王景麗 王謙 甘露
(中國信息通信研究院產業與規劃研究所,北京 100037)
0 引言
我國是世界上遭受自然災害較為嚴重的國家之一,災害種類多、分布地域廣、發生頻率高、造成損失重[1]。面對各類突發事件預防、應急準備和救援任務日益繁重的局面,通信系統作為防災救災的生命線和救援指揮的神經中樞,肩負著關鍵重任,承受著巨大壓力。
自“5·12”汶川地震以來,我國應急通信已取得長足發展,自主衛星移動通信、高通量寬帶衛星通信、移動通信超級基站等新系統/新裝備的引入建設,極大改善了我國面對地震、臺風等極端災害時應急通信的能力和水平。但在極端條件下,通信保障恢復的現場環境復雜且惡劣,同時被電力、油料等能源供應極度匱乏、道路阻斷等外部支持不足的情況制約,使得保障難度成倍增加。近年來,在應對2019 年涼山“3·30”森林火災、2021 年“7·20”鄭州暴雨等災害中,應急通信保障暴露出一些薄弱環節,我國面向極端條件的應急通信能力仍需要繼續提升。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035 年遠景目標綱要》也提出加強極端條件應急救援通信保障能力建設的要求。
本文總結了極端條件應急通信的需求,分析了當前存在的薄弱環節,并提出了提升極端條件通信能力的建議。
1 極端條件應急通信需求
應急通信的極端條件主要指地震、洪澇、泥石流、森林火災等大型災害造成的地面交通、通信網絡、電力線路等大面積損毀使得通信機動力量抵近保障位置困難;同時能源供應中斷、救援現場自然條件惡劣、多部門救援隊伍聚集、臨時安置點人員密集等因素造成了信息傳輸困難、指令快速傳達及跨部門溝通受阻滯、局部應急通信需求驟增和網絡擁塞等情況。
根據各類極端災害事故的通信保障情況,極端條件下的通信保障需求一般分為以下幾類。一是事件發生前的風險隱患監測和預警信息發布需求,需要物聯網、公眾移動通信網、衛星通信網等多種手段支持,依托應急平臺分析決策。二是在道路交通中斷情況下,事發后第一時間上報災情信息、群眾互報平安等需求,需要不依賴地面通路的緊急網絡(包括衛星通信、無人機載/船載移動通信、短波通信、散射通信等)覆蓋手段,提供短信、話音及移動互聯網應用等業務。三是應急處置通信保障需求,包括現場救援指揮機構的話音、數據和視頻通信需求;應急救援隊伍的調度話音、數據通信需求(依托公眾通信網和應急通信專網);維持經濟社會運行的重要部門的基本話音和專線通信需求;群眾轉移安置點較集中區域的話音通信、移動互聯網接入等需求(主要依托公眾通信網實現)。四是受損公網的搶通及救援中后期的通信恢復重建等需求。
2 極端條件應急通信的薄弱環節
在中華人民共和國工業和信息化部的組織領導下,我國建成國家通信網應急指揮調度系統,實現了“部—省—企業—現場”四級聯動,布局建設了1 500余個抗毀能力強的超級基站[3],以提升通信設施防護等級;建成覆蓋全國的寬帶甚小天線地球站(Very Small Aperture Terminal,VSAT)網絡、短波網絡,在災害易發地區預置“天通一號”衛星電話,“空天地海”一體化的應急通信網絡基本形成。一類應急通信保障隊伍達到32 支,配備各類應急車輛3 300 余輛,覆蓋全國災害多發頻發地區,在歷年重特大災害事故等突發事件的應對中,圓滿高效完成了通信保障任務[2]。
面對極端災害事故,當前應急通信在能力建設、科技支撐等方面仍然不盡完善,距離充分滿足有效處置特大災害事故、處理急難險重任務的要求還有一定差距。總結歷史上發生過的重特大災害通信保障的經驗教訓,分析特大地震、洪澇、森林火災等典型極端條件應急通信保障工作的共性和特性需求,梳理各保障能力的建設發展現狀,可以發現,極端條件應急通信能力存在的薄弱環節主要體現在以下幾方面。
