王景丽 王谦 甘露
(中国信息通信研究院产业与规划研究所,北京 100037)
0 引言
我国是世界上遭受自然灾害较为严重的国家之一,灾害种类多、分布地域广、发生频率高、造成损失重[1]。面对各类突发事件预防、应急准备和救援任务日益繁重的局面,通信系统作为防灾救灾的生命线和救援指挥的神经中枢,肩负着关键重任,承受着巨大压力。
自“5·12”汶川地震以来,我国应急通信已取得长足发展,自主卫星移动通信、高通量宽带卫星通信、移动通信超级基站等新系统/新装备的引入建设,极大改善了我国面对地震、台风等极端灾害时应急通信的能力和水平。但在极端条件下,通信保障恢复的现场环境复杂且恶劣,同时被电力、油料等能源供应极度匮乏、道路阻断等外部支持不足的情况制约,使得保障难度成倍增加。近年来,在应对2019 年凉山“3·30”森林火灾、2021 年“7·20”郑州暴雨等灾害中,应急通信保障暴露出一些薄弱环节,我国面向极端条件的应急通信能力仍需要继续提升。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》也提出加强极端条件应急救援通信保障能力建设的要求。
本文总结了极端条件应急通信的需求,分析了当前存在的薄弱环节,并提出了提升极端条件通信能力的建议。
1 极端条件应急通信需求
应急通信的极端条件主要指地震、洪涝、泥石流、森林火灾等大型灾害造成的地面交通、通信网络、电力线路等大面积损毁使得通信机动力量抵近保障位置困难;同时能源供应中断、救援现场自然条件恶劣、多部门救援队伍聚集、临时安置点人员密集等因素造成了信息传输困难、指令快速传达及跨部门沟通受阻滞、局部应急通信需求骤增和网络拥塞等情况。
根据各类极端灾害事故的通信保障情况,极端条件下的通信保障需求一般分为以下几类。一是事件发生前的风险隐患监测和预警信息发布需求,需要物联网、公众移动通信网、卫星通信网等多种手段支持,依托应急平台分析决策。二是在道路交通中断情况下,事发后第一时间上报灾情信息、群众互报平安等需求,需要不依赖地面通路的紧急网络(包括卫星通信、无人机载/船载移动通信、短波通信、散射通信等)覆盖手段,提供短信、话音及移动互联网应用等业务。三是应急处置通信保障需求,包括现场救援指挥机构的话音、数据和视频通信需求;应急救援队伍的调度话音、数据通信需求(依托公众通信网和应急通信专网);维持经济社会运行的重要部门的基本话音和专线通信需求;群众转移安置点较集中区域的话音通信、移动互联网接入等需求(主要依托公众通信网实现)。四是受损公网的抢通及救援中后期的通信恢复重建等需求。
2 极端条件应急通信的薄弱环节
在中华人民共和国工业和信息化部的组织领导下,我国建成国家通信网应急指挥调度系统,实现了“部—省—企业—现场”四级联动,布局建设了1 500余个抗毁能力强的超级基站[3],以提升通信设施防护等级;建成覆盖全国的宽带甚小天线地球站(Very Small Aperture Terminal,VSAT)网络、短波网络,在灾害易发地区预置“天通一号”卫星电话,“空天地海”一体化的应急通信网络基本形成。一类应急通信保障队伍达到32 支,配备各类应急车辆3 300 余辆,覆盖全国灾害多发频发地区,在历年重特大灾害事故等突发事件的应对中,圆满高效完成了通信保障任务[2]。
面对极端灾害事故,当前应急通信在能力建设、科技支撑等方面仍然不尽完善,距离充分满足有效处置特大灾害事故、处理急难险重任务的要求还有一定差距。总结历史上发生过的重特大灾害通信保障的经验教训,分析特大地震、洪涝、森林火灾等典型极端条件应急通信保障工作的共性和特性需求,梳理各保障能力的建设发展现状,可以发现,极端条件应急通信能力存在的薄弱环节主要体现在以下几方面。
