區(qū)域空間電力應(yīng)急通信體系的探討

張海亮，路民輝

(1.中國(guó)電力科學(xué)研究院 北京100192；2.甘肅電力公司 蘭州730050）

1 引言

電力應(yīng)急通信是以國(guó)家電網(wǎng)公司電力通信網(wǎng)為基礎(chǔ)，以區(qū)域空間通信為應(yīng)急方式，在各種災(zāi)害情況下以保障電力通信安全暢通為主要目的的一種重要通信。其主要任務(wù)是為搶險(xiǎn)救災(zāi)、突發(fā)停電事件、重大活動(dòng)以及通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)提供特殊電力應(yīng)急通信保障。

目前，電力系統(tǒng)的電力應(yīng)急通信體系存在3方面的問題：應(yīng)急通信裝備比較落后、電力應(yīng)急通信體制落后于現(xiàn)行通信體制、應(yīng)急通信設(shè)備以及體系投資嚴(yán)重不足。經(jīng)過湖南冰災(zāi)、汶川地震，電力應(yīng)急通信保障體系建設(shè)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，但現(xiàn)有電力應(yīng)急通信預(yù)案、通信指揮手段、通信保障隊(duì)伍、通信技術(shù)裝備水平以及物資儲(chǔ)備等方面，與當(dāng)前的電力應(yīng)急通信要求相差很遠(yuǎn)。

第一，電力系統(tǒng)電力應(yīng)急通信專業(yè)人員嚴(yán)重缺乏，電力應(yīng)急通信隊(duì)伍初步建立，還難以適應(yīng)當(dāng)前特別是智能電網(wǎng)的要求。

第二，電力應(yīng)急通信資金投入不足，電力應(yīng)急通信技術(shù)裝備水平滯后于電力光纖通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的發(fā)展。

第三，電力應(yīng)急通信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不健全，建立了一些標(biāo)準(zhǔn)，但是還不夠，有緊急情況不能采取有效措施。

第四，國(guó)網(wǎng)公司通信系統(tǒng)缺乏獨(dú)立自主的衛(wèi)星電力應(yīng)急通信系統(tǒng)。

第五，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性無法保障，有時(shí)國(guó)網(wǎng)公司衛(wèi)星通信系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)短暫中斷。

在湖南冰災(zāi)、汶川地震中，地面的道路和桿塔以及通信設(shè)施遭到破壞，使得移動(dòng)通信系統(tǒng)的電力通信保障工作難以開展，衛(wèi)星通信又因受到衛(wèi)星資源和終端資源的限制，給電力應(yīng)急通信的指揮調(diào)度帶來了難題。

因此，區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)的建設(shè)成為構(gòu)建高效運(yùn)行的電力應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)的熱點(diǎn)。電力應(yīng)急通信網(wǎng)最重要的是要將電力用戶像普通手機(jī)用戶一樣與公眾移動(dòng)網(wǎng)連接起來，為救災(zāi)提供電力應(yīng)急通信。

區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)是以浮空平臺(tái)（高空基站）為載體，構(gòu)成一個(gè)區(qū)域空間通信網(wǎng)，恢復(fù)地面被破壞的電力通信網(wǎng)，并解決電力系統(tǒng)基于視頻、語音的電力指揮調(diào)度問題。該系統(tǒng)主要由浮空平臺(tái)、地面系統(tǒng)、用戶終端(手機(jī))3部分組成。與普通基站相比，高空基站可以利用氦氣艇等浮空器，在地面通信受到破壞時(shí)快速布放高空通信基站，并通過提升基站高度，實(shí)現(xiàn)平流層通信廣覆蓋。當(dāng)高空基站升到1 000 m時(shí)，實(shí)際覆蓋半徑可以達(dá)到58 km，能有效保證語音質(zhì)量，并且沒有時(shí)延。高空基站最高可以升到20 km。普通基站一般的覆蓋半徑只有3～5 km。區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)可以使用電力專用頻率或者與中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)合作，進(jìn)行頻率資源的規(guī)劃。建立一個(gè)“區(qū)域空間電力應(yīng)急通信網(wǎng)”是十分必要的，并且完全可以作為電力系統(tǒng)應(yīng)急通信的重要手段。

在湖南冰災(zāi)、汶川地震中，雖然經(jīng)過電力通信部門的極力搶修，由于自然條件惡劣，用了將近10個(gè)小時(shí)才讓完全中斷的通信重新連接。在災(zāi)害發(fā)生后地面通信中斷時(shí)，高空基站能快速抵達(dá)受災(zāi)區(qū)域上空，確保電力通信暢通。高空基站的建設(shè)意義非常重大，可以解決電力應(yīng)急通信設(shè)施的重大通信技術(shù)保障。

