朱 識(shí)

（廣東省防汛搶險(xiǎn)技術(shù)保障中心，廣東 廣州 510635）

廣東省防汛衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱 識(shí)

（廣東省防汛搶險(xiǎn)技術(shù)保障中心，廣東 廣州 510635）

利用衛(wèi)星通信，結(jié)合 3G/4G 蜂窩移動(dòng)通信，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)廣東省防汛指揮應(yīng)急調(diào)度衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)視頻手機(jī)、蜂窩 3G/4G 移動(dòng)通信和衛(wèi)星 BGAN 網(wǎng)絡(luò)、指揮中心自動(dòng)視頻接收播放終端組成，已在廣東省防汛應(yīng)急指揮調(diào)度中應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)人員通過(guò)高速 3G/4G 移動(dòng)或衛(wèi)星通信安全接入廣東省水利信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以隨時(shí)隨地傳送現(xiàn)場(chǎng)視頻和進(jìn)行會(huì)商指揮調(diào)度，對(duì)提升全省三防應(yīng)急會(huì)商決策、指揮調(diào)度的效率有重要的推動(dòng)作用。

衛(wèi)星；移動(dòng)通信；防汛；應(yīng)急調(diào)度；指揮調(diào)度；應(yīng)急通信

0 引言

廣東省全省陸地面積 17.8 萬(wàn)km2，大陸海岸線長(zhǎng) 3 368.1 km，多年平均降雨量 1 700 多 mm，特定的地理環(huán)境條件造成了廣東省遭受臺(tái)風(fēng)及臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的暴雨洪水和風(fēng)暴潮災(zāi)害相當(dāng)嚴(yán)重，是我國(guó)遭受暴雨洪水最嚴(yán)重的地區(qū)之一。廣東省汛期長(zhǎng)達(dá)半年，從每年 4月 15日至 10月 15日。防汛指揮應(yīng)急調(diào)度是提高應(yīng)急信息接報(bào)、科學(xué)決策、快速響應(yīng)的重要技術(shù)支撐手段[1]。近年來(lái)，各地都建設(shè)了防汛指揮應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)，在防汛應(yīng)急中發(fā)揮了重要的作用。但在遭受較大的風(fēng)災(zāi)或洪水時(shí)，例如 2014年 17 級(jí)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”襲擊海南和湛江時(shí)，幾乎所有的地面公共移動(dòng)通信都中斷，對(duì)防汛指揮應(yīng)急調(diào)度造成極大影響，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的人員無(wú)法與廣東省防汛防旱防風(fēng)總指揮部辦公室（以下簡(jiǎn)稱廣東省防辦）取得聯(lián)系。

水利部和各地政府水利廳（局）對(duì)防汛應(yīng)急通信建設(shè)都十分重視，20 世紀(jì) 90年代，由水利部建成的防汛 VSAT 衛(wèi)星通信系統(tǒng)，在全國(guó)水利部門得到廣泛應(yīng)用，廣東省也建設(shè)了 5 個(gè) VSAT 通信衛(wèi)星系統(tǒng)地面站，用于話音和數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。近年來(lái)，在原水利衛(wèi)星通信網(wǎng)的基礎(chǔ)上，水利部建設(shè)了新一代水利衛(wèi)星通信平臺(tái)，Ku 波段采用亞洲 5 號(hào)衛(wèi)星，并增設(shè)了 C 波段衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，目前已經(jīng)投入運(yùn)行；廣東省也建設(shè)了飛來(lái)峽和樂(lè)昌峽 2 個(gè)衛(wèi)星地面站，廣東省國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程項(xiàng)目中也將建設(shè) 1 套小型應(yīng)急指揮移動(dòng)站。新一代水利衛(wèi)星通信系統(tǒng)擁有 27.2 MHz 衛(wèi)星資源，轉(zhuǎn)發(fā)器資源性能高，技術(shù)先進(jìn)，穩(wěn)定性和可靠性高，小站建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本低，特別是采用了 Ku ＋ C 的雙波段資源，改善了抗雨衰能力，提高了應(yīng)急保障能力，能適應(yīng)不同用戶的需要[2]。目前廣東省水利衛(wèi)星通信系統(tǒng)為防汛搶險(xiǎn)指揮調(diào)度提供了重要的通信保障，但仍然存在便攜性、機(jī)動(dòng)性不足，不能滿足單兵作戰(zhàn)要求的問(wèn)題。例如在 2010年 9月 21日廣東省茂名市和陽(yáng)江市遭受特大洪水襲擊時(shí)，重災(zāi)區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)大部分道路損毀，交通中斷，車載小型應(yīng)急指揮移動(dòng)站無(wú)法進(jìn)入重災(zāi)區(qū)。因此，建立防汛指揮應(yīng)急調(diào)度衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)）顯得尤為重要。

