應急通信體系建設分析

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應急通信體系建設分析

【摘要】2018年中國應急管理部的成立,標志著我國在健全公共安全體系方面向前邁出了堅實的一步。本文詳細分析了國內外應急救援通信保障領域現狀、網絡構成和運營方式,同時結合我國在應急通信保障方面的特點,提出了我國在應急救援通信保障建設方面,應以公網加專網應用模式為原則,在應急通信保障體系、標準體系和應急救援衛星通信網的規劃建設方面加大投入。

【關鍵詞】消防;應急通信;應急管理;應急救援

2018年3月18日,國務院機構改革方案將國家安監總局、國務院辦公廳的應急管理職責、公安部的消防管理職責、民政部的救災職責、國土資源部的地質災害防治、水利部的水旱災害防治、農業部的草原防火、國家林業局的森林防火相關職責、中國地震局的震災應急救援職責等13個部門的相關職能予以整合,組建成全新的中華人民共和國應急管理部,作為國務院的重要組成部門。反觀我國應急救援機制建設的發展較晚,應始于2003年的“非典”時期,基于“非典”處置過程中汲取的經驗,2006年國務院辦公廳設置國務院應急管理辦公室。國務院應急辦作為一個傳達信息、協調各部門的辦公部門,沒有直接指揮應急力量的職能,應急救援力量仍然分散在各個業務局。但是事實上一旦發生重大自然災害,涉及的部門相當廣泛,減災委、武警、安監、醫療等各個部門都必須去現場,因此分散的力量最終仍然需要國務院進行統一調度。新組建應急管理部有利于公共安全事件的統一指揮應對、協調處理和專業人才隊伍建設,指導安全生產類、火災、水旱災害、地質災害等自然災害類應急救援及防治,承擔國家應對特別重大災害指揮部工作,應急管理部成立標志著公共安全行業發展進入新時代,同時應急管理部的建立也標志著我國應急體制建設向前邁出了關鍵的一步,有利于充分提升社會對公共安全的認知度和投入力度。應急通信體系作為應急管理體系的核心組成部分,是應急保障的核心中樞,也是應急保障的關鍵基礎設施,應急通信體系建設的合理不合理、科學不科學,將直接影響到整體應急救援任務的執行效率。因此,在應急通信體系的建設上,我們有必要統籌現有的應急頻譜資源、裝備資源進行合理的規劃,同時借鑒國外發達國家的建設經驗,建立或完善各類通信標準、規范,建立適應我國特色的科學合理的應急通信體系,將為應急救援的參戰各方業務部門提供及時有效的通信保障作為體系建設的最終目標。

