無人機(jī)和5G技術(shù)在救災(zāi)和應(yīng)急通信里的應(yīng)用研究

當(dāng)?shù)卣?、洪水、泥石流、冰雪等自然?zāi)害發(fā)生時(shí)，短期內(nèi)會(huì)造成通信設(shè)備損毀，災(zāi)區(qū)往往面臨著大面積通訊中斷、電力中斷、道路中斷的情況，普通的應(yīng)急通信手段無法快速恢復(fù)通信。在災(zāi)害突發(fā)事件初期，會(huì)引起大范圍社會(huì)關(guān)注甚至恐慌心理，通信業(yè)務(wù)量一般會(huì)猛增，會(huì)造成不同程度的網(wǎng)絡(luò)擁塞，極端情況下可能造成大面積通信網(wǎng)絡(luò)中斷，同時(shí)應(yīng)急通信不易調(diào)度部署，快速恢復(fù)難度較大，會(huì)對(duì)救災(zāi)行動(dòng)帶來嚴(yán)重影響。

圖1我國歷年來洪澇及地震直接經(jīng)濟(jì)損失

1、海外及我國的應(yīng)急通信系統(tǒng)建設(shè)簡介

發(fā)達(dá)國家應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的通信保障體系建設(shè)的較早，經(jīng)過了多年的建設(shè)和實(shí)踐的不斷檢驗(yàn)，發(fā)展了很多先進(jìn)的技術(shù)、手段和措施。其中美國、日本、歐洲等國家及地區(qū)均建立了較為完善的應(yīng)急通信體系，在應(yīng)對(duì)2005年卡特里娜颶風(fēng)、2011年日本特大地震海嘯等災(zāi)害中發(fā)揮著顯著的作用，這些成熟的經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國應(yīng)急通信的發(fā)展具有很高的參考價(jià)值。

表1海外應(yīng)急通信系統(tǒng)及通信方式

2003年非典發(fā)生后，我國十分重視應(yīng)急管理工作，采納了車載衛(wèi)星通信、車載移動(dòng)通信、便攜衛(wèi)星移動(dòng)通信等較為豐富的應(yīng)急通信手段，并在近年來的歷次災(zāi)害中不斷發(fā)揮作用、得到有效檢驗(yàn)。2008汶川大地震中，當(dāng)?shù)毓猛ㄐ呕景c瘓，應(yīng)急通信發(fā)揮了非常突出的作用，為抗災(zāi)救援提供了有力的保障。

圖2我國應(yīng)急通信及指揮網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

由于光纜技術(shù)的快速發(fā)展及光纜成本的不斷降低，我國通信業(yè)大量使用光纜建設(shè)網(wǎng)絡(luò)。從目前常用的通信方式上看，固定電話、手機(jī)以及互聯(lián)網(wǎng)都對(duì)光纜等有線基礎(chǔ)設(shè)施有著極高程度的依賴。汶川大地震的教訓(xùn)告訴我們，有線傳輸在大災(zāi)面前極不可靠，修復(fù)難度大，也很容易被再次損壞。重點(diǎn)發(fā)展無線通信技術(shù)作為災(zāi)害發(fā)生時(shí)的應(yīng)急通信手段，建立衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、無線應(yīng)急通信網(wǎng)作為通信保障機(jī)制，是對(duì)通信過分依賴地面?zhèn)鬏數(shù)牟蛔阒庍M(jìn)行補(bǔ)充與完善。

衛(wèi)星通信：利用人造地球衛(wèi)星做中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)地球站之間的通信，具有覆蓋面大、頻帶寬、機(jī)動(dòng)靈活、不受地理?xiàng)l件限制等特點(diǎn)。衛(wèi)星電話是地面光纜斷裂、基站被毀時(shí)唯一可用的通信設(shè)備，是災(zāi)區(qū)最適用的應(yīng)急通信手段。2016年8月6日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功將天通一號(hào)發(fā)射升空，這是我國衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的首發(fā)星。