1 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)方案

利用地球同步或中、低軌道等衛(wèi)星作為中繼站，實(shí)現(xiàn)區(qū)域乃至全球范圍的移動(dòng)通信成為衛(wèi)星移動(dòng)通信。一般包括通信衛(wèi)星、地面站和移動(dòng)用戶終端 3 部分，其中，通信衛(wèi)星由 1 顆或多顆衛(wèi)星組成，地面站包括系統(tǒng)控制中心和若干個(gè)信關(guān)站，移動(dòng)用戶終端包括車載、船載、機(jī)載和便攜式手持機(jī)。衛(wèi)星通信一般可提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、短信、互聯(lián)網(wǎng)接入等通信服務(wù)[3]。目前，在廣東地區(qū)能提供衛(wèi)星通信服務(wù)的主要有海事、薩拉亞和銥星等衛(wèi)星系統(tǒng)。

目前廣東地區(qū) 3 大移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商都能提供 3G服務(wù)[4]，中國(guó)移動(dòng)的 4G 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋到了農(nóng)村，中國(guó)電信和聯(lián)通的 4G 網(wǎng)絡(luò)還僅限于部分大城市。

經(jīng)過(guò)對(duì)比篩選，選用海事、薩拉亞衛(wèi)星通信和中國(guó)移動(dòng) 3G/4G 移動(dòng)通信服務(wù)。日常使用 3G/4G移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)專線，衛(wèi)星通信在線備用。指揮中心和移動(dòng)衛(wèi)星 BGAN（Broadband Global Area Network）終端均使用固定公網(wǎng) IP 地址，通過(guò)租用中國(guó)電信互聯(lián)網(wǎng)專線接入廣東省三防會(huì)商室。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)視頻手機(jī)、蜂窩 3G/4G 和衛(wèi)星 BGAN 網(wǎng)絡(luò)、指揮中心自動(dòng)視頻接收播放終端組成，具有優(yōu)先帶寬鏈路診斷執(zhí)行功能，采用云計(jì)算技術(shù)，優(yōu)化有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，適應(yīng)便攜 BGAN 在低帶寬環(huán)境下實(shí)現(xiàn)移動(dòng)視頻通信的能力。由于分布架設(shè)了全球范圍的視頻服務(wù)器，視頻通信軟件會(huì)自動(dòng)識(shí)別“近地點(diǎn)”的服務(wù)器接入，從而進(jìn)入云端的穿透互聯(lián)網(wǎng)傳輸，大大降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，滿足便攜 BGAN高時(shí)延、低帶寬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的視頻通信要求。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖 1 所示。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1.1 指揮中心

在指揮中心建設(shè) 1 套固定衛(wèi)星終端，實(shí)現(xiàn)全天候無(wú)人值守的衛(wèi)星接入互聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)租用中國(guó)電信200 Mbit/s 互聯(lián)網(wǎng)專線，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入在線備份。固定衛(wèi)星終端由平板定向天線、安裝支架及天線電纜、衛(wèi)星終端組成。衛(wèi)星平板天線內(nèi)置整合了通信和 GPS 衛(wèi)星收發(fā)模塊，能全天候識(shí)別更新 GPS 位置，24 h 實(shí)時(shí)在線，實(shí)現(xiàn)全天候無(wú)縫衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)連接。為節(jié)約通信費(fèi)用，日常使用互聯(lián)網(wǎng)專線通信；在互聯(lián)網(wǎng)專線通信中斷時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到衛(wèi)星通信；當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)專線通信恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)切換回互聯(lián)網(wǎng)專線通信。

1.2 移動(dòng)終端

現(xiàn)場(chǎng)只需手機(jī)和 BGAN 終端各 1 臺(tái)，所有設(shè)備裝在應(yīng)急指揮通信裝備包內(nèi)，攜帶非常方便。便攜衛(wèi)星 BGAN 終端，具有輕便的優(yōu)點(diǎn)，能全天候快速建立衛(wèi)星寬帶連接，特別滿足防汛搶險(xiǎn)指揮通信的要求。BGAN 終端內(nèi)置 Wi-Fi 熱點(diǎn)，用于與視頻采集終端連網(wǎng)。

