面向大尺度区域极端灾害环境的灾害信息员应急指挥通信系统
摘 要：我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一，重大地震、洪涝、地质灾害等多种自然灾害呈现极端化趋势和出现叠加。卫星电话、无人机中转、浮空器基站等虽然有效，但易受地理环境、地形地貌、天候条件等影响制约。本文从第一时间发挥灾情信息员作用的角度出发，按照“专公互补、平战结合、常态运营”的思路，构建面向大尺度区域极端灾害环境的灾害信息员应急指挥通信系统，为解决“三断”极端灾害环境下灾情信息传递“最后一公里”“最早一小时”问题，提供及时、稳定、可靠的通信保障方案。
关键词：大尺度区域，极端环境，灾害信息员，应急通信系统，第一时间
01
引言
我国是世界上自然灾害最严重的国家之一，灾害种类多,发生频率高,分布地域广,造成损失重。据统计，我国平均每5年一次7.5级以上地震，平均每10年一次8.0级以上地震，超过7.5亿人遭受特大地震的威胁。特别是特大地震、特大洪水等巨灾破坏力强、毁伤范围广。8级地震将导致约10万平方公里范围的通信、电力、交通等基础设施大面积毁损，形成大尺度区域“断网、断路、断电”的信息孤岛，给人民群众生命财产安全造成严重威胁，给全面减灾救灾工作开展带来巨大挑战。
随着全球气候变化以及我国经济社会快速发展和城市化进程加快，我国的资源、环境和生态压力加剧，抗击自然灾害的任务非常繁重。习近平总书记深刻指出：“防灾减灾救灾事关人民生命财产安全，事关社会和谐稳定，是衡量执政党领导力、检验政府执行力、评判国家动员力、体现民族凝聚力的一个重要方面”，“我国是灾害多发频发的国家，必须把防范化解重特大安全风险，加强应急管理和能力建设，切实保障人民群众生命财产安全摆到重要位置”。
近年来，为解决灾情信息传递中通信瓶颈短板问题，一批减灾卫星、无人飞机、大数据和遥感技术等被广泛投入应用，构建了覆盖全国的应急指挥调度系统，基本形成“天、空、地”一体的防灾减灾救灾和应急通信保障系统，国家自然灾害防治体系和能力现代化有了长足的发展进步。然而，各级各地区在探索实践中，也暴露出一些不可忽视的问题。主要表现在以下几个方面：
1.1 对灾害“超预期”情况认识不够
没有真正立足于应对最复杂、最困难的极端情况去想问题做准备，做到宁可十防九空、不可失防万一，而是囿于过去的经验和认知，默认现有多种通信装备能够满足应急处置需求，一旦发生“超预期”突发事件，减灾救灾行动就会因为缺乏保底通信手段，而处于信息不灵、指挥乏力、秩序混乱等被动局面。郑州特大洪灾之所以造成了巨大损失，就有部分准备工作没有考虑到出现“超预期”情况的原因。
1.2 对地理环境复杂程度认识不够
我国幅员辽阔，崇山峻岭、沟壑纵横、丛林密布、河流交织，不同地域地形地貌的复杂程度千差万别。一旦出现大尺度区域的极端灾害环境，应急通信手段的建立往往容易受地形地貌环境的严重影响制约。汶川地震，空降兵15勇士临危受命，从海拔5000米的高空冒死盲跳，空降到震中地带，才打通重灾区茂县、汶川与外界的生命通道，可这时离地震发生的时间已过去了46小时。
1.3 对第一时间发挥灾情信息员的作用认识不够
极端灾害环境下，灾情信息员持有的应急通信手段受到影响，关键时刻通不了；受困民众手中的手机没有了公网，连给亲人报平安的简单事情都做不了。此时此刻，通信靠吼、传达靠走，灾情信息“传不出去”，自救互救开展不起来。在与时间赛跑、与生命竞速的紧急情况下，仅等待外部支援的前突挺进，会错失良机而加重灾害损失。“两江”堰塞湖灾害处置中，由于道路中断，消防救援队伍只能靠“肩挑手扛”，用了27小时才到达现场。汶川地震重灾区对外移动公网通信，是在地震发生147小时后才得以逐渐恢复的。
