基于融合通信技術(shù)的核生化爆應(yīng)急指揮系統(tǒng)的開發(fā)研究

劉宇翔　李皓瑜　任興平　楊紅飛　張建紅 馬佐雄

摘要：核生化爆突發(fā)事件是指由放射危險物、化學(xué)毒劑毒物、致病微生物、可爆燃物等的泄漏、爆炸從而導(dǎo)致的人員傷害的恐怖事件或突發(fā)事故。核生化爆突發(fā)事件具有較強破壞性，可能造成人員巨大傷亡，對國家安全、社會穩(wěn)定和經(jīng)濟發(fā)展造成不利影響，開展相應(yīng)的有毒有害物質(zhì)檢測、現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸以及應(yīng)急處置策略研究，是綜合性前沿技術(shù)應(yīng)用的難題，具有重要的戰(zhàn)略意義。

關(guān)鍵詞：核生化爆;應(yīng)急指揮系統(tǒng);救援通信;可視化指揮;信息處理

1.系統(tǒng)開發(fā)背景

我國現(xiàn)役的核生化爆應(yīng)急指揮與防范系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用一直以來是公安、部隊等部門裝備建設(shè)的重要部分，事故現(xiàn)場的數(shù)據(jù)、語音、視頻高效傳輸以及地理位置信息、氣象信息等綜合信息的采集應(yīng)用能力是應(yīng)急指揮系統(tǒng)作戰(zhàn)效率的重要支撐要素，現(xiàn)役系統(tǒng)的解決方案是將數(shù)據(jù)、語音、視頻獨立進行傳輸并進行后臺處理應(yīng)用，系統(tǒng)雖然能夠保證所需信息的獲取但是數(shù)據(jù)本身是分割的，難以提升綜合應(yīng)用指揮效率。本課題在充分研究現(xiàn)役系統(tǒng)技術(shù)瓶頸的基礎(chǔ)上與多個應(yīng)用部門進行了充分的技術(shù)交流，提出采用寬帶融合通信技術(shù)集中傳輸數(shù)據(jù)、視頻及語音，采用MESH自組網(wǎng)技術(shù)提供寬帶通信主干，解決現(xiàn)役系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)孤島”問題。指揮系統(tǒng)建設(shè)包含GIS地理位置信息、北斗定位信息、實時數(shù)據(jù)采集信息、氣象信息以及音視頻信息的數(shù)據(jù)采集和存儲，從而實現(xiàn)多類信息的集中處理，提升突發(fā)事件應(yīng)急指揮系統(tǒng)的高效性、準(zhǔn)確性、科學(xué)性。課題研發(fā)采用成熟的前沿應(yīng)用技術(shù)，集中了行業(yè)應(yīng)用所需解決的關(guān)鍵技術(shù)，技術(shù)風(fēng)險小、創(chuàng)新程度高。

本課題集成MESH自組網(wǎng)通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、應(yīng)用軟件技術(shù)以及GIS空間信息與北斗定位技術(shù)等前沿技術(shù)開發(fā)滿足公安、武警、部隊等不同用戶要求的專業(yè)化應(yīng)急指揮平臺，促進新興技術(shù)和資源在軍民兩個領(lǐng)域的應(yīng)用，符合“軍民融合”國家戰(zhàn)略，研究成果能夠快速得到應(yīng)用示范及產(chǎn)業(yè)化推進具有良好應(yīng)用前景。

2.主要研究開發(fā)內(nèi)容、實施方案及技術(shù)創(chuàng)新點

課題研究開發(fā)的主要內(nèi)容包括：單兵用多種現(xiàn)場檢測儀器的數(shù)據(jù)集中采集功能開發(fā);單兵用數(shù)據(jù)采集多模終端開發(fā);單兵或小規(guī)模集群的數(shù)據(jù)、音頻、視頻融合通信功能實現(xiàn);寬帶MESH網(wǎng)為通信主干網(wǎng)的搭建應(yīng)用;基于GIS空間信息與北斗定位應(yīng)用的應(yīng)急指揮平臺開發(fā);應(yīng)急救援策略分析系統(tǒng)開發(fā)等。l

2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

本課題提出研發(fā)一套面向核生化爆突發(fā)事件處置的應(yīng)急指揮系統(tǒng)，包括前端采集數(shù)據(jù)通信移動指揮三級功能，各項功能的技術(shù)指標(biāo)如下：