2.1 应急通信装备技术水平有待提升
目前,我国应急通信应用最广的技术手段包括卫星通信、地面移动通信、无线自组网通信等,主要利用应急基站车、便携站等移动通信设备,在灾害现场临时建立公众移动通信,为应急指挥提供通信保障。
面对极端灾害场景“网电路三断”的突出问题[3],通信保障在技术装备方面还存在手段不够丰富、先进适用性和机动性不足等短板,一定程度上影响了保障的时效性。在多数情况下,通信保障依靠应急通信车、卫星通信车或卫星电话等装备,而无人机通信[4]等较为缺乏且应用较少,物资调度和解决方案的数智化水平有限,5G 等新技术应急应用不足等。因此,需尽快提升应急通信装备在小型便携、功能融合、超长续航等方面的能力。
2.2 应急通信网络支持能力仍需加强
公众移动通信网是应急处置依托的基础和重点。根据典型突发事件案例,通信网络中断的主要原因包括因灾造成的机房进水倒塌、传输线路中断、设施断电、设备故障等,受损的设施绝大多数出现在接入层以下(即乡镇以下区域)网络末梢部位。公众通信网特别是移动通信网的抗毁、防护、韧性需进一步加强,灾害易发、频发区域的通信基础设施仍需加固,网络多物理路由保护能力、网络末梢(如基站、杆路)容灾抗毁能力应进一步提升,抗灾等级的提升要遵循因地制宜策略。
公用应急通信专网是由第三方统一建设、为各个部门和机构应急处置提供服务的网络,主要包括公用应急宽带VSAT 网、短波通信网以及地方政府建设的集群通信网等。已建设的通信专网普遍存在扩容升级、更新换代等需求。其中,应急宽带VSAT 网的网络容量、管理能力已滞后于发展需要;公用宽带无线地面专网由个别城市独立建设,不同部门建设的系统因以自用为主而难以互联互通;应急短波通信不能满足应急对随遇接入等的更新换代需求。
2.3 通信指挥调度智能水平亟需推进
应急通信指挥调度系统是实现接收应急指挥命令、上传应急处置信息、处置应急事件、应急指挥调度等功能的重要手段,当前既有能力难以充分满足智能时代应急需要,主要体现在三方面。一是数据采集信息共享有待加强。指挥平台尚未完全覆盖5G 等新业务系统的实时监测,影响了解5G 基站运行情况的及时性和准确性;部门间信息共享欠缺,难以及时准确地从相关部门获取短临气象、交通道路、电力故障抢修进展等相关信息。二是信息化支撑科学决策需要强化。平台尚未实现利用信息化手段预判灾害对信息通信设施的影响,难以支持极端场景下根据全局因素通盘考虑从而进行指挥决策。三是预警信息传播时效性尚需提升。当前依托移动通信网的预警信息发布主要采用点对点短信,用户量大时发送时延难以满足要求[5]。
2.4 应急通信队伍建设仍需继续完善
我国依托各基础电信企业和中国卫通集团,建成多支一类应急通信保障队伍,基础电信企业根据突发事件特点及业务需要组建了二类应急通信保障队伍。通信装备配备能够满足常规应急通信保障需求,但是对于极端场景的通信保障尚有所欠缺。
队伍建设方面,在应对极端灾害事故通信保障中,应急人员数量尚不能完全满足需要。以河南“7·20”特大暴雨应急救灾通信保障为例,保障期间先后调动全国多个省份、河南省内其他地市应急力量进行全力支持援助,抢险队员身兼数职(如司机、技术人员等)。装备配备方面,专业队伍应急通信保障设备更新较慢,乡镇基层缺乏应对通信“孤岛”状态的有效通信设备,应急通信设备配备需加强统一标准和指导。
3 提升极端条件应急通信保障能力的建议