廣東省山地和丘陵約占全省總面積的 60%，為避免衛(wèi)星被山體遮擋而成為“盲點(diǎn)”，科學(xué)運(yùn)用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)確保全方位快速建立衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，需要同時(shí)配備海事和薩拉亞衛(wèi)星 BGAN 終端。廣東省山脈大多是南北走向，山脈以東使用便攜海事衛(wèi)星 BGAN終端（Explorer 700，HNS-9201），衛(wèi)星在太平洋東上空，終端指向東南方向；山脈以西使用便攜薩拉亞衛(wèi)星 BGAN 終端（HNS-9103），衛(wèi)星在印度洋上空，終端指向西南方向。雙衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的組合運(yùn)用，真正實(shí)現(xiàn)防汛指揮應(yīng)急調(diào)度的全天候、全方位通信保障。山脈、衛(wèi)星、終端的俯視圖如圖 2 所示。

圖2 衛(wèi)星方向圖

1.3 視頻采集終端

選擇 iPhone 或安卓手機(jī)作為現(xiàn)場(chǎng)視頻采集終端，手機(jī)通過(guò) Wi-Fi 與 BGAN 終端連接，通過(guò)BGAN 終端與衛(wèi)星連接或通過(guò) 3G/4G 連接互聯(lián)網(wǎng)。手機(jī)裝在手機(jī)防水保護(hù)套內(nèi)，具有防水、防壓、防塵功能，使用保護(hù)套不影響原使用功能，可以滿足防汛搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境要求。

現(xiàn)場(chǎng)端手機(jī)自帶攝像頭采集視頻、內(nèi)置處理器運(yùn)行視頻傳輸軟件，視頻軟件采用廣播級(jí)視頻處理技術(shù)，同時(shí)捆綁連接 2 個(gè)網(wǎng)絡(luò)（3G/4G ＋ Wi-Fi），對(duì)應(yīng)蜂窩 3G/4G 和衛(wèi)星 BGAN 網(wǎng)絡(luò)。軟件具有多網(wǎng)路低時(shí)延捆綁技術(shù)，能自動(dòng)識(shí)別選擇網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量較好的 1 個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。當(dāng)在用的 3G/4G 連接網(wǎng)絡(luò)信號(hào)衰減或跳變時(shí)，軟件會(huì)自動(dòng)無(wú)縫切換到另一個(gè)較為穩(wěn)定的衛(wèi)星 BGAN 網(wǎng)絡(luò)連接，而視頻傳輸不會(huì)中斷。

1.4 音視頻接收播放

指揮中心固定安裝 1 臺(tái) 1U 機(jī)柜式硬件視頻接收機(jī)，通過(guò)視頻接收機(jī)把 3G/4G 或衛(wèi)星視頻輸出到廣東省防總會(huì)商室視頻會(huì)議系統(tǒng)的大屏幕，實(shí)時(shí)播放現(xiàn)場(chǎng)視頻或進(jìn)行視頻會(huì)商調(diào)度。系統(tǒng)設(shè)置完成后，可以自動(dòng)切換，無(wú)需人工操作。

移動(dòng)指揮平臺(tái)（手機(jī)、指揮車、移動(dòng)辦公）等移動(dòng)終端可以多點(diǎn)同時(shí)接收，通過(guò)視頻播放軟件播放接收到的視頻，或輸出到移動(dòng)指揮車屏幕上[5]。

2 應(yīng)用效果

目前衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)已在廣東省防汛應(yīng)急指揮調(diào)度中應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)人員使用手機(jī)通過(guò)高速 3G/4G網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星通信接入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入廣東省水利信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以隨時(shí)隨地傳送現(xiàn)場(chǎng)視頻和進(jìn)行會(huì)商指揮調(diào)度，對(duì)惡劣條件下的防災(zāi)減災(zāi)，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失有著重要的意義，具體意義如下：

1）實(shí)現(xiàn)了受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)視頻傳送功能。災(zāi)區(qū)一線人員可以將現(xiàn)場(chǎng)受災(zāi)情況實(shí)時(shí)傳送回廣東省三防指揮中心，為坐鎮(zhèn)指揮中心的專家和領(lǐng)導(dǎo)做出決策提供依據(jù)。