1.4 对调用大型升空平台等综合成本认识不够
一方面，大型升空中转平台，无论是哪一种类型，都极易受到山区地形、丛林地带或天气条件等影响，不能想让它啥时候上就能啥时候上，想让它出现在哪里就能及时出现在哪里。另一方面，调用大型升空中转平台，还得规划协调相应的行程路线，既有时间成本，还有不菲的经济成本。郑州特大洪灾，先后2次调用翼龙无人机搭载“空中基站”。该无人机造价1000万元左右，从贵州安顺机场起飞，飞行4个多小时抵达预定位置，滞空建立5小时左右的通信网络。
1.5 对救灾现场的复杂电磁环境认识不够
举行的各种演习演练活动，模拟常态环境的多、极端复杂环境的少，单业务单行动的多、多主体全要素的少，验证推演性的多、实战检验性的少。在大尺度区域极端灾害的救援中，大量官方和民间救援队伍急剧涌入，而且各自拥有相对独立的通信手段。这些通信手段相互影响，导致现场电磁环境变得异常复杂，一些常态管用的装备往往会因此而失效失能。
事实上，通过对特大地震、特大洪水等自然灾害救援情况研究分析，我们不难有这样的经验与启示：①我国重大地震、洪涝、地质灾害等多种自然灾害呈现极端化趋势和可能出现叠加，特大地震/流域性大洪水等重大灾害往往导致大范围通信、电力、交通等基础设施毁损，形成大尺度区域“断网、断路、断电”的信息孤岛。救灾应急通信应当立足于“全灾种、大应急”和最复杂、最困难的极端灾害环境，随时做好应对“超预期”突发事件的充分准备；②灾害应急救援行动是专业队伍、受困民众、指挥调度机构三者之间始终需要紧密互动的人民战争，综合运用多种手段确保相关信息“横向到边、纵向到底”实时高效流转，成为实现大尺度区域极端灾害环境救灾行动目标的首要条件；③大尺度区域极端灾害环境下应急救援通信必须紧紧依托公网通信达成各方信息共享与汇聚，打通专业队伍、受困民众、指挥机构之间及其各自之间，以及受困地域与安全地域民众之间的通话渠道，将点对点通信变为点对网通信，以保证信息流转的精准高效与稳定可靠；④越是基层一线，越是地处偏远的地方，就越是御灾能力最薄弱和应急通信手段最脆弱的地方，越应该成为救灾应急通信“最后一公里、最先一小时”高度关注的地方，越需要性能稳定、简便易用、保底可靠的应急通信手段；⑤灾害信息员始终是非常关键的角色，一头连着灾害现场及受困民众，一头连着后方指挥调度机构，成为灾情报告、指令传达、救援引导和组织自救互救等的要害枢纽。
因此，重视灾情信息员作为要害枢纽部位的特殊岗位，重视第一时间发挥灾害信息员关键角色的作用，重视最低限度保底通信手段建设，重视打通受灾区域与后方指挥机构及安全区域公网的信息链路，成为解决大尺度区域极端灾害环境下减灾救灾“最后一公里”“最早一小时”问题的治本之策。
02
灾害信息员应急指挥通信系统
针对大尺度区域“三断”复杂恶劣环境下应急信息传递需求，重庆邮电大学超视距可信信息传输研究所依托国家重点研发计划“重大自然灾害监测预警与防范”重点专项，综合利用短波通信、超短波通信、北斗卫星通信三类超视距传输手段WiFi、GSM 两种区域接入技术，主持建设覆盖全国、辐射“一带一路”的大尺度区域应急指挥网络。在此基础上，研制适用于基层部署、面向灾害信息员开通运营的公众应急信息服务亭，首次专门为灾害信息员构建应急指挥通信系统，首次让灾害信息员有了指挥控制的席位，让灾害信息员可以第一时间完成第一线的自救互救指挥管理，第一时间上报灾情，从而较好解决灾害区域基层应急指挥问题。