通过对典型极端条件应急通信保障的案例进行总结分析,可将应急通信保障能力的关键要素归结为4个,分别是先进适用的应急通信装备、鲁棒性和韧性较好的应急通信网络、智能精准的指挥调度能力、完备专业的应急通信队伍。针对这4 个要素提出以下建议。
3.1 提升应急通信技术装备水平
一是推进关键通信技术攻关和应用。极端灾害场景加大了应急通信保障的难度,需要结合多种通信技术手段构建空天地海一体化应急通信网络,满足指挥调度和现场通信保障的需求,特别是因通信网络业务负荷骤增、实时态势感知开展指挥调度等带来的大带宽通信需求。因此,需加紧推进自主卫星互联网系统,聚焦极端条件通信保障实践,继续攻关空地一体化的应急通信浮空平台、加紧突破新一代无人机多模基站、强化应急通信装备恶劣环境适应性等[7];面向特别重大地震灾害、特别重大洪涝灾害、大面积森林火灾、海上重大事故灾难等极端场景,推出一批创新能力突出、应用效果优秀的应急通信解决方案。夯实空天地海四位一体应急通信体系,提高极端条件下的应急通信保障能力。
二是加强现代化应急通信装备研制。应急通信装备需要重点考虑稳定可靠、快速部署、小型化、宽带化、智能化、支持移动性等要求。一方面,推动卫星通信终端向高集成、模块化、小型化方向发展,研发公网专网结合、宽带窄带融合、智能应用整合的地面移动通信装备,推动无线自组网装备进一步向轻量化、便捷化、宽带化方向发展[6],便于在断电和断路等极端情况下,通过机载或者背负等方式抵达现场,灵活快速地建立突发事件现场与后方的通信。另一方面,面向应急通信保障急需,研发先进适用的新型装备平台系统,开展全地形水陆两栖车、无人机、无人船等装备的定制设计、改装配套等研发活动,通过技术研发、测试验证和应用推广,支撑应急通信保障能力的提升。
3.2 提升应急通信网络支持能力
强化公网的灾备抗毁和延伸覆盖能力。特大地震、特大洪涝等自然灾害可能会对通信基础设施造成严重破坏,为通信保障和抢通恢复工作带来巨大挑战。通过多种手段提高基础设施抗毁能力、增强新业务保障能力、提升地面公网韧性,是减小损失、快速恢复通信的基础。一是排查风险隐患,注重机房选址和加固;优化干线光缆路径路由,增强传输成环管理能力,提高通信网络自愈水平;针对性地提高基站的通信设备、电源、传输、土建、安装工艺等建设标准。二是加大杆路、管道、光缆、机房等通信基础设施的共建共享建设力度,扩大共建共享范围,缓解企业自建的资金压力,同时根据安全需要适度提升设施防护等级,增强抗灾能力。三是加强5G 等手段应急通信建设,利用5G 应急基站车、千兆宽带Wi-Fi 接入作为补充接入手段,增强网络紧急延伸覆盖能力和业务服务能力。
推进公用应急通信专网建设完善。建设和完善由第三方机构和企业承担的公用应急通信专网,面向应急相关政府部门、机构和企业,提供日常和紧急情况下的应急通信服务。一是加快推进卫星应急通信资源共享共用,利用、建设和完善公用宽带卫星通信网络和装备,通过虚拟网络、公共服务平台等满足不同部门对天通卫星通信系统、北斗短报文、VSAT 卫星通信系统的需要。二是开展公用应急地面宽带无线通信专网研究,发挥并利用宽带集群的高性能群组管理调度和5G 专网的多样性及规模优势,在统筹各部门应急需求基础上,科学深入地论证专网建设方案、建设模式和运行模式,支撑满足应急指挥救援用户的差异化需求。
提升网络保障恢复速度和能力。在极端灾害造成公网大面积损毁的情况下,需要尽快抢通网络、恢复业务,保障重要用户及必要的公众通信,同时为金融、电力、燃气、供水、医院等重点行业提供网络通信服务,保障核心民生业务尽快恢复。一是建议电信企业在应急时实现一定程度的资源共享。通过共享基站、异网漫游实现灾害条件下的用户跨网紧急接入;建设应急车、无人机等共享基站装备,快速恢复短期无法修复区域的网络服务;建立完善常态化跨企业资源共享流程机制,开展应急保障演练,紧急情况下按需启动资源共享,提高保障效率。二是研究形成空天地一体应急通信保障解决方案,将高空基站、大型高容量应急车、越野型卫星应急车、便携式设备等相结合,打造空天地一体、多层次、立体式的机动应急通信保障网络。
