衛(wèi)星通信在地震監(jiān)測與地震應(yīng)急中的應(yīng)用與發(fā)展

文 任鎮(zhèn) 李大輝

中國地震臺網(wǎng)中心

1 引言

20世紀(jì)60年代，衛(wèi)星通信漸漸發(fā)展起來。1965年4月第一顆商用通信衛(wèi)星“晨鳥”發(fā)射升空，標(biāo)志著衛(wèi)星通信事業(yè)進(jìn)入了實用化的新時代。此后，市場上先后涌現(xiàn)出一大批衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，他們紛紛建立自己的衛(wèi)星通信系統(tǒng)并投入商業(yè)運(yùn)營。到了20世紀(jì)90年代，衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)達(dá)到了鼎盛時期。我國的衛(wèi)星通信事業(yè)起步相對較晚，上世紀(jì)80年代國家才開始建設(shè)和發(fā)展衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過近30年的飛躍發(fā)展，衛(wèi)星通信已經(jīng)滲入到各行各業(yè)。我國地震相關(guān)行業(yè)是最早引入和應(yīng)用衛(wèi)星通信技術(shù)的行業(yè)之一。衛(wèi)星通信技術(shù)在地震監(jiān)測和地震應(yīng)急方面得到了比較廣泛的應(yīng)用。

2008年5月12日，在我國四川汶川地區(qū)發(fā)生8.0級特大地震，造成生命和財產(chǎn)的巨大損失。大震發(fā)生后，全國人民齊心協(xié)力，抗震救災(zāi)。據(jù)報道，在抗震救災(zāi)中，全國有上萬套衛(wèi)星設(shè)備參加了抗震救災(zāi)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)在抗震救災(zāi)中發(fā)揮了重要作用。

2 地震相關(guān)行業(yè)主要業(yè)務(wù)工作

我國地震相關(guān)行業(yè)的業(yè)務(wù)工作主要包括：地震監(jiān)測、地震應(yīng)急和震害防御三大任務(wù)。

地震監(jiān)測是指對地震活動以及各種地球物理和化學(xué)分項監(jiān)視與測量。通過地震監(jiān)測臺網(wǎng)，實時獲取各類地震傳感器的觀測數(shù)據(jù)，對地震活動和地震災(zāi)情進(jìn)行記錄、速報，通過對地震監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理，了解各種與地震有關(guān)的地震動、地球物理和化學(xué)變化與活動情況，開展有關(guān)地震趨勢判定和預(yù)測等工作。

地震應(yīng)急是指當(dāng)有破壞的地震發(fā)生后，地震部門要在第一時間派遣和組織地震現(xiàn)場應(yīng)急工作隊和地震災(zāi)害緊急救援隊，立即到達(dá)地震現(xiàn)場，組織開展地震現(xiàn)場應(yīng)急救援、救助和地震現(xiàn)場監(jiān)測以及地震災(zāi)害損失調(diào)查評估等工作。

地震防御是指在全國進(jìn)行地震基礎(chǔ)性任務(wù)探測和地震活斷層探測，擬訂全國地震烈度區(qū)劃圖和地震動區(qū)劃圖，確定地震重點監(jiān)視防御區(qū)；確定抗震設(shè)防要求，監(jiān)督檢查城鄉(xiāng)建設(shè)工程抗震設(shè)防要求執(zhí)行情況；負(fù)責(zé)地震安全性評價，負(fù)責(zé)地震安全性評價單位資質(zhì)管理和人員職業(yè)資格管理；協(xié)同指導(dǎo)地震災(zāi)區(qū)重建；組織指導(dǎo)防震減災(zāi)知識的社會宣傳教育等工作。

3 衛(wèi)星通信在地震相關(guān)行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展歷程

20世紀(jì)80年代，國家開始建立和發(fā)展衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)，并確定我國衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點是：研制各類實用型應(yīng)用衛(wèi)星，推廣、研究與發(fā)展衛(wèi)星在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的應(yīng)用。由于當(dāng)時我國許多地震臺站存在觀測數(shù)據(jù)外傳和通信聯(lián)絡(luò)困難，地震監(jiān)測臺站與地震數(shù)據(jù)分析中心之間數(shù)據(jù)信息交換不及時、不暢通等問題。1986年國家確定地震部門為衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信應(yīng)用的三個試點單位之一，以探索、開發(fā)在地面郵電線路無法覆蓋的地區(qū)，采用衛(wèi)星通信解決數(shù)據(jù)與信息通信的新途徑。