專網(wǎng)集群通信：集群通信系統(tǒng)是一種多用戶動(dòng)態(tài)使用無線電通道的專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，語音通信采用PTT（PushToTalk）方式，呼叫接續(xù)快，主叫方能夠?qū)崿F(xiàn)一呼百答。專網(wǎng)集群通信具有信號(hào)抗干擾能力、傳輸質(zhì)量和保密性較強(qiáng)的特點(diǎn)，可作為現(xiàn)場應(yīng)急指揮調(diào)度的專用網(wǎng)絡(luò)，能夠快速建立多種呼叫方式。常見的應(yīng)急指揮車輛上都配備了數(shù)字集群通信系統(tǒng)。目前全球應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的主流，仍是以語音集群通信為主的窄帶專網(wǎng)，傳輸數(shù)據(jù)能力有限。對(duì)于下一代寬帶專網(wǎng)，已有多個(gè)國家啟動(dòng)了國家應(yīng)急通信寬帶專網(wǎng)的建設(shè)，利用運(yùn)營商現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)及專用頻譜共建專網(wǎng)。LTE寬帶專網(wǎng)相比于窄帶專網(wǎng)最大的區(qū)別是從PTT演變成PTV（pushtovideo），顯著提升了數(shù)據(jù)傳輸能力。

無線自組網(wǎng)：無線自組網(wǎng)包括Adhoc、Mesh、傳感器網(wǎng)絡(luò)等，具有無中心、自配置和快速組網(wǎng)等顯著特點(diǎn)，可以在沒有固定通信基礎(chǔ)設(shè)施的條件下，獨(dú)立動(dòng)態(tài)性組網(wǎng)，通過多跳路由協(xié)同合作搭建無線通信網(wǎng)絡(luò)，適合區(qū)域應(yīng)急通信，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)類型、設(shè)備之間的聯(lián)通，有利于擴(kuò)展覆蓋范圍。

通過借鑒海外應(yīng)急通信模式，我國應(yīng)急通信的通信方式逐漸走向衛(wèi)星化、專網(wǎng)寬帶化。同時(shí)，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的成熟，應(yīng)用通信系統(tǒng)逐漸數(shù)字化及多媒體化、智能化。除此之外，在通信技術(shù)日新月異的今天，無人機(jī)、5G等“黑科技”在應(yīng)急通信保障中扮演著重要角色。

2、無人機(jī)在應(yīng)急通信里的應(yīng)用

2008年的汶川地震發(fā)生后，道路損毀嚴(yán)重導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)搶通困難，應(yīng)急通信車無法進(jìn)入，震中區(qū)域的對(duì)外通信全部中斷，直到147個(gè)小時(shí)后，7個(gè)重災(zāi)縣對(duì)外移動(dòng)通信才逐漸恢復(fù)。此后，高空基站被正式提上研發(fā)日程，其主要載體為熱氣球、氦氣艇、無人機(jī)等，可升至千米高空，承載大容量的基站。

2017年8月8日九寨溝地震中，一套由中國移動(dòng)研發(fā)的無人機(jī)高空基站在光纜震斷、飛石不斷的九寨溝景區(qū)荷葉寨緊急升空，迅速打通方圓30多平方公里的移動(dòng)通信信號(hào)。這是中國移動(dòng)首次在地震中嘗試用無人機(jī)搭載基站進(jìn)行通信搶險(xiǎn)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了在應(yīng)急通信車不能到達(dá)區(qū)域的情況下迅速搶通網(wǎng)絡(luò)。此后，在2018年廣東“山竹”臺(tái)風(fēng)、山東壽光抗洪，2019年木里森林火災(zāi)等救援中，不斷驗(yàn)證了無人機(jī)高空基站是地震、洪水、泥石流等受災(zāi)面積大、道路損毀嚴(yán)重的災(zāi)害場景下，是有力的通信保障利器之一。

無人機(jī)不僅僅可以用于搭載通信基站，提供強(qiáng)有力的應(yīng)急通信支撐，并且在今年的洪澇救災(zāi)過程中大放異彩，成為應(yīng)急通信保障的又一利器。

據(jù)人民郵電報(bào)報(bào)道，受持續(xù)性強(qiáng)降雨影響，湖北恩施鶴峰縣四個(gè)行政村19個(gè)基站退服。由于光纜恢復(fù)區(qū)域山勢險(xiǎn)峻，需要橫跨水面60多米的灣潭河，無法采用傳統(tǒng)人力布放光纜的方式恢復(fù)，中國移動(dòng)搶修人員結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況后決定采用無人機(jī)牽引技術(shù)布放光纜，于次日下午恢復(fù)全部通信業(yè)務(wù)。

無人機(jī)布放光纜能有效克服地貌及施工作業(yè)環(huán)境復(fù)雜等不利因素，特別適用于自然災(zāi)害頻發(fā)的山區(qū)和跨河等復(fù)雜區(qū)域，確保了施工的安全，為5G基站布放光纜工作增加了新思路。