區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)主要有6個(gè)特點(diǎn)，分別是：提供高效、實(shí)時(shí)的大面積覆蓋；機(jī)動(dòng)靈活，可快速部署；適用于多種復(fù)雜環(huán)境及重大災(zāi)情；提供高帶寬，最低傳輸速率達(dá)到2 Mbit/s，滿足實(shí)時(shí)視頻的傳輸要求；兼容現(xiàn)有電力通信系統(tǒng)；提供可靠的電力應(yīng)急通信指揮調(diào)度。

區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)有很好的應(yīng)用前景，在電力通信系統(tǒng)受破壞比較嚴(yán)重的通信環(huán)境，往往能夠發(fā)揮意想不到的作用。另外，除了救災(zāi)之外，區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)在會(huì)議保障、電力巡檢等方面都將有重要的作用。

區(qū)域空間電力應(yīng)急通信主要適應(yīng)于各種重大災(zāi)情，具有快速、低成本部署的能力，能夠?qū)㈦娏νㄐ呕謴?fù)時(shí)間降低到8小時(shí)甚至4小時(shí)以內(nèi)。目前，國(guó)網(wǎng)公司已經(jīng)具備了開展區(qū)域空間電力應(yīng)急通信的研究條件，基于區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)能夠切實(shí)解決國(guó)網(wǎng)公司電力調(diào)度通信在頻發(fā)的自然災(zāi)害或者電網(wǎng)大面積停電時(shí)實(shí)施應(yīng)急救災(zāi)和保證通信信息暢通的問題，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

建設(shè)高空基站設(shè)想的目標(biāo)是：針對(duì)地面通信網(wǎng)絡(luò)無法快速搶通、設(shè)備無法抵達(dá)的城區(qū)或人煙稀少區(qū)域提供電力應(yīng)急通信覆蓋，采用系留艇和自由飛艇兩種浮空方式，在高空提供地面大范圍覆蓋。電力系統(tǒng)建設(shè)高空基站，形成電力應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)。平時(shí)可以進(jìn)行通信，災(zāi)害時(shí)作為電力應(yīng)急通信，平戰(zhàn)結(jié)合發(fā)揮區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)電力系統(tǒng)的地域情況，在全國(guó)劃分了幾個(gè)區(qū)域，分別是華北、華中、華東、西南、東北、西北和北京。每個(gè)區(qū)域升空一個(gè)平流層飛艇作為高空基站。以區(qū)域進(jìn)行區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)的建設(shè)。

2 國(guó)網(wǎng)公司電力應(yīng)急通信體系建設(shè)

區(qū)域空間電力應(yīng)急通信（平流層平臺(tái)通信）是介于地面通信和衛(wèi)星通信之間的空中通信平臺(tái)。平流層通信比地面無線電通信的通信方式覆蓋面積大，不會(huì)受地面建筑物對(duì)無線電波的干擾；與衛(wèi)星通信相比，飛艇距離地面近，無線電波的往返距離短，電波損失小，傳播時(shí)間大大縮短。而且平流層通信對(duì)地面終端所需功率的要求較小，有利于終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)便攜、手持和小型化。

國(guó)網(wǎng)公司電力應(yīng)急通信體系基本上是以恢復(fù)通信系統(tǒng)功能為主。應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，救災(zāi)、救援面臨著更嚴(yán)峻的考驗(yàn)，要在國(guó)網(wǎng)公司電力應(yīng)急通信機(jī)制的規(guī)范下發(fā)揮其特有的作用。

因此，必須擁有最先進(jìn)的通信技術(shù)和裝備，在第一時(shí)間內(nèi)對(duì)電力應(yīng)急事件做出反應(yīng)。在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，各種電力應(yīng)急通信設(shè)施迅速啟動(dòng)，以最快的速度掌控現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)布決策命令，調(diào)動(dòng)電力系統(tǒng)各級(jí)力量，通過先進(jìn)的區(qū)域空間電力應(yīng)急通信體系和高科技通信設(shè)施將電力通信網(wǎng)絡(luò)迅速恢復(fù)。保證救災(zāi)的需要，保障通信的暢通，把災(zāi)害損失降到最低。

國(guó)網(wǎng)公司電力應(yīng)急通信體系建設(shè)應(yīng)進(jìn)行以下幾方面研究。

（1）先進(jìn)性和可靠性

區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)采用當(dāng)前比較成熟的先進(jìn)的技術(shù)方案，采用高度可靠的通信設(shè)備、輔助保障設(shè)備以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成一個(gè)技術(shù)領(lǐng)先的、功能齊全的區(qū)域空間電力應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)。

（2）實(shí)時(shí)性和成熟性

區(qū)域空間電力應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)可以在任何條件下，任何地點(diǎn)、任何時(shí)間實(shí)現(xiàn)信息通信，并易于操作、易于掌握、實(shí)用可靠。

