融合通信技術(shù)下的氣象應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：“移動(dòng)應(yīng)急氣象服務(wù)系統(tǒng)”是氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警和應(yīng)急工程的有機(jī)組成部分，在出現(xiàn)重大災(zāi)情和公共安全事件時(shí)，能作為固定系統(tǒng)的有效延伸，在時(shí)空尺度上進(jìn)行加密精確監(jiān)測(cè)。濱海新區(qū)“移動(dòng)應(yīng)急氣象服務(wù)系統(tǒng)”利用融合通信技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的聲像實(shí)況以及各類氣象要素進(jìn)行采集并快速傳輸，以保障固定服務(wù)中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控服務(wù)，實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)狀況，從而實(shí)現(xiàn)高效、快速的重大突發(fā)事故應(yīng)急決策氣象服務(wù)支持。

關(guān)鍵詞：融合通信移動(dòng)應(yīng)急氣象保障

引言

濱海新區(qū)存在大量的石油化工產(chǎn)品及危險(xiǎn)化學(xué)品物流倉儲(chǔ)庫房，發(fā)生重、特大安全事故的概率較高。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，相關(guān)部門要在第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場(chǎng)，氣象應(yīng)急保障對(duì)突發(fā)時(shí)間的快速應(yīng)急響應(yīng)、氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)預(yù)警準(zhǔn)確性和及時(shí)性提出了極高的要求[1-3]。“移動(dòng)應(yīng)急氣象服務(wù)系統(tǒng)”是氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警和應(yīng)急工程的有機(jī)組成部分，在出現(xiàn)重大災(zāi)情和公共安全事件時(shí)，能作為固定系統(tǒng)的有效延伸，在時(shí)空尺度上能進(jìn)行加密精確監(jiān)測(cè)，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的聲像實(shí)況以及各類氣象要素進(jìn)行采集并快速傳輸，以保障局內(nèi)服務(wù)人員實(shí)時(shí)掌控現(xiàn)場(chǎng)狀況，直接獲取第一手資料，并能在重大災(zāi)害情況下，成為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急服務(wù)中心，支持領(lǐng)導(dǎo)和業(yè)務(wù)專家實(shí)現(xiàn)高效、快速的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)決策。濱海新區(qū)移動(dòng)應(yīng)急氣象服務(wù)系統(tǒng)包含濱海新區(qū)氣象局指揮中心和應(yīng)急機(jī)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)與指揮。前者的主要任務(wù)是：針對(duì)新區(qū)范圍發(fā)生的災(zāi)害進(jìn)行分析和評(píng)估及制定災(zāi)害的預(yù)防措施，通過這種預(yù)防措施來減少災(zāi)害的發(fā)生，降低災(zāi)害可能造成的損失等。后者則主要是氣象災(zāi)害或突發(fā)事件的現(xiàn)場(chǎng)指揮。為了打通各種通信系統(tǒng)的接口，使系統(tǒng)間能跨網(wǎng)、跨設(shè)備聯(lián)合通信，實(shí)現(xiàn)多制式通信終端的快速接入和異構(gòu)設(shè)備間的互聯(lián)互通，系統(tǒng)通過融合通信系統(tǒng)加以實(shí)現(xiàn)[4]。

1系統(tǒng)架構(gòu)及主要功能

新區(qū)移動(dòng)氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)定位是為發(fā)生重大氣象災(zāi)害或區(qū)域級(jí)公共安全事件提供現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)決策的場(chǎng)所，同時(shí)具有強(qiáng)大的指揮調(diào)度和與其他移動(dòng)應(yīng)急系統(tǒng)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)交互的能力，可實(shí)現(xiàn)與天津市氣象局、濱海新區(qū)氣象局之間的數(shù)據(jù)、視頻的無縫交互鏈接。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。移動(dòng)氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)為：一是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)視頻的實(shí)時(shí)收集、處理和傳輸；二是實(shí)現(xiàn)氣象應(yīng)急指揮車和遠(yuǎn)程指揮中心的通信；三是實(shí)現(xiàn)不同通信網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。為保證系統(tǒng)功能實(shí)施，移動(dòng)氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)載系統(tǒng)由如下3部分組成。

1.1移動(dòng)多功能通信系統(tǒng)

可與4G移動(dòng)公網(wǎng)、地面IP專網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，提供數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務(wù)的指揮調(diào)度，可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景自適應(yīng)地在空間、頻率、通道、傳輸?shù)榷鄠€(gè)維度上自由組網(wǎng)，可在短時(shí)間內(nèi)通過自組織方式建立起一個(gè)可覆蓋較大范圍的本地?zé)o線寬帶通信專網(wǎng)。