2.1 應急通信裝備技術水平有待提升
目前,我國應急通信應用最廣的技術手段包括衛星通信、地面移動通信、無線自組網通信等,主要利用應急基站車、便攜站等移動通信設備,在災害現場臨時建立公眾移動通信,為應急指揮提供通信保障。
面對極端災害場景“網電路三斷”的突出問題[3],通信保障在技術裝備方面還存在手段不夠豐富、先進適用性和機動性不足等短板,一定程度上影響了保障的時效性。在多數情況下,通信保障依靠應急通信車、衛星通信車或衛星電話等裝備,而無人機通信[4]等較為缺乏且應用較少,物資調度和解決方案的數智化水平有限,5G 等新技術應急應用不足等。因此,需盡快提升應急通信裝備在小型便攜、功能融合、超長續航等方面的能力。
2.2 應急通信網絡支持能力仍需加強
公眾移動通信網是應急處置依托的基礎和重點。根據典型突發事件案例,通信網絡中斷的主要原因包括因災造成的機房進水倒塌、傳輸線路中斷、設施斷電、設備故障等,受損的設施絕大多數出現在接入層以下(即鄉鎮以下區域)網絡末梢部位。公眾通信網特別是移動通信網的抗毀、防護、韌性需進一步加強,災害易發、頻發區域的通信基礎設施仍需加固,網絡多物理路由保護能力、網絡末梢(如基站、桿路)容災抗毀能力應進一步提升,抗災等級的提升要遵循因地制宜策略。
公用應急通信專網是由第三方統一建設、為各個部門和機構應急處置提供服務的網絡,主要包括公用應急寬帶VSAT 網、短波通信網以及地方政府建設的集群通信網等。已建設的通信專網普遍存在擴容升級、更新換代等需求。其中,應急寬帶VSAT 網的網絡容量、管理能力已滯后于發展需要;公用寬帶無線地面專網由個別城市獨立建設,不同部門建設的系統因以自用為主而難以互聯互通;應急短波通信不能滿足應急對隨遇接入等的更新換代需求。
2.3 通信指揮調度智能水平亟需推進
應急通信指揮調度系統是實現接收應急指揮命令、上傳應急處置信息、處置應急事件、應急指揮調度等功能的重要手段,當前既有能力難以充分滿足智能時代應急需要,主要體現在三方面。一是數據采集信息共享有待加強。指揮平臺尚未完全覆蓋5G 等新業務系統的實時監測,影響了解5G 基站運行情況的及時性和準確性;部門間信息共享欠缺,難以及時準確地從相關部門獲取短臨氣象、交通道路、電力故障搶修進展等相關信息。二是信息化支撐科學決策需要強化。平臺尚未實現利用信息化手段預判災害對信息通信設施的影響,難以支持極端場景下根據全局因素通盤考慮從而進行指揮決策。三是預警信息傳播時效性尚需提升。當前依托移動通信網的預警信息發布主要采用點對點短信,用戶量大時發送時延難以滿足要求[5]。
2.4 應急通信隊伍建設仍需繼續完善
我國依托各基礎電信企業和中國衛通集團,建成多支一類應急通信保障隊伍,基礎電信企業根據突發事件特點及業務需要組建了二類應急通信保障隊伍。通信裝備配備能夠滿足常規應急通信保障需求,但是對于極端場景的通信保障尚有所欠缺。
隊伍建設方面,在應對極端災害事故通信保障中,應急人員數量尚不能完全滿足需要。以河南“7·20”特大暴雨應急救災通信保障為例,保障期間先后調動全國多個省份、河南省內其他地市應急力量進行全力支持援助,搶險隊員身兼數職(如司機、技術人員等)。裝備配備方面,專業隊伍應急通信保障設備更新較慢,鄉鎮基層缺乏應對通信“孤島”狀態的有效通信設備,應急通信設備配備需加強統一標準和指導。
3 提升極端條件應急通信保障能力的建議
