面向灾害应急的卫星通信技术研究

摘 要：本文基于笔者多年从事卫星通信的相关研究，以面向灾害应急的卫星通信为研究对象，论文首先分析了灾害应急救助通信需求以及保障手段，进而探讨了应急救助卫星通信保障空间布局，在此基础上，论文分析了卫星通信终端布局的指标体系，论文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：灾害 应急 卫星通信 指标

中图分类号：TN927 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0212-02

在地震等重大自然灾害发生后的72小时，是国际公认的“黄金救援”时间（梁凯利，2001）。统计资料显示，在日本阪神大地震中，地震发生第一天瓦砾下的幸存者生存率为74%，第二天为26%，第三天为20%，第四天仅为6%。因此，灾害发生后的最初时刻是抢救人民生命财产的关键时期，是外界最需要了解灾情，灾民发出求救信号和实施自救的关键时刻。然而在大规模自然灾害发生后，灾区公众通信网络往往遭到毁灭性破坏，根据国内外自然灾害发生案例以及我国2008年初的低温雨雪冰冻灾害和“5・12”汶川地震实际情况来看，各类自然灾害导致通信中断的原因主要有以下四点（祝龙双，2008）。

（1）灾害导致通信基础设施（如光缆，铜缆、无线基站、交换设备、机房）的损坏，使灾区内部以及与外界的主要通信联络被切断；（2）灾害导致供电中断，导致通信设施瘫痪；（3）灾害导致交通同时中断，使预先准备的应急通信设备和人员难以进入现场；（4）灾害造成受灾地区人们的恐慌，使得即使当地通信网络没有受到损坏，也会由于大量的、远超过当地接入网络设计负荷的呼叫和话务量而导致网络瘫痪。使得最紧急的信息难以送出。

在上述灾害造成通信中断情况下，而传统应急通信手段进入灾区又需要一天甚至几天时间，如何保证灾后通信畅通，提高救援行动效率，最大可能地降低伤亡和损失，是灾害应急救助信息保障需要解决的关键问题。卫星应急通信与导航的覆盖面广、抗毁性强、灵活性高、快速部署、不依赖于地面通信设施、受地面条件限制小、自成体系的特点，使之成为灾后公共通信网络修复之前抢险救灾关键期灾害应急指挥救援的必不可少的通信保障手段。从国际自然灾害应急处置上看，许多国家都充分利用了卫星通信不受地面设施影响的特点，在应急指挥和救援中发挥了不可或缺的作用。美国在民用应急通信建设的国家安全应急准备（NESP）计划中就包含了商用卫星通信互联（CSI）计划，2005年的卡特里娜飓风所造成路易斯安那州和密西西比州地面通信设施严重损毁的情况下，美国联邦应急管理总署（FEMA）派出了20多台卫星应急通信车赶赴现场，利用各种卫星通信手段，在救灾行动中发挥了重要作用。

在我国，同样借助卫星通信的优势开展防灾通信的各项工作，并取得了较好效果。例如：在汶川地震地面通信全部中断的情况下，中卫一号和鑫诺一号通信卫星启动应急通信服务，通过现场安装的卫星通信小站为受灾群众免费提供卫星电话服务。通过鑫诺三号和中星六号乙广播电视卫星，实现了灾后实时视频传送，保证了灾区信息的及时传送和指挥命令的畅通。北斗一号导航卫星系统由于兼备导航定位及通信功能，在第一时间发回了汶川等难以进入地区的灾情数据，为及时掌握灾情状况发挥了重要作用。

因此，保证灾后第一时间灾害信息以及救助信息的畅通，是实现高效应急救助的重要保障。在本文中将着重分析灾害应急救助对灾害以及救助信息的类型、信息量、时间要求，应急救助通信保障手段，以及应急救助应用支撑平台基本功能；并结合我国自然灾害分异特点，分析我国自然灾害应急救助通信保障需求的空间，并初步提出空间布局建议。

1 灾害应急救助通信需求以及保障手段分析

在灾害应急响应阶段，灾情和救援信息在国家灾害应急响应体系中的实时、动态交换是迅捷、高效的应急指挥和救助基本保障，灾害应急指挥和救助工作过程中的信息保障需求可以概括为以下几个方面：（1）第一时间灾害现场求救与灾情信息上报需求；（2）灾害救助、灾害预警信息以及灾情信息的；（3）救灾队伍、物资、救灾装备、以及物流的监控调度需求；（4）灾害现场、国家指挥中心以及跨区域应急指挥联动需求；（5）灾害现场的灾情信息采集、传递以及指挥调度需求。

通过分析以上灾害应急救助保障信息的需求可以发现，高效的灾害应急救助除了语音、视频通信，还需要快速采集灾区现场情况、灾害预警信息、应急指挥及物流定位信息等等，以便决策机构、抢险救援指挥机构及时准确对抢险进行科学调度和快速反应。总而言之，可以将灾害应急救助的归纳为以下几类通信需求：（1）语音通信的需求，包括灾情及时上报，救灾指挥调度，灾害现场人员的信息；（2）数据通信需求，灾情信息上报，灾害现场的信息，各种灾情监测数据传送，互联网接入；（3）视频通信需求，实时视频监测信息的上报，减灾救灾指挥调度，现场视频采访信息；（4）广播通信的需求，包括利用卫星广播手段向灾区有关灾害及救助信息，救灾避灾措施；及时灾害预警预报信息。（如图1）