1.2現(xiàn)場(chǎng)圖像采集系統(tǒng)

在應(yīng)急氣象服務(wù)現(xiàn)場(chǎng)，由于道路等作業(yè)條件限制，應(yīng)急車不能深入到第一現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，車載全景攝像機(jī)能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)附近360°范圍所發(fā)生的情況進(jìn)行圖像采集?，F(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員還可配備便攜式單兵無線圖像傳輸設(shè)備，用于事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的圖像采集與傳輸，指揮中心可以選擇呼叫某個(gè)單兵或者群組單兵，進(jìn)行雙向的高清音視頻通信，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)情況了解、指令下達(dá)、行動(dòng)指揮等。

1.3移動(dòng)綜合探測(cè)系統(tǒng)

包括災(zāi)害/重大活動(dòng)區(qū)域各類天氣要素的采集、處理、傳遞和顯示。作為基本配置的便攜式、單兵式氣象觀測(cè)設(shè)備可隨車固定存放，并能根據(jù)應(yīng)急服務(wù)的任務(wù)性質(zhì)需要隨時(shí)增減。

2融合通信技術(shù)

氣象應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)充分基于現(xiàn)代通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和流媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)、應(yīng)急處置的輔助決策和對(duì)海量信息資源整合、協(xié)調(diào)的綜合管理系統(tǒng)。新區(qū)氣象應(yīng)急服務(wù)所采用的融合通信系統(tǒng)是在移動(dòng)自組網(wǎng)(MANET)基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展的寬帶多維度無線通信指揮系統(tǒng)，采用國際通用的SIP協(xié)議，有效地將VOIP語音技術(shù)、視頻會(huì)議技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)，借助各種網(wǎng)關(guān)通信接口，實(shí)現(xiàn)各種制式通信網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，將傳統(tǒng)電話、無線對(duì)講技術(shù)、視頻會(huì)議等多媒體通信手段等融為一體?；谝苿?dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)線路，完成前置設(shè)備采集的音視頻、位置信息、文字圖片回傳到指揮中心的交互，支持包括語音通信、數(shù)據(jù)通信、視頻會(huì)議和高清晰視頻實(shí)時(shí)雙向傳輸?shù)确绞?。可根?jù)應(yīng)用場(chǎng)景自適應(yīng)地在空間、頻率、通道、傳輸?shù)榷鄠€(gè)維度自由組網(wǎng)，在短時(shí)間內(nèi)通過自組織方式建立起一個(gè)可覆蓋一定范圍的應(yīng)急無線通信線路。集圖像傳輸、調(diào)度指揮、位置呈現(xiàn)等功能于一體，目的是構(gòu)建一個(gè)功能性、融合性、擴(kuò)展性都極強(qiáng)的應(yīng)用平臺(tái)。解決了多種通信體制互聯(lián)互通的問題，保障了指揮中心、移動(dòng)應(yīng)急車、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)之間的通信暢通。

2.1車載通信主機(jī)

所搭載的設(shè)備創(chuàng)新地將節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)化方案應(yīng)用于無線自組織通信網(wǎng)絡(luò)中，在單一無線節(jié)點(diǎn)中聚合多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源，節(jié)點(diǎn)在二層實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，將頻點(diǎn)、通道、空間3個(gè)維度統(tǒng)一，大幅提升無線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境適應(yīng)性和傳輸能力。能夠自動(dòng)平衡路由負(fù)載，通過均衡節(jié)點(diǎn)負(fù)載，保證網(wǎng)絡(luò)帶寬，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)正常通信，支持IP通信的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，提供標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，能夠兼容所有IP化的信息應(yīng)用，能夠方便地與其他具備IP通信能力的系統(tǒng)(如衛(wèi)星、光纖、微波等)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。節(jié)點(diǎn)主機(jī)可通過有線接入廣域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)管控制，傳輸所需的視頻、話音、文件數(shù)據(jù)。筆記本或者手機(jī)可通過節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展的WiFi接口接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)本地局域網(wǎng)的管理控制。

2.2單兵寬帶通信主機(jī)