（3）兼容性和可擴(kuò)展性

區(qū)域空間電力應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)應(yīng)考慮現(xiàn)有通信系統(tǒng)的技術(shù)體制與設(shè)備性能，注重其適配性、兼容性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和系統(tǒng)的新要求，系統(tǒng)應(yīng)該具有可擴(kuò)展性，包括硬件的兼容和軟件的升級(jí)與擴(kuò)充。

（4）標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

通信設(shè)備、通信軟件以及通信協(xié)議必須符合國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

（5）專業(yè)化設(shè)計(jì)

區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)的各方面都要進(jìn)行專業(yè)化設(shè)計(jì)。認(rèn)真考慮電力系統(tǒng)大面積停電危害性的分析方法、電力系統(tǒng)大面積停電應(yīng)急救援技術(shù)、自然災(zāi)害引起電力系統(tǒng)大面積停電的預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)、海量信息融合技術(shù)及智能分析應(yīng)用技術(shù)和仿真技術(shù)。

編制《電力應(yīng)急通信保障“十二五”規(guī)劃》，積極推進(jìn)區(qū)域空間電力應(yīng)急通信技術(shù)。工欲善其事，必先利其器。良好的裝備可以提升電力應(yīng)急通信保障隊(duì)伍的整體戰(zhàn)斗能力。要不斷改善電力應(yīng)急通信技術(shù)裝備，提高電力應(yīng)急通信恢復(fù)能力及通信保障能力。

3 電力應(yīng)急通信系統(tǒng)基本要求

（1）小型化

這里的小型化并不是針對(duì)常規(guī)狀態(tài)下的應(yīng)急通信系統(tǒng)。常規(guī)情況下，系統(tǒng)是大區(qū)制的、廣泛覆蓋的，基站設(shè)備復(fù)雜，功能完善，可以滿足電力以及公司其他職能部門的工作要求。在特殊情況下，諸如地震、洪水、雪災(zāi)等破壞性的自然災(zāi)害面前，基礎(chǔ)設(shè)施部分或全部受損，這時(shí)的應(yīng)急通信設(shè)備需要具有小型化的特點(diǎn)，以便迅速運(yùn)輸、快速布設(shè)、節(jié)約能源，甚至對(duì)設(shè)備的移動(dòng)已能夠最大限度地支持。

（2）快速布設(shè)

不管是基于公網(wǎng)的應(yīng)急通信系統(tǒng)，還是專網(wǎng)的應(yīng)急通信系統(tǒng)，都應(yīng)該具有能夠快速布設(shè)的特點(diǎn)。在破壞性的自然災(zāi)害面前，留給國(guó)網(wǎng)公司的反應(yīng)時(shí)間會(huì)更短，這時(shí)應(yīng)急通信系統(tǒng)的布設(shè)周期會(huì)顯得更加關(guān)鍵。

（3）節(jié)能型

由于某些應(yīng)急場(chǎng)合電力供應(yīng)不健全，完全依靠電池供電會(huì)帶來諸多問題。因此，應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)該盡可能地節(jié)省電源，滿足系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定的工作。從基站設(shè)備到移動(dòng)終端均應(yīng)該嚴(yán)格滿足節(jié)能要求。鑒于通信對(duì)電力有很強(qiáng)的依賴性，在應(yīng)急指揮車上應(yīng)適當(dāng)增加小型的發(fā)電油機(jī)、太陽能蓄電設(shè)備及備用電池等設(shè)備，尤其是要加強(qiáng)小型衛(wèi)星電話的向下延伸力度。

（4）移動(dòng)性

要求可重新部署的或完全機(jī)動(dòng)的設(shè)施組成。覆蓋范圍以一個(gè)區(qū)域?yàn)榛靖采w范圍。承載設(shè)施包括車輛（陸地）、飛艇（平流層）、車載衛(wèi)星VSAT系統(tǒng)，可以根據(jù)覆蓋范圍選擇一種或幾種。指揮調(diào)度中心可以隨時(shí)接入到應(yīng)急系統(tǒng)中。指揮調(diào)度中心可以大到指揮調(diào)度車輛、飛艇，小到筆記本電腦、PDA等移動(dòng)設(shè)備，利用無線鏈路遠(yuǎn)程監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)。從而使指揮人員可以根據(jù)實(shí)際情況從容地應(yīng)對(duì)各種應(yīng)急場(chǎng)合。

（5）簡(jiǎn)單易操作

應(yīng)急通信系統(tǒng)要求設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作、易維護(hù)，能夠快速地建立、部署、組網(wǎng)。操作界面友好、直觀，硬件系統(tǒng)連接端口越少越好。所有接口標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，并能兼容現(xiàn)有的各種通信系統(tǒng)。