融合通信技術下的氣象應急系統(tǒng)設計

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摘要：“移動應急氣象服務系統(tǒng)”是氣象災害監(jiān)測預警和應急工程的有機組成部分，在出現(xiàn)重大災情和公共安全事件時，能作為固定系統(tǒng)的有效延伸，在時空尺度上進行加密精確監(jiān)測。濱海新區(qū)“移動應急氣象服務系統(tǒng)”利用融合通信技術，對現(xiàn)場的聲像實況以及各類氣象要素進行采集并快速傳輸，以保障固定服務中心對現(xiàn)場的監(jiān)控服務，實時掌握現(xiàn)場狀況，從而實現(xiàn)高效、快速的重大突發(fā)事故應急決策氣象服務支持。

關鍵詞：融合通信移動應急氣象保障

引言

濱海新區(qū)存在大量的石油化工產品及危險化學品物流倉儲庫房，發(fā)生重、特大安全事故的概率較高。當事故發(fā)生時，相關部門要在第一時間趕赴現(xiàn)場，氣象應急保障對突發(fā)時間的快速應急響應、氣象數(shù)據監(jiān)測和預報預警準確性和及時性提出了極高的要求[1-3]。“移動應急氣象服務系統(tǒng)”是氣象災害監(jiān)測預警和應急工程的有機組成部分，在出現(xiàn)重大災情和公共安全事件時，能作為固定系統(tǒng)的有效延伸，在時空尺度上能進行加密精確監(jiān)測，可對現(xiàn)場的聲像實況以及各類氣象要素進行采集并快速傳輸，以保障局內服務人員實時掌控現(xiàn)場狀況，直接獲取第一手資料，并能在重大災害情況下，成為現(xiàn)場應急服務中心，支持領導和業(yè)務專家實現(xiàn)高效、快速的現(xiàn)場服務決策。濱海新區(qū)移動應急氣象服務系統(tǒng)包含濱海新區(qū)氣象局指揮中心和應急機動現(xiàn)場服務與指揮。前者的主要任務是：針對新區(qū)范圍發(fā)生的災害進行分析和評估及制定災害的預防措施，通過這種預防措施來減少災害的發(fā)生，降低災害可能造成的損失等。后者則主要是氣象災害或突發(fā)事件的現(xiàn)場指揮。為了打通各種通信系統(tǒng)的接口，使系統(tǒng)間能跨網、跨設備聯(lián)合通信，實現(xiàn)多制式通信終端的快速接入和異構設備間的互聯(lián)互通，系統(tǒng)通過融合通信系統(tǒng)加以實現(xiàn)[4]。

1系統(tǒng)架構及主要功能

新區(qū)移動氣象應急保障系統(tǒng)定位是為發(fā)生重大氣象災害或區(qū)域級公共安全事件提供現(xiàn)場服務決策的場所，同時具有強大的指揮調度和與其他移動應急系統(tǒng)進行信息數(shù)據交互的能力，可實現(xiàn)與天津市氣象局、濱海新區(qū)氣象局之間的數(shù)據、視頻的無縫交互鏈接。其系統(tǒng)架構如圖1所示。移動氣象應急保障系統(tǒng)主要功能設計為：一是實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據、現(xiàn)場視頻的實時收集、處理和傳輸；二是實現(xiàn)氣象應急指揮車和遠程指揮中心的通信；三是實現(xiàn)不同通信網絡的互聯(lián)互通。為保證系統(tǒng)功能實施，移動氣象應急保障系統(tǒng)載系統(tǒng)由如下3部分組成。

1.1移動多功能通信系統(tǒng)

可與4G移動公網、地面IP專網等網絡互聯(lián)互通，提供數(shù)據、語音和視頻業(yè)務的指揮調度，可根據應用場景自適應地在空間、頻率、通道、傳輸?shù)榷鄠€維度上自由組網，可在短時間內通過自組織方式建立起一個可覆蓋較大范圍的本地無線寬帶通信專網。

1.2現(xiàn)場圖像采集系統(tǒng)

在應急氣象服務現(xiàn)場，由于道路等作業(yè)條件限制，應急車不能深入到第一現(xiàn)場時，車載全景攝像機能夠對現(xiàn)場附近360°范圍所發(fā)生的情況進行圖像采集。現(xiàn)場服務人員還可配備便攜式單兵無線圖像傳輸設備，用于事發(fā)現(xiàn)場的圖像采集與傳輸，指揮中心可以選擇呼叫某個單兵或者群組單兵，進行雙向的高清音視頻通信，進行現(xiàn)場情況了解、指令下達、行動指揮等。

1.3移動綜合探測系統(tǒng)

包括災害/重大活動區(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、單兵式氣象觀測設備可隨車固定存放，并能根據應急服務的任務性質需要隨時增減。

2融合通信技術

氣象應急服務系統(tǒng)應該是一個充分基于現(xiàn)代通訊網絡技術、計算機技術和流媒體技術，實現(xiàn)現(xiàn)場應急監(jiān)測、應急處置的輔助決策和對海量信息資源整合、協(xié)調的綜合管理系統(tǒng)。新區(qū)氣象應急服務所采用的融合通信系統(tǒng)是在移動自組網(MANET)基礎上進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、視頻會議技術、網絡視頻監(jiān)控技術，借助各種網關通信接口，實現(xiàn)各種制式通信網絡的互聯(lián)互通，將傳統(tǒng)電話、無線對講技術、視頻會議等多媒體通信手段等融為一體?；谝苿訑?shù)據網絡線路，完成前置設備采集的音視頻、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)據通信、視頻會議和高清晰視頻實時雙向傳輸?shù)确绞??？筛鶕脠鼍白赃m應地在空間、頻率、通道、傳輸?shù)榷鄠€維度自由組網，在短時間內通過自組織方式建立起一個可覆蓋一定范圍的應急無線通信線路。集圖像傳輸、調度指揮、位置呈現(xiàn)等功能于一體，目的是構建一個功能性、融合性、擴展性都極強的應用平臺。解決了多種通信體制互聯(lián)互通的問題，保障了指揮中心、移動應急車、災害現(xiàn)場之間的通信暢通。