这一灾害信息员的应急指挥通信系统，既可以满足村镇灾害信息员在极端恶劣情况下实现应急信息实时上报，同时也为灾民提供统一的WiFi热点 /GSM 接入服务，通过超视距通信手段连接到后方安全区域的服务中心，从而快速构建大尺度区域信息孤岛与安全区域之间的信息传输通道，打通应急灾情信息上报、灾民自救互救、指挥调度机构精准施救的最低限度应急指挥信息通信链路，为最大限度发挥全民参与的体制优势、打赢重大灾害救援处置的人民战争提供高效可靠的通信手段。
2.1 功能概述
第一时间发挥灾害信息员作为要害枢纽部位的重要作用，快速建立及时、稳定、保底的信息传输链路，开通“黄金72小时”通信“生命线”，为灾情信息实时上报、应急力量指挥调度、现场救援协同会商等提供可靠的通信保障。
2.1.1 将点对点短波通信转变为网络化短波通信
利用短波通信、超短波通信、北斗卫星通信三类超视距传输手段，以及Wifi、GSM两种区域接入技术，通过有线、无线综合组网，以网络的复杂性换取用户接入的可靠性，达成短波通信网络常态化开通应用，有效解决短波通信的稳定性难题。
2.1.2 确保救援指挥通信“打通基层、直达单兵”
提前把“极端灾害环境公众应急信息服务亭”等布设到极端灾害可能发生的地域，为灾情信息员建立战斗席位。在断电、断网、断路等“三断”极端灾害环境下，保证第一时间能将灾损情况、救援需求、次生灾害等信息报送出去，第一时间能接收传达救援指挥机构的调度指令，第一时间能为受困民众通告情况、施行自救互救提供有力支撑。
2.1.3 支撑构建应急救援工作资源统筹管理平台
通过专网与公网互补，将短波网络与手机网络打通，恢复灾害现场手机文本短信与语音短信通信功能，将灾区公众与安全区域公众连通，实现灾害现场求援信息与安全区域公众支援信息快速流转，进而把社会各种应急资源和专业救援力量充分组织管理、指挥调度起来，有效解决科学施救、精准施救、高效施救难题。
2.2 网络架构
大体分为远程接入网和现场通信网两个部分。
图1 网络架构
2.2.1 远程接入网
综合利用短波通信与卫星通信两种超视距传输手段，形成高低搭配、宽窄融合、专公互补特性，实现短波通信的常态化应用，通过多域协同传输技术解决电离层传输稳定性问题。
目前，已建成国内首个民用领域天波超视距综合接入网，依托公众移动通信网，包含綦江、城口、酉阳、万州、荣昌、重邮6个超视距接入节点，形成“专公互补、平战结合、常态运营”网络架构，完整覆盖重庆市域8万平方公里、辐射西部地区，初步形成支撑龙门山地震带的实战能力。网络完全建成后，能够覆盖我国国土和领海全境，辐射“一带一路”沿线国家。
2.2.2 现场通信网
综合利用短波通信、北斗卫星通信，通过提前预先布设的“公众应急信息服务亭”，第一时间将灾情信息员与救灾指挥机构连通，将受灾民众与安全区域民众连通，将受灾民众之间及灾情信息员连通，从而把灾情信息传递“最后一公里”“最先一小时”的触角，紧紧嵌入在受灾地域的核心部位和关键地带。
2.3 后端应急信息服务中心
部署在后方指挥机构，由后方专职人员操作终端设备。主要功能：①通过云端监控急信亭及受困民众位置状态；②收集灾区各地上报的各种信息，并按照地域灾情、受困人员、物资需求、紧急程度等进行分类管理；③发布预防次生灾害、救援力量位置、物资调度等警报/公告信息；⑤根据需要配置急信亭参数，从而为统筹灾区内外的救援力量、物资交互、要素配合等提供应急信息服务，为科学施救、精准施救、紧急施救提供强有力的行动支撑。
图2 信息服务中心
2.4 主要装备
2.4.1 关键装备
极端灾害环境公众应急信息服务亭，简称“急信亭”。主要集成有短波电台、WIFI接入点、北斗终端、MF广播发射台，能够自动实现信号转换。布设时以方便使用为原则，一般可以布设在村镇、社区办公所在地，或者紧急疏散地域，既可以常态、固定布设，也可以临机、机动布设。