1國內外現狀

1.1國內應急通信網建設現狀。我國應急無線通信網絡的建設由于缺乏統一的管理,因此無線應急通信網的建設都是由各自業務部門自行規劃、建設、使用和維護。長期以來我國應急力量的主體集中在公安消防部隊,2008年新修訂的《消防法》規定,滅火救援是消防法賦予公安消防部隊的法定職責,做好滅火救援工作,直接關系到國家和人民生命財產安全,關系到社會的穩定和和諧社會的建設,也直接關系公安消防部隊甚至黨和政府的形象。為了有效保障滅火救援任務的順利執行,從上個世紀80年代以來,公安消防部隊不斷進行應急通信網絡的建設,在有線網絡建設方面,消防部隊依托公安網建設了155M的指揮調度網絡,完成了公安部消防局、各地消防總隊、消防支隊和消防中隊的縱向貫通,并將消防部分業務系統部署在指揮調度網上,實現了網絡與業務系統的高效融合,在實戰中發揮了巨大的作用。在無線窄帶網絡建設方面[1],由于國家無線電管理委員會在無線電頻譜規劃過程中未給消防部隊分配固定的頻譜資源,但將355MHz頻譜分配給公安行業用于公安無線通信網絡建設,20世紀90年代,我國公安部門大量采用了350MHz集群通信系統,遵循的標準是公安部制定的“公安移動通信警用自動級規范”即CSP標準,這是在國際上通行的MPT1327/1343集群標準的基礎上,結合我國公安的實際情況制定的。該標準的實施為公安業務工作的發展起到了良好的保障作用。同時也在110巡邏、治安、警衛、消防、交通指揮、邊防等各種公安業務工作中,已經得到了廣泛的應用,為科技強警作出了貢獻。后期隨著需求和技術的不斷發展,基于最大化利用頻譜資源和系統擴容的考慮,公安行業從2014年到2016年共了“警用數字集群(PDT)通信系統”系列標準(10項),實現了350MHz集群的模轉數。由于350MHz是國家法定的通信頻率空間,具有頻譜特性優良及未知干擾較少等特性,在公安消防部隊滅火救援語音通信保障方面發揮了巨大的作用。在無線寬帶網建設方面[2],2015年以前應急力量的各個部門大多以利用公眾移動通信網(3G、4G網絡)與應急專網橋接,實現視頻及大數據的傳輸通信。2015年工信部決定規劃1447-1467MHz頻段用于寬帶數字集群專網系統,意味著1.4GHz頻譜正式發放。中國也積極開展1.4GHz的TD-LTE政務網試驗,北京、天津、南京和上海等地都啟動建設,我國LTE寬帶集群系統開始規模化應用,為高清移動視頻傳輸及可視化調度指揮提供了支撐,截至目前我國多個城市的應急、交通、城管等部門已經開始了1.4GHz無線應急通信網絡的建設。但是由于缺乏統一的規劃部署,該段頻段的使用也較為隨意,多個部門同時建設同一頻段的無線網絡也容易產生相互干擾;同時由于頻率資源目前屬于較為稀缺的資源,多部門共建的模式會占用較多的頻譜帶寬,建設、維護成本上也存在極大的資源浪費。在衛星通信網建設方面,我國公安、消防、水利等應急部門都建設了專用的衛星通信網,用于支撐各自的業務應用。