2 卫星通信终端布局指标体系

开展卫星通信终端以及配套各级通信保障应用系统建设中，需要综合考虑自然灾害强度及灾害救助等级的时空分布特点、应急救援陆地综合通行能力，以及当地社会经济发展水平、地区管理政治性原则等多方面因素。因此，本文在综合分析了上述因素，提出了自然灾害风险、陆地通行能力、灾害救助等级等指标。

2.1 自然灾害风险指标

中国是世界上遭受自然灾害影响最为严重的国家之一。自然灾害种类多，除火山活动外，几乎所有的自然灾害都在我国出现； 影响范围广，如有2/3的国土面积受到洪水威胁；发生频率越来越高，全国性特大自然灾害在上个世纪90年代后期发展到3 ～5年一次，自2008年以来已经连续发生 2008年初低温雨雪冰冻灾害、“5・12”汶川地震、2010年“4・14”玉树地震和“8・8”舟曲特大山洪泥石流灾害等多次巨灾。重特大灾害不仅带来重大的人员伤亡，同时破坏通信、交通等基础设施，给救灾工作带来了难度。

据历史灾情分析，重大的地震、洪涝、台风、雪灾等灾害，常常破坏通信、交通等基础设施，因此在分析自然灾害风险指标时，应纳入地震、洪涝、台风、雪灾灾害发生频次高，致灾因子强度大，造成灾害损失大的区域。

地震灾害方面，全国大于等于9度的地区共有34个，其中24个分布于青藏高原及周边地区，6个位于新疆，华北和台湾地区各有2个；7度及7度以上的区域面积为397万平方公里，占国土面积的41%。从造成灾害损失情况来看，地震灾害在人口密度大、经济发达地区造成的损失更大。台风灾害方面，台风灾害频次高、危险性较大的地区主要集中在珠江三角洲和长江三角洲地区，我国东南沿海浙江、福建、广东、广西、海南、上海、湖南、江西、贵州等省是受台风灾害影响较大的省份。水灾方面，我国水灾主要分布在经济发达、人口密度高的地区，东北松嫩平原、长江中下游干流及洞庭湖平原、鄱阳湖平原、珠江流域为我国水灾风险等级最高的地区。雪灾方面，内蒙古大兴安岭以西、阴山以北的大部分地区和新疆天山以北地区、青藏高原地区为我国雪灾多发区。（王静爱，2006）以县级行政区域为基本单元，确定不同行政区上述四种灾害的风险等级，如出现多种以上的灾害，以灾害风险等级高的区域为该行政区域的灾害风险等级。

2.2 灾害救助能力指标

地处偏远或地形十分复杂，交通通行能力较弱的地区，其通信、交通、电力等公共基础设施更为脆弱，在遭受重特大自然灾害后，通信能力需要更长的时间才能得以恢复。因此，将地形复杂程度、陆地通行能力弱、部级物资储备库覆盖距离等纳入灾害救助能力指标。

不同地形地貌在遭受自然灾害及其次生灾害情况下，对基础设施造成的影响程度的不同，因此考虑到平原、山地地区的差异，在山地地区区分低山和高山地区等，分别赋以不同地貌环境不同地形复杂等级。交通通行能力的计算以县级行政单元为基本单元，计算其铁路、公路里程、通航里程，以及机场吞吐能力，计算其交通通行能力等级。同时，考虑到在通信保障体系构建中，在各级物资储备库建设中将增加机动通信保障能力，因此本文将距离部级物资储备库的抵达时间（含陆路、水路和航空）划分等级，作为一项灾害救助能力指标。

2.3 人口及社会经济指标

虽然在自然灾害风险指标的灾害造成损失程度中考虑到了受灾地区的社会经济发展程度，社会经济发展水平越高、人口密度越大的地区在受到同等灾害的情况下，灾害损失可能越大，灾害风险越高。但在灾害救助中，人口密度大的地区，需要投入救助的物资和人员，尤其是通信保障设施设备需要投入更多，因此，在人口和社会经济指标中，纳入人口密度指标，按照人口密度划分等级；同时，社会经济水平较低的地区，往往灾后自救能力较弱，需要外部救助投入较多，因此，将社会经济发展水平划分等级，作为一项人口及社会经济指标。

3 结语

公众通信网络在重大灾害发生后往往受各种条件的影响而遭到严重破坏甚至瘫痪，不能为灾害应急提供通信保障；重大灾害发生后完成基础通信网络的维修或新建临时的通信网络需要一定的时间并且受交通、电力等基础设施状况的影响，不能在第一时间恢复或布设；但是，通过在灾害高风险区预先建设和储备基于卫星通信的应急通信终端和设备，建立全国的灾害应急救助卫星通信保障体系，就可以在重大自然灾害发生后，第一时间将灾区信息以上报，为开展有针对性的抢险救灾行动创造条件，同时基于卫星通信网络可以实现应急指挥决策、应急联动、救灾物资调度等。

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