图3 急信亭
该装备具有以下显著特点：①灵活性好：机动性能强，受场地限制小，响应速度快；②实时性高：信息传输延时小，可实时提供即时通信服务；③稳定性强：基于中波/短波/超短波广播与北斗卫星融合，提供稳定的信息保障；④可靠性高：设备防护等级高，在恶劣环境下能昼夜稳定运行；⑤可操作性强：APP界面简洁直观、易于操作；⑥续航能力强：采用锂电池、交流电和太阳能，以保证“关键72小时”用电需求。
一旦有极端灾害突发事件发生，其它常用通信手段失效失能时，急信亭作为最低限度保底通信设备启用，由灾情信息员直接操作。应急功能主要有：①接收上级应急短波/超短波模拟广播；②向村民发送应急短波/超短波模拟广播；③向村民进行应急短波/超短波数字寻呼；④村镇之间超短波话音/文本短信息收发；⑤本地应急警示、应急照明、应急广播功能；⑥本地灾情短波/超短波上报、SOS上报功能；⑦天通卫星数据接入功能（镇级急信亭）；⑧一键警报功能；⑨应急信息及防灾救灾知识播放功能。
图4 急信亭首页界面
图5 急信亭指控模式
图6 急信亭业务模式
受困民众使用手机启用专用急信APP，通过Wifi/GSM适时接入。应急功能主要有：①与本地或区域外人员的应急文本短信收发；②接收救援指挥部门的应急短波/超短波数字语音广播；③接收本地灾害信息员短波/超短波数字寻呼（通过智能应急手表或家用应急通信终端）；④观看急信亭接收的公众应急文本信息或者救援指挥部门下达的防灾救灾信息。
图7 搜索急信亭位置
图8 急信亭聊天
图9 查看信息公告
图10 上报信息
2.4.2 扩充装备
主要包括背负式超短波电台、应急广播设备，应急广播设备又分为发射机、接收机。
图11 扩充装备
背负式电台，是基于软件无线电（SDR）架构的低功耗、小型化电台，具备自组网与Wifi功能，重量5KG，体积182.5mm*58mm*308mm（不含天线），波段380MHZ-410MHZ，功率在5-25W范围五级软件设置，在山地丛林环境下有效传输距离达到20公里。
应急广播发射机，集成在急信亭的机柜内，发送语音广播和文本短信息广播，调频频率87-108MHZ（避开现有民用广播信道干扰），有效覆盖半径为1KM。
应急广播接收机，工作电压12V，工作电流＜3A，工作频率87-108MHZ，工作温度-10℃-50℃，布设在民众家中或紧急疏散地，用于即时接收来自救援指挥中心的语音广播或数据信息。
图12 信息亭本地指挥界面
03
结束语
构建大尺度区域极端灾害环境应急指挥通信系统，在卫星通信等手段受到影响制约甚至出现卫星拒止的情况下，提供稳定可靠、便捷高效、使用成本低的信息传输链路，对于第一时间传递情报、抢抓时机、掌控局面、调度资源，其重要意义和战略价值不言而喻。人民至上，生命至上。面对可能出现的各种“超预期”突发事件，宁可备而不用，不可用时无备。本系统虽然通过持续研发与测试验证，也形成了一定规模，但要应用到减灾救灾一线及其它相关领域，还需要有关方面大力支持，协调推进，才能尽快形成战斗力。
参考文献
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[3]中共应急管理部委员会.党领导新中国防灾减灾救灾工作的历史经验与启示.“学习强国”学习平台，2021-11-09.
作者简介：李国军（1978-），男，重庆邮电大学超视距可信信息传输研究所所长、教授、博导，博士，主要从事超视距无线传输基础理论、核心技术、关键装备与工程应用等方面的研究，重庆市南岸区崇文路2号，400065，023-62462770。
图文来源：应急圈微信公众号