我國消防衛星通信網系統始建于2010年,統一租用23MHz專用衛星頻率資源,截止到2012年年底實現了全國網管中心站、31個總隊分中心站及203個衛星地面站的建設工作,實現了消防指揮調度網的延伸。2016年對網絡帶寬進行了擴容,從23MHz擴容到31MHz,衛星通信以其通信范圍大、抗遮擋能力強、不易受陸地災害影響等特點,在公安消防部隊處置巨大災害事故時發揮了巨大的作用。1994年水利部為提高防御水患的能力,開始籌建水利衛星通信系統,主要用于水雨情數據報汛、防汛抗旱異地會商、應急搶險機動通信、云圖和遙感數據廣播等重要防汛通信任務,多年來發揮了重要的作用。水利部衛星通信網擁有27.2MHz衛星資源,其中,Ku波段有22.2MHz,采用亞洲5號衛星;C波段有5MHz,采用亞太6號衛星,帶寬資源有所增加,而且增加了抗雨衰能力強的C波段資源。中國公安衛星通信網始建于上個世界90年代,歷經近20多年的建設周期,共建設270個數據小站和82個單話音站,帶寬由初期的27MHz擴容到目前的81MHz,主要承載的語音通信、低速率數據傳輸業務,在各類重特大突發事件、大型活動和重大自然災害現場處置過程中充分發揮了傳統通信保障手段所不具備的實時機動能力、惡劣環境適應能力,成為建立公安現代化指揮通信系統的核心和基礎。1.2國外應急通信網建設現狀。在應急通信網絡和體系的建設上[3],由于發達國家的應急通信發展較早,經過了多年的建設和實踐的不斷檢驗,國外發達國家外應急通信保障網絡頗具規模且體系較為完善。其中,日本、美國以及歐洲的一些國家和地區均建立了較為完善的應急通信體系,在近年來應對突發事件中發揮了突出的作用。日本是一個自然災害頻發的大國,為了有效應對各種突發災害和事件,日本在應急通信網絡、體系和技術等方面大力建設,建立了中央防災無線網。該網絡由固定通信線路、衛星通信線路和移動通信線路構成,由本國電信運營企業建設、運行維護。同時中央防災無線網可以在現場迅速連通多個防災救援機構以交換各種現場救災信息,從而能夠有效通信保障,為應急指揮調度提供鏈路支撐。美國應急通信網絡建設始于2001年以后,主要是受2001年“911”恐怖襲擊事件和2005年卡特里娜颶風的啟示,美國政府和電信運營企業采取了一系列應急通信措施,建立了較為完備的應急通信保障體系和應急通信網絡,具體為由政府應急電信服務(GETS)、無線優先業務(WPS)、WiMAX、VoIP技術、衛星通信技術等構成了較為完備的應急通信保障體系,其體系的建設、運維由本國電信運營企業來承擔。英國應急通信網絡建設的重點是解決應急突發事件處理過程中網絡擁塞問題,網絡的建設、運行維護由運營商承擔,運營商采取“呼叫終止”的策略來平息網絡擁塞。“呼叫終止”就是提前“丟棄”一部分“低優先權”的打往擁塞地區的電話,以降低網絡的呼入業務量。此外,為了給重要應急響應部門提供通信保障,英國公眾移動通信網采用了一套特殊的網絡管理方案,即接入超載控制(AC-COLC),它對持有SIM卡的“高優先權”人員提供“特權”接入服務。

