應(yīng)急通信技術(shù)分析范文
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摘要：
近年來(lái)，隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展和大型自然災(zāi)害產(chǎn)生的巨大影響，對(duì)應(yīng)急通信的需求更顯迫切，所以對(duì)應(yīng)急通信的研究成為研究的熱點(diǎn)之一。本文介紹了應(yīng)急通信的概念、特點(diǎn)和主要方式，并對(duì)地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信的特點(diǎn)和需求進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)闡述，希望為地震應(yīng)急通信深入研究提供有益的參考。
關(guān)鍵詞：
應(yīng)急通信；地震應(yīng)急；地震現(xiàn)場(chǎng)通信
我國(guó)幅員遼闊，地理、氣候條件復(fù)雜，是全球遭受自然災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，災(zāi)害種類(lèi)多、發(fā)生頻率高、損失嚴(yán)重[1]，特別是地震這種自然災(zāi)害。由于我國(guó)位于世界兩大地震帶――環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓，地震斷裂帶十分活躍，具有地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大、震源淺、分布廣等特點(diǎn)[2]，近年來(lái)汶川8.0級(jí)、玉樹(shù)7.1級(jí)、雅安7.0級(jí)、魯?shù)?.5級(jí)等破壞性地震相繼發(fā)生，對(duì)通信基礎(chǔ)設(shè)施造成了嚴(yán)重的破壞，給搶險(xiǎn)救災(zāi)工作帶來(lái)了很大的困難。應(yīng)急通信是突發(fā)性緊急事件時(shí)通信需求的基礎(chǔ)保障，建立并完善先進(jìn)的應(yīng)急通信系統(tǒng)是面對(duì)地震等突發(fā)性緊急事件時(shí)搶險(xiǎn)救災(zāi)的重要工作內(nèi)容，因此，對(duì)應(yīng)急通信的研究具有極其重要的意義。
一、應(yīng)急通信概述
現(xiàn)代意義的應(yīng)急通信一般是指為應(yīng)對(duì)自然或人為突發(fā)性緊急情況時(shí)，綜合利用各種通信資源，保障信息傳遞、緊急救助或指揮調(diào)度等工作順利開(kāi)展所需的一種通信手段，它是一種暫時(shí)性、快速響應(yīng)的特殊通信機(jī)制。應(yīng)急通信除了需要滿(mǎn)足時(shí)間突發(fā)性、地點(diǎn)不確定性、業(yè)務(wù)緊急性和信息多樣性等要求外，還須具備部署快速、易于安裝、健壯性好、擴(kuò)展性強(qiáng)、成本合理等特點(diǎn)[1]，并提供可靠的信息傳輸服務(wù)。應(yīng)急通信不是一種通信方式，而是一組支持不同應(yīng)急需求、具有不同屬性的通信方式，其功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。從應(yīng)急通信功能結(jié)構(gòu)圖可以看出，應(yīng)急通信根據(jù)通信需求不同可分為多種應(yīng)急通信系統(tǒng)，如：（1）支持國(guó)家重大突發(fā)事件監(jiān)視和預(yù)測(cè)的通信系統(tǒng)；（2）支持地方發(fā)現(xiàn)和處理突發(fā)事件的通信系統(tǒng)；（3）支持災(zāi)區(qū)最高指揮員實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)指揮的通信系統(tǒng)；（4）支持現(xiàn)場(chǎng)搶救的通信系統(tǒng)；（5）現(xiàn)場(chǎng)電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)；（6）災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信技術(shù)支持系統(tǒng)；（7）災(zāi)區(qū)群眾自救和呼救應(yīng)急通信；（8）災(zāi)區(qū)群眾對(duì)外通信等。
二、應(yīng)急通信主要方式
目前，應(yīng)急通信主要采用的通信方式基本為兩種，即有線和無(wú)線。