1）前端采集部分：單兵數(shù)據(jù)采集，通信終端：即有網(wǎng)絡(luò)（公網(wǎng)/Wifi或PDT集群網(wǎng)絡(luò)）多種通信網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng);支持藍牙或RFID技術(shù)采集多種檢測儀器數(shù)據(jù);實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻通信。

2）數(shù)據(jù)通信部分：支持16個節(jié)點組成自組通信寬帶網(wǎng)，支持3級以上組成鏈?zhǔn)絺鬏?，實現(xiàn)現(xiàn)場寬帶網(wǎng)絡(luò)通信。

3）指揮系統(tǒng)部分：包括GIS指揮控制功能，視頻管理功能，語音控制功能，單兵調(diào)度功能，數(shù)據(jù)分析功能，統(tǒng)計與決策功能等。

2.2 實施技術(shù)方案

2.2.1單兵數(shù)據(jù)采集終端

1）無線數(shù)據(jù)采集

通過藍牙或近場通訊NFC協(xié)議采集檢測設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，終端可與周邊設(shè)備更緊密的在一起合作，周邊設(shè)備采集的數(shù)據(jù)統(tǒng)一由終端傳輸給后臺，這種融合的數(shù)據(jù)信息更方便數(shù)據(jù)分析，解決有線傳輸給單兵帶來的操作不便;

2）北斗定位

定位每一個單兵的實時位置以便于統(tǒng)一調(diào)度指揮;

3）集成攝像頭及PDT集群對講功能

終端具備前置、后置雙攝像頭，能夠?qū)F(xiàn)場情況以圖片、視頻的方式取證并通過網(wǎng)絡(luò)進行實時回傳。同時具備多媒體業(yè)務(wù)功能，能實現(xiàn)小視頻、文本、文件等的傳輸;

4）數(shù)據(jù)存貯、數(shù)據(jù)加密

設(shè)備脫離網(wǎng)絡(luò)后能夠?qū)崿F(xiàn)采集數(shù)據(jù)的保存，并在接入網(wǎng)絡(luò)后自動補充上傳，根據(jù)使用方需求選擇數(shù)據(jù)硬加密功能;

5）二次開發(fā)功能支持

Android操作系統(tǒng)，支持定制APP應(yīng)用，在終端上進入業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整合和應(yīng)急偵查流程的融合。

6）遠程統(tǒng)一管控

終端寫頻、升級、功能設(shè)置等可通過遠程統(tǒng)一管控?zé)o須親臨現(xiàn)場和回收終端，任務(wù)無須人員值守，節(jié)省成本的同時更加高效。

2.2.2自組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)

1）快速自組網(wǎng)

開機即用，無需配置?？焖偻瓿涩F(xiàn)場各節(jié)點間通信鏈路的建立。最多可支各節(jié)點隨時加入或退出網(wǎng)絡(luò)，不影響網(wǎng)絡(luò)通信。

2）網(wǎng)絡(luò)健壯、快速自愈

不依賴于某一個單一節(jié)點的性能。如果節(jié)點出現(xiàn)故障、受到干擾或者退出，數(shù)據(jù)包將自動路由到備用路徑繼續(xù)進行傳輸，整個網(wǎng)絡(luò)的運行不會受到影響。

3）非視距傳輸

具備抗多徑干擾能力以及一定非視距傳輸距離遠及衍射和穿透性能，適用于城市、森林和山區(qū)等視線極易受阻的環(huán)境。

4）鏈路冗余和通信負載均衡

網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)每個節(jié)點的通信負載情況動態(tài)地分配通信路由，從而有效地避免了節(jié)點的通信擁塞。

2.2.3調(diào)度指揮系統(tǒng)

調(diào)度指揮軟件音視頻一體化融合通信與調(diào)度平臺，在融合通信基礎(chǔ)之上支撐寬帶多媒體指揮調(diào)度業(yè)務(wù)。

其具體功能分以下幾個模塊

1）GIS指揮控制功能：現(xiàn)場作業(yè)小隊可視化、可交互立體作戰(zhàn)系統(tǒng)可把所屬的隊伍、車輛、系統(tǒng)資源、移動軌跡等信息全部標(biāo)注在地圖上，可以實現(xiàn)基于位置的動態(tài)圈選建組，實現(xiàn)音視頻和群信息的溝通，在地圖上實現(xiàn)所見即所得的可視化指揮。