1988年至1997年，地震部門通過租用郵電部衛(wèi)星主站信道，建立了屬于自己的虛擬地震衛(wèi)星專網(wǎng)，首次實現(xiàn)了全國范圍內(nèi)10個地震臺站大震速報、地震觀測數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星信道向北京中心站的實時傳輸匯集和計算機(jī)自動大地震速報的業(yè)務(wù)需求。

1998年至2007年，在充分總結(jié)并汲取了前10年衛(wèi)星通信系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用的經(jīng)驗后，中國地震局建立全國地震數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信專網(wǎng)，實現(xiàn)了覆蓋全國范圍的地震臺站數(shù)據(jù)實時傳輸，衛(wèi)星遠(yuǎn)端站的數(shù)量在全國達(dá)到近200套。

2001年，中國地震局組織自行研發(fā)了一套小型的便攜式快速拼裝“地震現(xiàn)場應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)”。實現(xiàn)了當(dāng)破壞性地震發(fā)生后，快速、及時地將地震現(xiàn)場視頻圖像、語音、地震數(shù)據(jù)實時傳回到后方指揮部的功能。在2003年“4.17”青海德令哈地震和“10.25”甘肅民樂地震現(xiàn)場應(yīng)急救援工作中，該套系統(tǒng)發(fā)揮了重大作用，為國務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部及時提供了第一手地震現(xiàn)場音視頻資料。

圖2 2001年便攜式地震現(xiàn)場應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)備

后來，該套衛(wèi)星通信系統(tǒng)在云南省地震局和四川省地震局得到了推廣試用，并實現(xiàn)了北京、云南、四川三地間的衛(wèi)星信道互聯(lián)互通。在后來的多次大地震現(xiàn)場應(yīng)急救援工作中，這3套衛(wèi)星通信系統(tǒng)為地震應(yīng)急救援、現(xiàn)場指揮、地震監(jiān)測跟蹤、地震災(zāi)害評估等提供了強(qiáng)有力的通信保障。

2008年至2010年，中國地震局對原有衛(wèi)星通信專網(wǎng)進(jìn)行了升級改造、產(chǎn)品更新?lián)Q代及信道擴(kuò)容，實現(xiàn)了與地面網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。升級后的地震監(jiān)測衛(wèi)星通信網(wǎng)調(diào)整了衛(wèi)星遠(yuǎn)端站的覆蓋范圍和總體數(shù)量，實現(xiàn)了Ku波段和C波段全覆蓋，及雙網(wǎng)合一、統(tǒng)一管理，覆蓋范圍擴(kuò)展到中國境內(nèi)及老撾、緬甸等周邊地區(qū)。

此外，中國地震局還專門建立了“全國地震應(yīng)急寬帶衛(wèi)星通信專網(wǎng)”，專門用于地震應(yīng)急期間，提供地震現(xiàn)場與國家抗震救災(zāi)指揮部及省級地震救災(zāi)指揮中心之間的應(yīng)急通信保障。網(wǎng)絡(luò)覆蓋北京、上海、四川、云南、內(nèi)蒙、新疆、甘肅等19個重點地震監(jiān)測的省市地區(qū)。其中，北京、四川、云南、新疆、甘肅等5個省市專門裝備了地震應(yīng)急衛(wèi)星通信車。在2008年“5.12”汶川特大地震現(xiàn)場應(yīng)急救援工作中， “全國地震應(yīng)急寬帶衛(wèi)星通信專網(wǎng)”發(fā)揮了巨大作用，為國務(wù)院抗震救災(zāi)指揮和中國地震局地震現(xiàn)場應(yīng)急工作提供了及時穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)平臺。

圖1 2000-2007年地震監(jiān)測衛(wèi)星通信網(wǎng)遠(yuǎn)端站分布圖(全國)