除了無人機(jī)技術(shù)，5G技術(shù)也正從全方位地在應(yīng)急通信里發(fā)揮重要作用。

3、5G在應(yīng)急通信里的應(yīng)用

在年初這場新冠肺炎疫情“阻擊戰(zhàn)”中，中國移動(dòng)在3天內(nèi)完成了武漢“小湯山”醫(yī)院5G部署，實(shí)現(xiàn)2G、4G、5G全覆蓋，可滿足2萬人通話上網(wǎng)需求，有效支撐央視直播和北京301醫(yī)院遠(yuǎn)程會(huì)診。中國移動(dòng)還利用5G移動(dòng)醫(yī)療車+云視訊終端，構(gòu)成移動(dòng)化、小型化、一體化會(huì)診系統(tǒng)，讓優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源快速抵達(dá)“戰(zhàn)疫”一線，助力疫情期間的一線醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行5G床旁會(huì)診。在武漢，5G遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)讓北京的專家跨越1200公里，與武漢“戰(zhàn)疫”前線的臨床醫(yī)生實(shí)現(xiàn)“面對(duì)面”高清救治指導(dǎo)。

5G技術(shù)與無人機(jī)的組合也讓5G高空基站方案成為可能。據(jù)環(huán)球網(wǎng)報(bào)道，今年初，中國移動(dòng)聯(lián)合華為完成全球首個(gè)無人機(jī)5G高空基站應(yīng)急通信測試，高空無人機(jī)基站飛行200m高空時(shí)覆蓋能力超過6.5KM。此次測試進(jìn)一步驗(yàn)證了5G高空基站方案的落地可行性，為今后的應(yīng)急救援工作提供更加優(yōu)質(zhì)的通信保障方案。

4、5G消息在應(yīng)急通信里的應(yīng)用

隨著國內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)的成熟覆蓋，IMS的建設(shè)完成，使得RCS（RichCommunicaTIonSuite，富媒體通訊套件）的乘著5G通信建設(shè)的東風(fēng)煥發(fā)了新機(jī)。5G消息本質(zhì)上不是5G通信特有的功能，其源于2008年就已經(jīng)誕生的RCS業(yè)務(wù)，是一種富媒體消息業(yè)務(wù)。相比較傳統(tǒng)的短信服務(wù)，5G消息具備內(nèi)容豐富、全面可達(dá)的優(yōu)勢。在5G消息應(yīng)用之前，政府部門只能向公眾推送文本消息，進(jìn)行簡單的應(yīng)急預(yù)警通知與防災(zāi)科普宣傳。現(xiàn)在通過5G消息的應(yīng)急群發(fā)應(yīng)用，政府部門可以面向公眾推送包含圖文、視頻、鏈接等豐富的媒體消息，更具有交互性。

7月24日，中國移動(dòng)浙江公司基于全新5G消息平臺(tái)，上線了政府應(yīng)急業(yè)務(wù)，為公眾提供應(yīng)急預(yù)警體系和科普宣傳，其中的應(yīng)急群發(fā)功能可以提供臺(tái)風(fēng)、地震等災(zāi)害性預(yù)警和預(yù)測查詢。我國南方正遭遇洪澇災(zāi)害，5G消息的應(yīng)用將為人民群眾提供及時(shí)的應(yīng)急通訊，同時(shí)也顯現(xiàn)出5G消息在應(yīng)急通信保障和指揮調(diào)度體系方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

在中國應(yīng)急通信保障體系的發(fā)展中，我們能夠看到，以中國移動(dòng)為代表的運(yùn)營商始終沖鋒在第一線，這是中國移動(dòng)作為央企的使命擔(dān)當(dāng)。我們也要看到，中國移動(dòng)積極應(yīng)用無人機(jī)、5G通信等新技術(shù)，幫助救援隊(duì)伍搭建信息通道，有效保障現(xiàn)場救援指揮，為受災(zāi)民眾不僅僅是提供了及時(shí)的通信保障服務(wù)，更是快速架設(shè)了重要的信息生命橋梁。

隨著科技的進(jìn)步，在中國移動(dòng)這樣負(fù)責(zé)任的企業(yè)的努力下，暢通互通、安全可靠的中國應(yīng)急通信保障體系也越來越牢靠，極大地助力保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

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