2）視頻管理功能：扁平化、可視化、可交互立體作戰(zhàn)系統(tǒng)可實現(xiàn)把多媒體移動終端、4g移動單兵等設(shè)備的視頻集中接入、集中管理、集中調(diào)管理，并可實現(xiàn)不同視頻通信系統(tǒng)之間的相互轉(zhuǎn)發(fā)、分發(fā)。

3）語音控制功能：小組扁平化、可視化、可交互立體作戰(zhàn)系統(tǒng)解決方案實現(xiàn)有線和無線寬帶上的語音控制，在調(diào)度界面發(fā)起不同類型呼叫、接聽、掛斷呼叫。

4）數(shù)據(jù)儲存及輸出：實時數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)前端采集數(shù)據(jù)的存儲和多元數(shù)據(jù)分析模型的建立，按照輸出要求輸出到?jīng)Q策輔助系統(tǒng)。

2.3 工作方式

從前端的檢測數(shù)據(jù)采集，視頻、語音、數(shù)據(jù)的融合傳輸，到檢測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)的綜合分析，最終給出應(yīng)急救援策略建議并能夠?qū)崿F(xiàn)集中的現(xiàn)場指揮功能，形成一個綜合的應(yīng)急業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)，提升軍警面向核生化爆突發(fā)事件的綜合應(yīng)急處理效率。系統(tǒng)主要由前端采集、數(shù)據(jù)通信、移動指揮三級功能組成。

2.4 課題創(chuàng)新及系統(tǒng)特點

本課題是多種前沿技術(shù)在核生化爆突發(fā)事件處置領(lǐng)域的集成應(yīng)用，關(guān)鍵技術(shù)點包括以下幾個方面：

1.輕量化的單兵終端，集成數(shù)據(jù)、語音、視頻傳輸功能并滿足快速指揮調(diào)度，適用于4G移動通信網(wǎng)絡(luò)及自組網(wǎng)寬帶網(wǎng)絡(luò)。

2、MESH自組網(wǎng)寬帶技術(shù)的集成應(yīng)用，滿足高帶寬及充分的通信區(qū)域覆蓋能力;不依賴于某一個單一節(jié)點的性能。如果節(jié)點出現(xiàn)故障、受到干擾或者退出，數(shù)據(jù)包將自動路由到備用路徑繼續(xù)進行傳輸，整個網(wǎng)絡(luò)的運行不會受到影響。

MESH拓撲圖——故障發(fā)生前

MESH拓撲圖——故障發(fā)生后

3、現(xiàn)場指揮調(diào)度系統(tǒng)與應(yīng)急策略支持系統(tǒng)開發(fā)，實時數(shù)據(jù)庫及分析模型的開發(fā)。

基于MESH技術(shù)的寬帶骨干網(wǎng)示意圖

3. 本領(lǐng)域國內(nèi)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及狀況

由于技術(shù)發(fā)展的先后不同國內(nèi)外核生化爆應(yīng)急指揮系統(tǒng)技術(shù)狀況水平不一，以美國、日本等國家為代表的應(yīng)急指揮系統(tǒng)具備較強的智能化水平和一體化作戰(zhàn)能力，以日本福島核電事故為例，大量應(yīng)用了機器人技術(shù)、無線通信技術(shù)等先進技術(shù)，并在事故后加大集群處理、一體化作戰(zhàn)的裝備開發(fā)，在專利和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上處于國際領(lǐng)先水平。

綜合國內(nèi)外核生化爆應(yīng)急指揮系統(tǒng)的發(fā)展來看，通過信息化技術(shù)提升數(shù)據(jù)的實時采集分析能力以及通過音視頻寬帶傳輸應(yīng)用GIS地理信息技術(shù)與衛(wèi)星定位技術(shù)形成信息資源共享加快決策和反應(yīng)速度，使應(yīng)急效率大幅提高，是該領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。

4. 結(jié)語

我國應(yīng)急裝備在近年來得到突飛猛進的發(fā)展，特別是在軍事裝備大發(fā)展的背景下，應(yīng)急指揮系統(tǒng)中對物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機器人等前沿技術(shù)的應(yīng)用進一步深化。但是軍用、公安等行業(yè)的現(xiàn)役裝備上還很少將數(shù)據(jù)采集、音視頻傳輸、集群指揮、大數(shù)據(jù)分析等重要功能集成在一套系統(tǒng)中，從而提升作戰(zhàn)指揮效率。根據(jù)以上分析，本課題提出的在融合通信平臺上實現(xiàn)一體化偵查、指揮、分析系統(tǒng)將會是行業(yè)裝備發(fā)展的重要方向。

參考文獻

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