通過對典型極端條件應急通信保障的案例進行總結分析,可將應急通信保障能力的關鍵要素歸結為4個,分別是先進適用的應急通信裝備、魯棒性和韌性較好的應急通信網絡、智能精準的指揮調度能力、完備專業的應急通信隊伍。針對這4 個要素提出以下建議。
3.1 提升應急通信技術裝備水平
一是推進關鍵通信技術攻關和應用。極端災害場景加大了應急通信保障的難度,需要結合多種通信技術手段構建空天地海一體化應急通信網絡,滿足指揮調度和現場通信保障的需求,特別是因通信網絡業務負荷驟增、實時態勢感知開展指揮調度等帶來的大帶寬通信需求。因此,需加緊推進自主衛星互聯網系統,聚焦極端條件通信保障實踐,繼續攻關空地一體化的應急通信浮空平臺、加緊突破新一代無人機多模基站、強化應急通信裝備惡劣環境適應性等[7];面向特別重大地震災害、特別重大洪澇災害、大面積森林火災、海上重大事故災難等極端場景,推出一批創新能力突出、應用效果優秀的應急通信解決方案。夯實空天地海四位一體應急通信體系,提高極端條件下的應急通信保障能力。
二是加強現代化應急通信裝備研制。應急通信裝備需要重點考慮穩定可靠、快速部署、小型化、寬帶化、智能化、支持移動性等要求。一方面,推動衛星通信終端向高集成、模塊化、小型化方向發展,研發公網專網結合、寬帶窄帶融合、智能應用整合的地面移動通信裝備,推動無線自組網裝備進一步向輕量化、便捷化、寬帶化方向發展[6],便于在斷電和斷路等極端情況下,通過機載或者背負等方式抵達現場,靈活快速地建立突發事件現場與后方的通信。另一方面,面向應急通信保障急需,研發先進適用的新型裝備平臺系統,開展全地形水陸兩棲車、無人機、無人船等裝備的定制設計、改裝配套等研發活動,通過技術研發、測試驗證和應用推廣,支撐應急通信保障能力的提升。
3.2 提升應急通信網絡支持能力
強化公網的災備抗毀和延伸覆蓋能力。特大地震、特大洪澇等自然災害可能會對通信基礎設施造成嚴重破壞,為通信保障和搶通恢復工作帶來巨大挑戰。通過多種手段提高基礎設施抗毀能力、增強新業務保障能力、提升地面公網韌性,是減小損失、快速恢復通信的基礎。一是排查風險隱患,注重機房選址和加固;優化干線光纜路徑路由,增強傳輸成環管理能力,提高通信網絡自愈水平;針對性地提高基站的通信設備、電源、傳輸、土建、安裝工藝等建設標準。二是加大桿路、管道、光纜、機房等通信基礎設施的共建共享建設力度,擴大共建共享范圍,緩解企業自建的資金壓力,同時根據安全需要適度提升設施防護等級,增強抗災能力。三是加強5G 等手段應急通信建設,利用5G 應急基站車、千兆寬帶Wi-Fi 接入作為補充接入手段,增強網絡緊急延伸覆蓋能力和業務服務能力。
推進公用應急通信專網建設完善。建設和完善由第三方機構和企業承擔的公用應急通信專網,面向應急相關政府部門、機構和企業,提供日常和緊急情況下的應急通信服務。一是加快推進衛星應急通信資源共享共用,利用、建設和完善公用寬帶衛星通信網絡和裝備,通過虛擬網絡、公共服務平臺等滿足不同部門對天通衛星通信系統、北斗短報文、VSAT 衛星通信系統的需要。二是開展公用應急地面寬帶無線通信專網研究,發揮并利用寬帶集群的高性能群組管理調度和5G 專網的多樣性及規模優勢,在統籌各部門應急需求基礎上,科學深入地論證專網建設方案、建設模式和運行模式,支撐滿足應急指揮救援用戶的差異化需求。
提升網絡保障恢復速度和能力。在極端災害造成公網大面積損毀的情況下,需要盡快搶通網絡、恢復業務,保障重要用戶及必要的公眾通信,同時為金融、電力、燃氣、供水、醫院等重點行業提供網絡通信服務,保障核心民生業務盡快恢復。一是建議電信企業在應急時實現一定程度的資源共享。通過共享基站、異網漫游實現災害條件下的用戶跨網緊急接入;建設應急車、無人機等共享基站裝備,快速恢復短期無法修復區域的網絡服務;建立完善常態化跨企業資源共享流程機制,開展應急保障演練,緊急情況下按需啟動資源共享,提高保障效率。二是研究形成空天地一體應急通信保障解決方案,將高空基站、大型高容量應急車、越野型衛星應急車、便攜式設備等相結合,打造空天地一體、多層次、立體式的機動應急通信保障網絡。