2.1有線通信。有線通信分為公用通信網(wǎng)和專(zhuān)用通信網(wǎng)。公用通信網(wǎng)最常見(jiàn)的是互聯(lián)網(wǎng)，特點(diǎn)是覆蓋的范圍廣，通信的容量大，承載的業(yè)務(wù)種類(lèi)繁多，其性能也穩(wěn)定，費(fèi)用還低廉，是遭受一般自然災(zāi)害情況下應(yīng)急通信最基本的信息傳遞手段，但其經(jīng)受大災(zāi)害的沖擊能力有限，緊急事態(tài)下在優(yōu)先權(quán)方面的能力也很不足。因此，公用通信網(wǎng)抗大災(zāi)的能力有待繼續(xù)提高[3]，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)基于公用通信網(wǎng)的應(yīng)急通信研究也很少。專(zhuān)用通信網(wǎng)是專(zhuān)業(yè)部門(mén)使用的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，如各國(guó)政府部門(mén)、軍隊(duì)等的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)緊急事態(tài)下對(duì)公用通信網(wǎng)實(shí)施強(qiáng)制管制時(shí)，專(zhuān)用通信網(wǎng)是保障消息傳遞、上下級(jí)命令、應(yīng)急指揮等的一種重要通信手段，但專(zhuān)用通信網(wǎng)在覆蓋能力、互通性及寬帶業(yè)務(wù)提供能力方面存在很大的不足，難以滿(mǎn)足如地震等重大災(zāi)害通信的需求[4]。
2.2無(wú)線通信。無(wú)線通信是利用電磁波信號(hào)可在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式，不需要專(zhuān)門(mén)布線，不受“線”的制約，在其信號(hào)所覆蓋的范圍內(nèi)可方便接入，并可以實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)中的通信。因此，相較于有線通信，無(wú)線通信具有抗毀能力強(qiáng)、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、靈活快速等特點(diǎn)，是處置各種緊急突發(fā)事件時(shí)最常用的通信方式。無(wú)線通信主要有：短波通信、超短波通信、微波通信、集群通信、無(wú)線局域網(wǎng)和衛(wèi)星通信。
2.2.1短波通信。短波通信是一種依靠電離層反射進(jìn)行傳播的無(wú)線電通信技術(shù)，其波長(zhǎng)在100米～10米之間，頻率范圍為3～30MHz。短波通信其通信距離較遠(yuǎn)，是遠(yuǎn)程通信的主要手段，并具有組網(wǎng)靈活、抗毀性和自主通信能力強(qiáng)、運(yùn)行成本低廉等優(yōu)點(diǎn)[5]，但由于短波傳播所依賴(lài)的電離層高度和密度易受地形、地物、晝夜、季節(jié)、氣候等因素影響，所以短波通信的穩(wěn)定性較差，噪聲較大。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、擴(kuò)頻技術(shù)、差錯(cuò)控制技術(shù)及自適應(yīng)技術(shù)的進(jìn)步，以及超大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理器的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用，短波通信的發(fā)展及使用進(jìn)入了一個(gè)新的階段。短波通信最常見(jiàn)的是短波電臺(tái)，目前，短波電臺(tái)已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和小型化，具有體積小、重量輕等特點(diǎn)，特別是車(chē)載短波電臺(tái)機(jī)動(dòng)靈活，可隨時(shí)隨地架設(shè)，是應(yīng)對(duì)緊急突發(fā)事件一種行之有效的應(yīng)急通信手段。
2.2.2超短波通信。超短波通信也是利用電離層進(jìn)行傳播的一種無(wú)線電通信技術(shù)，其波長(zhǎng)在10米～1米間，頻率范圍為30～300MHz(或擴(kuò)展到1000MHz)，常用的有70MHz、150MHz、4MHz、9MHz等。超短波電離層傳播有散射傳播和透射傳播兩種主要形式，由于地面吸收較大和電離層不能反射，因此其主要特點(diǎn)是視距直線傳播，同時(shí)有一定的繞射能力，工作頻帶較寬。超短波通信的缺點(diǎn)是頻段頻率資源緊張，并且傳輸距離短，一般只用于近距離戰(zhàn)術(shù)通信，比如美國(guó)的“辛嘎斯”（SINCGARS)分組無(wú)線網(wǎng)和挪威的“戰(zhàn)術(shù)數(shù)字通信”(TADKOM)系統(tǒng)[6]。超短波通信最常見(jiàn)的是超短波電臺(tái)，與短波電臺(tái)相比，具有通信頻帶寬、容量大、信號(hào)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是近距離無(wú)線電通信廣泛使用的主要裝備。