圖4 2008年地震應(yīng)急衛(wèi)星通信車

4 地震相關(guān)行業(yè)的發(fā)展對衛(wèi)星通信的需求分析

自上世紀(jì)80年代至今，衛(wèi)星通信技術(shù)在地震相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)歷了起步、發(fā)展和調(diào)整三個階段。衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展?fàn)顩r如表1所示。從表1不難看出，在這三個階段中，衛(wèi)星中心站經(jīng)歷了從無到有，從少到多的變化；遠(yuǎn)端站數(shù)量經(jīng)歷了從少到多，再到少的變化；租用轉(zhuǎn)發(fā)器的頻段和帶寬明顯增加；通信速率實現(xiàn)了從窄帶通信到寬帶通信的提升；網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍顯著擴(kuò)大；海事衛(wèi)星端站部署數(shù)量顯著增加，尤其是2008年“5.12”汶川特大地震之后，海事衛(wèi)星端站數(shù)量大幅增加。

表1的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：地震相關(guān)行業(yè)的衛(wèi)星通信技術(shù)在不斷提升，通信業(yè)務(wù)在不斷擴(kuò)大；盡管衛(wèi)星遠(yuǎn)端站數(shù)量有所減少，但衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)需求仍在不斷擴(kuò)展。之所以出現(xiàn)遠(yuǎn)端站數(shù)量減少，主要是由于地面網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的結(jié)果。

在未來10年，地震相關(guān)行業(yè)將增加我國東部和西部一般地區(qū)地震監(jiān)測臺站密度，進(jìn)一步豐富地震監(jiān)測方法。同時提出向高原無人區(qū)、境外以及海洋和空間發(fā)展的需求。地震監(jiān)測臺網(wǎng)通信方式的選擇原則是“因地制宜，優(yōu)質(zhì)高效”。在公共通信條件滿足的地區(qū)，主要采用地面固定和移動通信服務(wù)；在公共通信條件不滿足的地區(qū)，考慮采用衛(wèi)星通信服務(wù)。

在經(jīng)歷了2008年“5.12”汶川特大地震之后，衛(wèi)星通信在地震災(zāi)害應(yīng)急以及社會突發(fā)事件中的應(yīng)用成為目前的一個熱點。近些年來，國家更加重視各類突發(fā)事件和自然災(zāi)害的應(yīng)急救援工作，并投入大量人力和財力用于公共事業(yè)應(yīng)急保障體系建設(shè)。在地震行業(yè)，車載衛(wèi)星通信車以及便攜式的海事衛(wèi)星裝備已經(jīng)列入地震應(yīng)急設(shè)備目錄。在未來10年內(nèi)，衛(wèi)星通信設(shè)備數(shù)量會有一定程度的增加，通信速率和帶寬需求會進(jìn)一步增加。

5 結(jié)束語

2008年“5.12”汶川特大地震給全國人民乃至世界人民敲了一個警鐘。當(dāng)時災(zāi)區(qū)的地面通信系統(tǒng)全部癱瘓，道路也被全部中斷，與外界徹底失去了聯(lián)系；通信系統(tǒng)顯得格外重要。假如當(dāng)時災(zāi)區(qū)的衛(wèi)星通信體系足夠發(fā)達(dá)，各區(qū)縣均配有衛(wèi)星通信設(shè)備，那么地震災(zāi)區(qū)的災(zāi)情信息將會被及時地傳送出來，那將會為地震應(yīng)急救援提供依據(jù)并贏得寶貴時間，人員傷亡和財產(chǎn)損失必將得到一定程度的降低。

地震相關(guān)行業(yè)應(yīng)用的特點，決定應(yīng)用的衛(wèi)星通信產(chǎn)品必須體積小、功耗低、操作簡單、維護(hù)方便，并能適應(yīng)野外惡劣環(huán)境條件。目前制約衛(wèi)星通信技術(shù)在地震相關(guān)行業(yè)發(fā)展的技術(shù)問題仍是設(shè)備體積大、功耗高、設(shè)備制式不兼容、操作和維護(hù)復(fù)雜、對工作環(huán)境要求較高等問題。

總之，衛(wèi)星通信技術(shù)現(xiàn)已成為地震相關(guān)行業(yè)不可或缺的通信手段之一。在未來發(fā)展規(guī)劃中，地震相關(guān)行業(yè)的衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)需求還將會繼續(xù)擴(kuò)大和擴(kuò)展，有理由相信衛(wèi)星通信的新技術(shù)必將在地震相關(guān)行業(yè)得到很好的應(yīng)用與發(fā)揮。

表1 地震相關(guān)行業(yè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展?fàn)顩r

圖3 2009年地震相關(guān)行業(yè)衛(wèi)星通信網(wǎng)遠(yuǎn)端站分布圖(全國與周邊地區(qū))