3.3 提升智能精準指揮調度能力
保障預警信息精準快速傳播。應急通信通過協助監測預警信息采集、拓展預警信息傳播渠道,實現及時、廣泛、科學地傳播預警信息,有助于保護人民生命財產安全。一是針對地震、洪澇、森林火災、海上事故等災害易發頻發地區,可部署相關的物聯網監測終端,通過北斗短報文通信、天通衛星移動數據通信以及天基物聯網通信等可用手段,實現環境數據采集,支撐后續預警工作。二是拓展移動通信快速精準預警傳播渠道,積極利用公眾移動通信網絡小區廣播、5G 消息等多種新型傳播渠道[5],面向公眾群體發布應急指導信息、險情控制資訊、當前救援進度等,引導災區群眾有序自救、有效應對,盡可能降低災害帶來的傷亡。
強化智能通信決策指揮調度。應急通信指揮調度是極端條件應急通信保障快速響應的基礎,建議進一步強化指揮系統建設,確保指揮通信暢通。一是從物理設施上確保安全,避免受到自然災害和人為事故的威脅,緊急情況下須保障電話等基本通信暢通。二是進一步提升智能化水平,實現網絡實時監測,動態掌握各企業網絡負荷、中斷情況,掌握應急裝備和人員的動態變化,提升指揮協同的科學性和精準性。三是加強通信網應急指揮平臺與各基礎電信企業以及應急相關部門之間的信息共享,提高應急搶修工作效率和應急保障服務效果。
3.4 提升應急通信隊伍能力水平
完善應急通信保障隊伍梯隊建設。在面對特大地震、特大洪澇等極端災害時,我國現有應急通信保障隊伍的人員能力和裝備水平均存在不足,建議進一步構建涵蓋國家力量、地方力量、社會力量等在內的層次化應急通信保障力量體系。一是打造裝備精良、業務能力卓越、機動部署靈活、可全國范圍內統籌調度的應急通信保障專業骨干力量。二是依托企業構建、完善各級各類地方性應急通信保障力量體系,采取多種形式調動保障力量積極性,打造可持續良性發展的氛圍環境。三是探索社會化力量參與應急通信保障的有效形式,平時做好社會化應急通信保障力量的摸底和聯系渠道建設工作,及時面向極端條件災害需求,快速動員有關社會力量,按照專業分工納入統一調度,對專業保障隊伍各項行動形成強有力的補充。
加強應急通信裝備儲備和前置部署。極端事件對應急通信構成更嚴峻的考驗,既需要使用非常規、價格高昂的大型裝備以應對典型極端條件環境,也需要大量常規裝備以應對網絡故障、需求激增等傳統問題。一是面向典型極端災害場景,綜合考慮災害地域分布特點、通信保障力量機動范圍、企業產能及分布、交通運輸及裝備調配約束等因素,統籌布局建設具備敏捷快速響應能力的國家級應急通信裝備儲備區域中心。二是針對極端災害特點,為應急通信保障隊伍有針對性地配備和儲備應急通信裝備;基層政府部門加大天通、北斗終端等“小、靈、輕、便”通信應急裝備的下沉配置,提高極端情況下災情信息上報和緊急求助能力。
4 結束語
本文對應急通信所面臨的極端條件進行了界定,并基于此分析了極端條件應急通信的需求,梳理了典型事件應對中應急通信方面暴露出的薄弱環節,針對應急通信裝備、應急通信網絡、通信指揮調度系統、應急通信隊伍的發展提出了方案建議,對于國家加強極端條件應急通信的發展具有一定參考價值,對基礎電信企業和地方提升應急通信保障能力具有借鑒意義。想要切實提升應急通信保障能力,尚需國家在政策和資金支持、法規制度建設、促進產業發展等方面推出更多有力的支持保障措施。