2.2.3微波通信。微波通信是使用微波進(jìn)行傳播的一種無(wú)線電通信，其波長(zhǎng)在1毫米～1米間，頻率從1GHz到30GHz，采用直線傳播，反射能力強(qiáng)，不被電離層反射，可通達(dá)各種距離，中繼距離一般50公里左右，可在各種艱難的環(huán)境中快速部署開(kāi)通，具有通信容量大，通信質(zhì)量穩(wěn)定，受外界干擾小，抗毀能力強(qiáng)，小范圍部署速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠提供電話(huà)、電報(bào)、傳真、數(shù)據(jù)、圖像等多種業(yè)務(wù)[4]，所以非常適合于應(yīng)急通信。但由于微波的頻率高，波長(zhǎng)短，在空中傳播特性與光波相近，基本就是直線前進(jìn)，遇到阻擋會(huì)被反射或阻斷，因此微波通信的主要方式是視距通信，超過(guò)視距以后需要中繼轉(zhuǎn)發(fā)。
2.2.4集群通信。集群通信是指利用信道共用和動(dòng)態(tài)分配等技術(shù)實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)共享多信道的無(wú)線電移動(dòng)通信，其最大特點(diǎn)是通信采用PTT(PushToTalk)方式，以一按即通的方式接續(xù)，被叫不需摘機(jī)即可接聽(tīng)，且呼叫接續(xù)速度快，并支持群組呼叫功能；同時(shí)，由于采用了信道共用和動(dòng)態(tài)分配技術(shù)，用戶(hù)具有不同優(yōu)先級(jí)和特殊功能，可實(shí)現(xiàn)通信時(shí)一呼百應(yīng)。因此，集群通信具有組網(wǎng)快捷、靈活，指揮調(diào)度功能強(qiáng)，支持優(yōu)先級(jí)控制等功能，特別適合作為一種指揮中心到現(xiàn)場(chǎng)及突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮專(zhuān)網(wǎng)的應(yīng)急處置通信手段，其主要缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍有限。目前，主要的集群通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有：歐洲的Tetra、美國(guó)的iDEN、中國(guó)的GT800和GOTA。
2.2.5衛(wèi)星通信。衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電波，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行通信，實(shí)際上是微波接力通信的一種特殊形式[7]，具有覆蓋范圍廣且無(wú)縫隙覆蓋、通信距離遠(yuǎn)、抗毀能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)、建立通信鏈路快、容易部署等優(yōu)勢(shì)[6]。因此，衛(wèi)星通信既可用于平常的地面固定線路傳輸備份線路，又能夠在緊急情況下快速建立廣域網(wǎng)的通信鏈路，所以非常適合地震等突發(fā)事件緊急情況下對(duì)應(yīng)急通信廣度的需求。衛(wèi)星通信的缺點(diǎn)是傳輸時(shí)延大，資源稀缺，存在盲區(qū)，容量有限，易受天氣等因素干擾，且使用成本很高。
2.2.6無(wú)線局域網(wǎng)通信。無(wú)線局域網(wǎng)通信主要是利用射頻技術(shù)使用電磁波在空中進(jìn)行通信連接，實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，具有組網(wǎng)靈活、易擴(kuò)展、安裝便捷、移動(dòng)性好，配置簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。IEEE802.11WLAN標(biāo)準(zhǔn)工作小組已經(jīng)推出了802.11a/b/g/n等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，理論最高傳輸速率可達(dá)600Mbps，正在研究中的802.11ac協(xié)議是一個(gè)新的802.11無(wú)線局域網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，將通過(guò)5GHz頻帶進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)1Gbps多站式無(wú)線局域網(wǎng)通信或最大理論傳輸速率2.34Gbps。無(wú)線局域網(wǎng)通信所能覆蓋的范圍從室內(nèi)幾十米到室外幾百米，有效傳輸距離可達(dá)20km以上。目前隨著對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和無(wú)線組網(wǎng)方式的研究越來(lái)越深入，基于無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)急通信研究也越來(lái)越多，典型的是基于無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，主要有ADHOC網(wǎng)、無(wú)線傳感器網(wǎng)和無(wú)線Mesh網(wǎng)。
三、地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信