2新時期應急通信網建設建議

2.1應急通信體系建設規劃。新組建的應急管理部由涉及應急救援的13個職能部門構成,實現各個部門“統一指揮,加強協同”作為當前應急管理部首要的建設重點,除建立科學的管理體制以外,應急通信體系的建設也尤為關鍵。應急通信體系的建設應圍繞著有線、無線應急通信網兩個方面進行規劃建設,在有線應急通信網建設方面,應充分調研各個職能部門現有有線網絡的帶寬、容量等現狀,在綜合考慮網絡安全的基礎上集中進行資源整合,形成橫向貫通各個業務部門縱向貫通省、市業務局的統一網絡。在無線應急網建設方面,多年來由于合并之前部分業務職能部門已經建設了專用的應急無線專網,用于音頻、視頻及數據的通信保障,但是由于采用不同的制式、不同的頻率,多個網絡進行整合互聯互通的難度較大,特別是合并為應急管理部以后,原有的通信頻率頻點國家無線電管理委員會能否還讓這些業務部門繼續使用,也存在未知性。因此在應急無線網絡的建設方面,建議由應急管理部牽頭,利用我國應急公用頻段1447-1467MHz建設寬帶數字集群應急無線專網。應急無線專網的建設、運維建議與我國的公眾移動運營商進行合作,由公眾移動運營商負責設計、建設和后續的維護保障,基于安全方面的考慮需建立嚴格的安全管理機制,實現公網與專網之間的物理隔離,如需進行數據交換可參考目前公安網內外網的數據交換機制,網間部署安全接入設備保障網絡、數據的安全交換。2.2公專結合公網為主的原則。應急滅火救援現場通信保障的難點可以分為兩類現場[4],一類是城市現場高層超高層建筑、地下空間場所、大型城市綜合體和石油化工廠,另一類是地質性災害事故現場。城市現場通信難以保障的原因在于,災害事故發生時常會切斷建筑內部電源,導致建筑內部常規通信設施失效,同時在復雜建筑內部進行臨時無線信號覆蓋的難度也較大,如能夠解決公網的擁塞問題,此時災害現場外部的無線通信通常是暢通的。地質性災害事故現場通信保障的難點在于,受災區域的地面常規通信設施遭受損壞無法使用,災區與外部的交通中斷,車輛、大型通信器材很難在短時間內進駐現場,因此通信保障難度較大,此類現場的內外部通信保障主要以衛星通信為主。應該看到我們在處置各類現場的災害事故過程中,大部分情況下現場外部公眾移動通信網絡設施都能夠發揮通信保障的作用,因此應急通信體系建設的原則應該堅持“公專結合,公網為主“的建設原則,一方面可以與公眾移動通信運營商簽署協議,優先保障參戰部門人員的通信保障,避免由于網絡擁塞導致的信息不暢;另一方面可研發便攜式通信基站,在災害事故現場臨時構建無線應急通信專網,通過橋接網絡實現將公眾移動通信網信號向災害現場內部延展,解決城市現場高層超高層建筑、地下空間場所、大型城市綜合體等場所內部信號的臨時覆蓋。2.3應急通信網標準體系建設。標準規范的作用與意義在于能夠促進行業的健康發展、提升行業設備生產制造企業的競爭能力和有利于行業設備生產制造企業的技術發展。由于之前我國應急救援的任務分散在多個部委[5],在應急救援通信保障方面的相關標準和規范較為零散,多以滿足本部委內應急通信保障的需求為前提,綜合通信網絡的基本情況、容量、用戶數量、業務現狀等各方面的需求,編制頒布了適合本部委行業特點的網絡建設規范、設備技術要求等標準。國家應急管理部成立以后,由于業務的集中化管理,所以也需要在標準建設方面對已有的標準進行集中整合,建立適合我國應急救援特點的應急通信保障標準規范。標準規范的建設應圍繞以下幾個方面開展:1)建立我國應急救援通信保障網絡建設標準,涵蓋有線網和無線網兩個方面,需規定網絡的組網形式、網絡構成、網絡性能要求、試驗要求及試驗方法等;2)建立我國應急救援通信保障網絡施工及驗收方面的技術要求;3)建立組網設備技術要求標準,涵蓋固定站、移動站、便攜站等設備,規定基站類設備的功能要求、性能要求、試驗要求及試驗方法等;4)建立終端類設備的入網技術要求,包含入網協議、數據通信協議等;5)建立業務調度指揮方面的技術要求。2.4大力發展應急通信衛星網。與傳統地面通信相比衛星通信具有通信距離遠、通信容量大、覆蓋范圍廣等特點,特別是在地質性災害事故現場,具有其他通信方式不可比擬的優勢。我國應急救援的部分部委在上個世紀90年代將衛星通信引入到應急救援通信保障工作中[6],例如:消防、公安、水利等幾個行業都租用衛星轉發器建立了專屬于本行業應用的衛星通信專網,在應急救援過程中發揮重要的作用。受限于當時我國通信衛星通信技術的發展狀況,租用的衛星轉發器多由國外公司進行設計建造,因此每年的租用成本較高。2017年4月12日我國首顆高通量通信衛星實踐十三號在西昌衛星發射中心成功發射,經過在軌測試于2018年1月23日在軌交付,正式投入使用。實踐十三號支持用戶快速接入網絡,下載和回傳速率最高可達150Mbps和12Mbps[7,8]。鑒于衛星通信對于地質性災害事故應急救援通信保障的重要性,建議利用我國自主通信衛星轉發器資源建設全國應急衛星通信專網,各業務部門原建的衛星通信專網,從業務上如果屬于應急管理部則在此基礎上并入新建全國應急衛星通信專網,設備資源可以進行利舊,如:天線、功放、業務設備;業務上如果不屬于應急管理部,則可以進行徹底剝離。

3結論

國家應急管理部的成立,標志著我國在健全公共安全體系方面向前邁出了重要的一步,實現了應急救災優勢力量和資源的有效整合,建立了統一指揮、專常兼備、反應靈敏、上下聯動、平戰結合的中國特色應急管理體制,必將提高我國防災減災救災能力。應急通信網絡作為應急管理部應急救援任務的中樞神經,重要性已經引起了世界范圍內的普遍關注,應急通信體系建設是一項長期性的系統工程,需要多個應急保障業務部門在體系規劃、標準化、運營模式、應急通信衛星專網等方面開展持續研究,構建適合我國特色的應急通信體系,隨著體系的確定和新技術、新手段的推廣應用,我國的應急通信保障體系必將在防災減災救災中發揮巨大作用[9,10]。

作者:張磊 范玉峰 單位:應急管理部沈陽消防研究所