3.3 提升智能精准指挥调度能力
保障预警信息精准快速传播。应急通信通过协助监测预警信息采集、拓展预警信息传播渠道,实现及时、广泛、科学地传播预警信息,有助于保护人民生命财产安全。一是针对地震、洪涝、森林火灾、海上事故等灾害易发频发地区,可部署相关的物联网监测终端,通过北斗短报文通信、天通卫星移动数据通信以及天基物联网通信等可用手段,实现环境数据采集,支撑后续预警工作。二是拓展移动通信快速精准预警传播渠道,积极利用公众移动通信网络小区广播、5G 消息等多种新型传播渠道[5],面向公众群体发布应急指导信息、险情控制资讯、当前救援进度等,引导灾区群众有序自救、有效应对,尽可能降低灾害带来的伤亡。
强化智能通信决策指挥调度。应急通信指挥调度是极端条件应急通信保障快速响应的基础,建议进一步强化指挥系统建设,确保指挥通信畅通。一是从物理设施上确保安全,避免受到自然灾害和人为事故的威胁,紧急情况下须保障电话等基本通信畅通。二是进一步提升智能化水平,实现网络实时监测,动态掌握各企业网络负荷、中断情况,掌握应急装备和人员的动态变化,提升指挥协同的科学性和精准性。三是加强通信网应急指挥平台与各基础电信企业以及应急相关部门之间的信息共享,提高应急抢修工作效率和应急保障服务效果。
3.4 提升应急通信队伍能力水平
完善应急通信保障队伍梯队建设。在面对特大地震、特大洪涝等极端灾害时,我国现有应急通信保障队伍的人员能力和装备水平均存在不足,建议进一步构建涵盖国家力量、地方力量、社会力量等在内的层次化应急通信保障力量体系。一是打造装备精良、业务能力卓越、机动部署灵活、可全国范围内统筹调度的应急通信保障专业骨干力量。二是依托企业构建、完善各级各类地方性应急通信保障力量体系,采取多种形式调动保障力量积极性,打造可持续良性发展的氛围环境。三是探索社会化力量参与应急通信保障的有效形式,平时做好社会化应急通信保障力量的摸底和联系渠道建设工作,及时面向极端条件灾害需求,快速动员有关社会力量,按照专业分工纳入统一调度,对专业保障队伍各项行动形成强有力的补充。
加强应急通信装备储备和前置部署。极端事件对应急通信构成更严峻的考验,既需要使用非常规、价格高昂的大型装备以应对典型极端条件环境,也需要大量常规装备以应对网络故障、需求激增等传统问题。一是面向典型极端灾害场景,综合考虑灾害地域分布特点、通信保障力量机动范围、企业产能及分布、交通运输及装备调配约束等因素,统筹布局建设具备敏捷快速响应能力的国家级应急通信装备储备区域中心。二是针对极端灾害特点,为应急通信保障队伍有针对性地配备和储备应急通信装备;基层政府部门加大天通、北斗终端等“小、灵、轻、便”通信应急装备的下沉配置,提高极端情况下灾情信息上报和紧急求助能力。
4 结束语
本文对应急通信所面临的极端条件进行了界定,并基于此分析了极端条件应急通信的需求,梳理了典型事件应对中应急通信方面暴露出的薄弱环节,针对应急通信装备、应急通信网络、通信指挥调度系统、应急通信队伍的发展提出了方案建议,对于国家加强极端条件应急通信的发展具有一定参考价值,对基础电信企业和地方提升应急通信保障能力具有借鉴意义。想要切实提升应急通信保障能力,尚需国家在政策和资金支持、法规制度建设、促进产业发展等方面推出更多有力的支持保障措施。