破壞性地震往往會(huì)對(duì)通信基礎(chǔ)設(shè)施造成破壞，甚至損毀，使受災(zāi)地區(qū)對(duì)外通信中斷，成為完完全全的信息孤島[2]，給救災(zāi)組織、指揮調(diào)度、人員搜救、次生災(zāi)害預(yù)防等工作造成重大困難。因此，地震現(xiàn)場(chǎng)要利用各種通信資源，快速有效地實(shí)現(xiàn)災(zāi)情信息的傳遞上報(bào)，為救災(zāi)組織、輔助決策、指揮調(diào)度等提供支持。
3.1地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信需求。地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信需求主要分為以下六類(lèi)：1）災(zāi)區(qū)指揮長(zhǎng)實(shí)施指揮的通信需求，主要是要以現(xiàn)場(chǎng)指揮部為中心，配置覆蓋整個(gè)災(zāi)區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)，從而指揮部可以實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)區(qū)所有參與現(xiàn)場(chǎng)搶救的群體指揮調(diào)度。2）支持現(xiàn)場(chǎng)搶救的通信需求，用來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)搶救群體的領(lǐng)導(dǎo)者與群體成員之間協(xié)調(diào)。3）災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信技術(shù)支持系統(tǒng)需求，主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)各種通信技術(shù)及系統(tǒng)之間互通，并延長(zhǎng)傳輸距離。4）震情監(jiān)測(cè)通信需求，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)流動(dòng)監(jiān)測(cè)等專(zhuān)業(yè)設(shè)備業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸。5）災(zāi)區(qū)民眾自救和呼救的通信需求，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)災(zāi)區(qū)群眾自救和呼救。6）現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播通信需求，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)狀況轉(zhuǎn)播，方便后方掌握更多災(zāi)區(qū)信息。3.2地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信功能。地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信需要實(shí)現(xiàn)的主要功能有：1）現(xiàn)場(chǎng)指揮部能夠?qū)崿F(xiàn)與后方指揮部音視頻、數(shù)據(jù)、圖片等的傳輸。2）現(xiàn)場(chǎng)指揮部能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)災(zāi)區(qū)各救援群體的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)通信功能。3）各救援群體間能夠?qū)崿F(xiàn)相互的語(yǔ)音、視頻、圖片傳輸?shù)裙δ堋?）能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的快速通信組網(wǎng)。
四、結(jié)語(yǔ)
我國(guó)目前正進(jìn)入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵階段，應(yīng)急通信對(duì)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)的穩(wěn)定具有重要意義，特別是自2008年汶川、玉樹(shù)等大地震后，我國(guó)對(duì)建立應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)體系的重視程度大大提高，已經(jīng)把建立應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)體系作為事關(guān)國(guó)家安危的重要課題來(lái)抓，因此，加強(qiáng)對(duì)應(yīng)急通信的研究具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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作者：付榮國(guó) 單位：江蘇省地震局地震應(yīng)急救援中心