2）實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)會(huì)商調(diào)度功能。通過(guò)接入廣東省三防指揮中心的視頻會(huì)商系統(tǒng)，可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的會(huì)商和調(diào)度，對(duì)緊急情況進(jìn)行及時(shí)處理，對(duì)于提高全省三防應(yīng)急會(huì)商決策、指揮調(diào)度的效率發(fā)揮了重要作用。

3）節(jié)約了通信費(fèi)用，提高了保障水平。在地面通信沒(méi)有中斷的情況下，充分利用通信運(yùn)營(yíng)商的3G/4G 網(wǎng)絡(luò)，對(duì)比衛(wèi)星通信可以節(jié)約通信費(fèi)用。在地面通信全面崩潰的情況下，利用衛(wèi)星通信可以提高應(yīng)急受災(zāi)條件下的保障水平。

2014年 7月 18日和 9月 16日，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”和臺(tái)風(fēng)“海鷗”相繼正面襲擊廣東省雷州半島，強(qiáng)風(fēng)、暴潮、強(qiáng)降雨給粵西地區(qū)造成嚴(yán)重?fù)p失，特別是超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”襲擊徐聞縣時(shí)全城停電，地面通信系統(tǒng)全面癱瘓，此時(shí)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)揮了極其重要的會(huì)商指揮調(diào)度作用，有效地減少了損失，無(wú)一人因?yàn)?zāi)死亡。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合廣東省防汛應(yīng)急搶險(xiǎn)指揮調(diào)度實(shí)際需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)利用衛(wèi)星通信結(jié)合移動(dòng)通信 3G/4G 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)視頻傳送和會(huì)商指揮調(diào)度功能。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)在 2014年防御超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”和臺(tái)風(fēng)“海鷗”實(shí)戰(zhàn)中得到成功檢驗(yàn)，為保障嚴(yán)重受災(zāi)條件下的視頻傳送和會(huì)商指揮調(diào)度提供了可靠的手段。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)終端攜帶方便、部署快、使用簡(jiǎn)便，具有在搶險(xiǎn)應(yīng)急管理部門推廣使用的價(jià)值，對(duì)提升應(yīng)急會(huì)商決策、指揮調(diào)度的效率有重要的推動(dòng)作用。

[1] 左仲元. 水利應(yīng)急管理系統(tǒng)的構(gòu)建技術(shù)[J]. 水利信息化，2011 (4): 32-37.

[2] 中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部. DL/T 5080—1997 水利水電工程通信設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，1998: 95-97.

[3] 王麗娜，王兵. 現(xiàn)代通信高技術(shù)叢書(shū)：衛(wèi)星通信系統(tǒng) [M]. 2 版. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2014: 2-8.

[4] 李永貴，祝明. 3G 無(wú)線視頻在防汛搶險(xiǎn)應(yīng)急通信中的應(yīng)用[J]. 數(shù)字通信世界，2011 (11): 72-73.

[5] 廣東省防汛防旱防風(fēng)總指揮部辦公室，水利部珠江水利委員會(huì)技術(shù)咨詢中心.廣東省國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R]. 廣州：廣東省防汛防旱防風(fēng)總指揮部辦公室，2013: 271-295.

Design and Implementation of Flood Control and Satellite Mobile Communication System in Guangdong Province

ZHU Shi
(Guangdong Technology Support Center of Flood Control, Guangzhou 510635, China)

This project is aimed to design and establish a mobile satellite communication system for flood control and emergency command of Guangdong Province through the combination of satellite communication and 3G/4G cellular mobile communication. This system consists of live video phone, 3G/4G cellular mobile communication, satellite BGAN network and a terminal in command center for automatically receiving and broadcasting video. With the system applied to the flood control and emergency command of Guangdong Province, field staff can get access to Water Resources Information Network System of Guangdong Province through high-speed 3G/4G mobile communication and satellite communication, and therefore consultation and command as well as transmission of live videos are made possible whenever and wherever needed, which promotes the efficiency of consultation on three anti-emergency, decision-making and scheduling of Guangdong Province.

satellite; mobile communications; flood prevention; emergency dispatch; command and dispatch; emergency communications

TN927+.23

A

1674-9405(2015)04-0025-04

2015-03-10

朱 識(shí)（1975－），男，廣東茂名人，高級(jí)工程師，從事水利信息化工作。