2.1車載通信主機

所搭載的設備創(chuàng)新地將節(jié)點網絡化方案應用于無線自組織通信網絡中，在單一無線節(jié)點中聚合多種異構網絡資源，節(jié)點在二層實現(xiàn)網絡化，將頻點、通道、空間3個維度統(tǒng)一，大幅提升無線網絡的環(huán)境適應性和傳輸能力。能夠自動平衡路由負載，通過均衡節(jié)點負載，保證網絡帶寬，實現(xiàn)整個網絡正常通信，支持IP通信的網絡通信設備，提供標準的以太網接口，能夠兼容所有IP化的信息應用，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)實現(xiàn)互聯(lián)互通。節(jié)點主機可通過有線接入廣域網，實現(xiàn)遠程的監(jiān)管控制，傳輸所需的視頻、話音、文件數(shù)據。筆記本或者手機可通過節(jié)點擴展的WiFi接口接入網絡，實現(xiàn)本地局域網的管理控制。

2.2單兵寬帶通信主機

采用Rerouteflow技術，實現(xiàn)網絡的自我調節(jié)和修復。通信主機不依賴于某一個單一節(jié)點的性能，任何一處節(jié)點出現(xiàn)故障或者受到干擾，數(shù)據包將自動切換路由到備用路徑繼續(xù)進行傳輸，整個網絡的運行不會受到影響。通信主機的工作方式是根據當前不同波段信道的質量，自動選擇其中信號最佳波段進行通信，具備更好的抗干擾能力和快速適應復雜地形的能力?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場工作人員與應急服務車內人員之間的語音通話，現(xiàn)場工作人員與其他現(xiàn)場工作人員之間的語音通話。利用便攜式無線圖像傳輸設備將事發(fā)現(xiàn)場的圖像回傳至應急移動服務車，進而遠傳至固定服務中心。

2.3局端通信指揮系統(tǒng)硬件平臺

通過平臺接口接入有線/無線、不同制式的語音通信資源，實現(xiàn)多種通信制式和語音資源的匯聚，對平臺內各類匯聚的語音資源進行分類、匯接、轉換、統(tǒng)一管理，使各類語音資源呈“網格化”分布，不僅完成了異構語音設備的互聯(lián)互通，同時也拓展了系統(tǒng)內部的通信覆蓋范圍以及通信保障能力。依托現(xiàn)場應急服務車的車載綜合管理平臺，快速完成災害現(xiàn)場通信手段的匯聚與對接，實現(xiàn)后方指揮中心與應急機動現(xiàn)場、前方工作人員的直接實時通信聯(lián)絡，使后方能第一時間了解掌握現(xiàn)場具體情況并做出快速反應，為及時做出災情研判和決策應急服務提供有力通信保障。

3系統(tǒng)在應急服務中的作用

當發(fā)生重大氣象災害時，可迅速組織相關社會聯(lián)動力量實施救援，利用融合通信網絡，使現(xiàn)場與指揮中心緊密結合，實現(xiàn)政府領導下的統(tǒng)一資源調度、應急現(xiàn)場數(shù)據采集以及保障服務等多重功能。同時，后方指揮中心可直接利用平臺接入前方現(xiàn)場指揮網，實現(xiàn)“零距離”氣象保障服務，為現(xiàn)場指揮機構提供所需的圖文并茂、便于理解的氣象信息和預報決策服務產品。也可根據需要與天津市氣象局、武清氣象局所屬的應急車組成救援車隊，每輛車上放置1臺車載無線寬帶通信機，通過網絡接口把3個車的IP車內網絡動態(tài)連接在一起，每個車輛上的通信機支持中繼轉發(fā)功能，不受車輛相對前后順序的約束，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絡，現(xiàn)場各個通信機節(jié)點都可以訪問氣象專網，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、車和中繼臺之間任意拓撲的無線寬帶傳輸網絡，把應急現(xiàn)場基于IP的圖像、數(shù)據、語音統(tǒng)一指揮調度和傳輸分配，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、集群手臺等)實時和市局指揮中心視頻通話或召開會議，統(tǒng)一視頻和語音指揮調度，實時消息分發(fā)。4結語濱海新區(qū)移動氣象應急保障系統(tǒng)基于融合通信技術集合多種通信手段，針對不同情況的氣象現(xiàn)場應急服務提供高效便捷的通信互聯(lián)解決方案，保障了現(xiàn)場應急服務各個環(huán)節(jié)通信聯(lián)絡的“總體化”和不間斷，有利于氣象系統(tǒng)內部多種通信手段的綜合利用，實現(xiàn)應急現(xiàn)場數(shù)據采集、指揮調度以及保障服務等多重功能，能提高突發(fā)自然災害、公共事件的氣象應急服務能力和氣象災害監(jiān)測預警能力。

參考文獻

［1］方芳.氣象應急移動(車載)服務系統(tǒng)綜述[J].電子工程師，2007，33(6)：76-80.

［2］謝晨波，韓永.車載式激光雷達測量大氣水平能見度[J].強激光與粒子束，2005，17(7)：1-5.

［3］付哲，陳慧嫻.氣象應急車載服務系統(tǒng)的構建[J].廣東氣象，2008，30(5)：53-55.

［4］李偉，蔣乘伶，萇文涵，等.一種多業(yè)務融合的IP調度通信技術及應用[J].電力信息與通信技術，2017，15(5)：87-91.

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