采用Rerouteflow技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自我調(diào)節(jié)和修復(fù)。通信主機(jī)不依賴于某一個(gè)單一節(jié)點(diǎn)的性能，任何一處節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或者受到干擾，數(shù)據(jù)包將自動(dòng)切換路由到備用路徑繼續(xù)進(jìn)行傳輸，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行不會(huì)受到影響。通信主機(jī)的工作方式是根據(jù)當(dāng)前不同波段信道的質(zhì)量，自動(dòng)選擇其中信號(hào)最佳波段進(jìn)行通信，具備更好的抗干擾能力和快速適應(yīng)復(fù)雜地形的能力?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工作人員與應(yīng)急服務(wù)車內(nèi)人員之間的語音通話，現(xiàn)場(chǎng)工作人員與其他現(xiàn)場(chǎng)工作人員之間的語音通話。利用便攜式無線圖像傳輸設(shè)備將事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的圖像回傳至應(yīng)急移動(dòng)服務(wù)車，進(jìn)而遠(yuǎn)傳至固定服務(wù)中心。

2.3局端通信指揮系統(tǒng)硬件平臺(tái)

通過平臺(tái)接口接入有線/無線、不同制式的語音通信資源，實(shí)現(xiàn)多種通信制式和語音資源的匯聚，對(duì)平臺(tái)內(nèi)各類匯聚的語音資源進(jìn)行分類、匯接、轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一管理，使各類語音資源呈“網(wǎng)格化”分布，不僅完成了異構(gòu)語音設(shè)備的互聯(lián)互通，同時(shí)也拓展了系統(tǒng)內(nèi)部的通信覆蓋范圍以及通信保障能力。依托現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急服務(wù)車的車載綜合管理平臺(tái)，快速完成災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)通信手段的匯聚與對(duì)接，實(shí)現(xiàn)后方指揮中心與應(yīng)急機(jī)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)、前方工作人員的直接實(shí)時(shí)通信聯(lián)絡(luò)，使后方能第一時(shí)間了解掌握現(xiàn)場(chǎng)具體情況并做出快速反應(yīng)，為及時(shí)做出災(zāi)情研判和決策應(yīng)急服務(wù)提供有力通信保障。

3系統(tǒng)在應(yīng)急服務(wù)中的作用

當(dāng)發(fā)生重大氣象災(zāi)害時(shí)，可迅速組織相關(guān)社會(huì)聯(lián)動(dòng)力量實(shí)施救援，利用融合通信網(wǎng)絡(luò)，使現(xiàn)場(chǎng)與指揮中心緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)政府領(lǐng)導(dǎo)下的統(tǒng)一資源調(diào)度、應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集以及保障服務(wù)等多重功能。同時(shí)，后方指揮中心可直接利用平臺(tái)接入前方現(xiàn)場(chǎng)指揮網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)“零距離”氣象保障服務(wù)，為現(xiàn)場(chǎng)指揮機(jī)構(gòu)提供所需的圖文并茂、便于理解的氣象信息和預(yù)報(bào)決策服務(wù)產(chǎn)品。也可根據(jù)需要與天津市氣象局、武清氣象局所屬的應(yīng)急車組成救援車隊(duì)，每輛車上放置1臺(tái)車載無線寬帶通信機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)接口把3個(gè)車的IP車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)連接在一起，每個(gè)車輛上的通信機(jī)支持中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能，不受車輛相對(duì)前后順序的約束，支持多跳傳輸。利用市局衛(wèi)星車的衛(wèi)星中繼鏈路聯(lián)通市局指揮中心的網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)通信機(jī)節(jié)點(diǎn)都可以訪問氣象專網(wǎng)，音視頻可以與市局指揮中心互聯(lián)互通。通過建立的車車之間、車和單兵之間、車和中繼臺(tái)之間任意拓?fù)涞臒o線寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)，把應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)基于IP的圖像、數(shù)據(jù)、語音統(tǒng)一指揮調(diào)度和傳輸分配，便于在不通位置的不同終端(手持智能終端、平板電腦、LTE終端、集群手臺(tái)等)實(shí)時(shí)和市局指揮中心視頻通話或召開會(huì)議，統(tǒng)一視頻和語音指揮調(diào)度，實(shí)時(shí)消息分發(fā)。4結(jié)語濱海新區(qū)移動(dòng)氣象應(yīng)急保障系統(tǒng)基于融合通信技術(shù)集合多種通信手段，針對(duì)不同情況的氣象現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急服務(wù)提供高效便捷的通信互聯(lián)解決方案，保障了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急服務(wù)各個(gè)環(huán)節(jié)通信聯(lián)絡(luò)的“總體化”和不間斷，有利于氣象系統(tǒng)內(nèi)部多種通信手段的綜合利用，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、指揮調(diào)度以及保障服務(wù)等多重功能，能提高突發(fā)自然災(zāi)害、公共事件的氣象應(yīng)急服務(wù)能力和氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警能力。

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作者：沈岳峰 陳濤 卜清軍 單位：天津市濱海新區(qū)氣象局探測(cè)與信息中心