基站、卫星、无人机、移动通信终端等硬件设施为基础架构的自组网，形成战术子网，通过骨干节点、骨干链路连入公用网络、专用网络等进行数据传输，具体通信链路连通配置详见表1。
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平台的每个组网均由多个节点构成，各个组网通过骨干节点互联。针对前突队伍可能面临的前突位置偏远、通信不畅等现象，借助无人机、卫星等空中硬件设施作为中继节点，彻底解决应急救援行动中通信不畅的问题，从而实现应急救援行动中每个单元的有效互联，结合通信链路性能构建融合通信系统链路，具体架构如图2所示。Fig. 2 Link architecture diagram of integrated communication system
3 融合通信链路布设方案实施
3.1 应急通信基础设施建设
应急通信基础设施建设，保障各地政府应急指挥机关的连通。根据《中华人民共和国电信条例》《应急管理信息化发展战略规划框架》（2018-2022），在全国各级地市、县区建设应急通信骨干枢纽“指挥信息网”。指挥信息网作为应急通信网络的主体和核心，按照信息安全等级保护三级要求设计，属于非涉密网络，由核心层、汇聚层和接入层组成，覆盖部、省、市、县4级。指挥信息网作为常备信息网，是应急通信基础建设的重要工作，其作为应急网络的主体部分，在全国城市、县区建立常备通信节点，是应急通信的骨架。指挥信息网的建立将保障全国各级地市、县区的应急指挥机关的相互连通。3.2 移动通信设备的配备
移动通信设备的配备，保障偏远救援现场前勤指挥部与应急指挥机关的连通。针对支队级以上消防救援队伍、地级市以上应急管理局的需求，配备通信指挥车、大功率移动通信设备，满足前勤指挥部与应急指挥机关的连通，通过移动通信设施的架设，可以在任意位置建立骨干通信节点。现有的应急通信车可搭载车载卫星通信系统、LTE智能车载终端、4G车载移动通信终端、5G+车载通信终端等。通过车载移动通信设施的列装，实现事故现场指挥核心接入“指挥信息网”，实现在一线救援现场建立骨干节点，并与常备节点实现互联。3.3 PDT集群通信保障
PDT集群通信，主要保障前突应急救援人员与前勤指挥部的连通。如图3所示，PDT通信系统由发射站、天馈系统、便携终端构成，发射站与天馈系统以前勤指挥部为中心向外覆盖信号，便携终端与集群中心形成交互，实现通信的接入，并传输音频、视频、文字等信息数据。 支队级以上消防救援队伍、地级市以上应急管理局配备PDT集群通信系统，前勤指挥部在灾害事故现场进行系统架设，规定通信频道，向各救援队伍指挥员分发PDT通信便携终端，实现各救援队伍与前勤指挥部的实时通信。Fig. 3 Schematic diagram of cluster communication structure
3.4 LTE通信、自组网设备列装
如图4所示，LTE通信、自组网设备列装，保障一线救援班组内部连通。基层消防救援队伍以大队为单位配备宽带自组网通信系统（KZW），基于移动自组网技术，采用TDMA自适应体制实现无中心网状网络，实现一种机动网络之间或者机动网络之间宽带化的数据传输，能够有效解决救援现场各战斗班组内部及班组间的通信。Fig. 4 Schematic diagram of self-organizing network structure
3.5 无人机中继平台架设
无人机中继平台架设，保障极端恶劣地形前突节点与后方连通。现场前突救援队伍前突纵深过长，遭遇极端地形、天气因素影响，同时受制于通信传输距离限制，大部分通信手段无法实现。在卫星数量不足、卫星信号不佳的情况下，借助无人机搭载通信中继手段实现通信，无人机通信空中中继平台架设示意图如图5所示。Fig. 5 Installation diagram of UAV communication air relay platform
2021年7月，在应对处置郑州洪灾救援行动中，应急管理部通过翼龙无人机搭载应急通信中继设施在空中巡航5 h，实现了1089 MB通信数据的传输，第一时间获取了灾区受灾情况，保障了一线救援队伍的临时通信。现阶段，通过无人化空中通信中继平台，实现极端恶劣地形前突节点与后方的连通。3.6 天基通信网络保障
具备卫星通信条件的可采用天基通信网络予以保障，如图6所示。卫星通信技术具有覆盖范围广、通信容量大、传输质量好、组网方便迅速、便于实现全球无缝链接等众多优点，可以兼顾陆地绝大多数区域的通信。 Fig. 6 Schematic diagram of satellite communication network architecture
4 “应急救援数字化战场”融合通信路径实现
针对极端恶劣环境，通过通信链路技术分析，建立研判、布设、连通与处置的流程化、规范化应急通信保障路径，如图7所示。Fig. 7 Architecture flowchart of disaster site emergency integrated communication link
灾害现场应急融合通信链路架构的一般流程为：消防救援队伍快速抵达灾害现场，通过分析灾害现场位置、地形、地貌、天气状况、获取现场基础通信设施条件，掌握救援队伍行进路线，实现综合研判通信环境；而后判断灾害及周边区域是否具备通信基础设施，如具备建立公网、专网通信条件，可直接在骨干常备应急通信链路的基础上与应急指挥机关建立连通，若不具备，则需在现场指挥部通过架设移动通信终端建立连通关系；而后若现场具备PDT集群通信、宽带自组网通信条件，可以以现场指挥部为中心建立集群通信，并实现消防救援队伍间建立自组网，否则需要借助空基无人化平台，实现信号覆盖；如果现场具备卫星通信条件，可以进一步完善移动终端对星建立卫星通信，否则需要克服极端条件，依托无人机通信中继构建通信网络架构。5 总结与展望
本文系统分析了平台在消防救援行动保障中存在的通信问题，以当前通信技术为依托，结合融合通信系统特点，制定了融合通信系统链路架设方案，旨在建成天地一体融合通信网络体系，增强应急救援全单位、全要素信息互联能力，提高极端恶劣条件通信保障效率。通过建立完备的应急融合通信保障体系，能够为全灾种“应急救援数字化战场”融合通信建设提供方案指引与模式参考，健全多部门协同的灾害事故信息报送、预警发布、信息共享和应急处置机制，以信息化推动应急管理现代化，建成与现代化相适应的中国特色大国应急体系，紧贴实战化、聚焦规范化、做强专业化，切实增强现代化作战体系建设。
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