TETRA數(shù)字集群在水電站無(wú)線(xiàn)應(yīng)急通信中的應(yīng)用

北川巴蜀通口河流域電力開(kāi)發(fā)有限公司 陳軍

1 水電站無(wú)線(xiàn)集群應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)用的必要性

水電站多數(shù)地處山區(qū)、丘陵地帶，地形、地貌環(huán)境情況十分復(fù)雜，較易發(fā)生地震、泥石流、洪水等自然災(zāi)害。近年來(lái)，我國(guó)自然災(zāi)害事件頻發(fā)，水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行和電網(wǎng)的持續(xù)可靠電力供應(yīng)也受到了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們?cè)絹?lái)越依賴(lài)于通信運(yùn)營(yíng)商提供的常規(guī)固定電話(huà)及移動(dòng)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等通信手段，但是當(dāng)突發(fā)地震、洪水、泥石流等大型自然災(zāi)害，以上通信方式大概率同時(shí)會(huì)發(fā)生通信網(wǎng)設(shè)備、設(shè)施因遭受破壞從而導(dǎo)致癱瘓、設(shè)備性能降低、話(huà)務(wù)量突增，嚴(yán)重時(shí)長(zhǎng)時(shí)間中斷通信服務(wù)等情況，現(xiàn)有的傳統(tǒng)常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)明顯無(wú)法保障水電站現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)應(yīng)急指揮調(diào)度通信需要。

針對(duì)這一特殊情況，為保證水電站在突發(fā)大型地質(zhì)災(zāi)害，水庫(kù)夏季汛期防洪等重要關(guān)鍵時(shí)期生產(chǎn)調(diào)度應(yīng)急通信的可靠穩(wěn)定暢通需求，研究采用最新數(shù)字無(wú)線(xiàn)集群通信技術(shù)，建立適合水電站應(yīng)急調(diào)度數(shù)字無(wú)線(xiàn)集群通信系統(tǒng)顯得尤為重要。

針對(duì)水電站生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，水電站水庫(kù)大壩樞紐、主廠房結(jié)構(gòu)及所處區(qū)域地形、地貌特點(diǎn)，分析應(yīng)急調(diào)度通信需求，探討應(yīng)用最新、先進(jìn)無(wú)線(xiàn)應(yīng)急通信技術(shù)建立適合水電站生產(chǎn)調(diào)度應(yīng)急通信系統(tǒng)的方法和手段，提高水電站安全生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定性及應(yīng)急響應(yīng)處置能力。

2 數(shù)字無(wú)線(xiàn)集群應(yīng)急通信概述

無(wú)線(xiàn)應(yīng)急通信是指在出現(xiàn)自然的或人為的突發(fā)性緊急情況時(shí)，綜合利用各種通信資源，保障救援、緊急救助和必要通信所需的通信手段和方法，是一種具有專(zhuān)用性、特殊性的通信機(jī)制。建立一個(gè)快速響應(yīng)、全面高效的應(yīng)急通信系統(tǒng)是突發(fā)緊急情況下降低人員、設(shè)備損失的決定性因素之一。

數(shù)字無(wú)線(xiàn)集群應(yīng)急通信系統(tǒng)用于調(diào)度指揮通信的移動(dòng)通信系統(tǒng)，主要應(yīng)用在專(zhuān)業(yè)移動(dòng)通信領(lǐng)域，話(huà)音通信主要采用PTT(PushToTalk）按鍵，以一按即通的方式接續(xù)，被叫無(wú)須摘機(jī)即可接聽(tīng)，且接續(xù)速度較快，并能支持群組呼叫等功能。它采用先進(jìn)的數(shù)字化處理技術(shù)，可保證系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性以及保密性，能夠?qū)崿F(xiàn)快捷、暢通、清晰的語(yǔ)音、視頻通信。

2.1 數(shù)字無(wú)線(xiàn)集群應(yīng)急通信技術(shù)分類(lèi)

數(shù)字無(wú)線(xiàn)集群應(yīng)急通信系統(tǒng)，主要分為窄帶通信和寬帶通信兩大類(lèi)，窄帶通信主要用于滿(mǎn)足語(yǔ)音調(diào)度應(yīng)急通信需求，寬帶通信主要應(yīng)對(duì)圖像、視頻等無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及接入業(yè)務(wù)需求。窄帶無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的區(qū)域傳播和覆蓋能力，遠(yuǎn)勝于寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。作為應(yīng)急指揮、關(guān)鍵搶險(xiǎn)任務(wù)調(diào)度通信的專(zhuān)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信更是如此。與寬帶化帶來(lái)通信業(yè)務(wù)應(yīng)用多樣化的好處比起來(lái)，語(yǔ)音通信的可靠保障才是重中之重?？晒┻x擇的技術(shù)包括DMR(Digital Mobile Radio數(shù)字移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電技術(shù))、800MHz TETRA(Terrestrial Trunked Radio陸上集群無(wú)線(xiàn)電)數(shù)字集群技術(shù)、iDEN(集成數(shù)字增強(qiáng)型網(wǎng)絡(luò))技術(shù)等通信技術(shù)。

2.2 各類(lèi)數(shù)字集群無(wú)線(xiàn)應(yīng)急通信技術(shù)特點(diǎn)

2.2.1 DMR（數(shù)字集群通信標(biāo)準(zhǔn)）

DMR是ETSI（歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）于2005年4月為了滿(mǎn)足歐洲各國(guó)的中低端專(zhuān)業(yè)及商業(yè)用戶(hù)對(duì)移動(dòng)通信的需要而設(shè)計(jì)、制訂的開(kāi)放性數(shù)字移動(dòng)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，新版本于2007年12月份公布。DMR具有高效利用頻譜資源，大區(qū)制組網(wǎng)方式，兼容模擬常規(guī)通信等優(yōu)點(diǎn)，其業(yè)務(wù)功能豐富，可擴(kuò)展，向后兼容，同時(shí)系統(tǒng)和終端成本較低，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度較快，系統(tǒng)總體運(yùn)維成本較低。

2.2.2 iDEN(集成數(shù)字增強(qiáng)型網(wǎng)絡(luò))

iDEN是美國(guó)摩托羅拉公司研制和生產(chǎn)的一種數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)，它的前身是MIRS系統(tǒng)，最初設(shè)計(jì)是做集群共網(wǎng)應(yīng)用，因此除了以指揮調(diào)度業(yè)務(wù)為主外，還兼有雙工電話(huà)互聯(lián)、數(shù)據(jù)和短消息等功能，是一種用于集團(tuán)調(diào)度指揮通信的移動(dòng)通信系統(tǒng)，主要應(yīng)用在專(zhuān)業(yè)移動(dòng)通信領(lǐng)域。

在技術(shù)方面，iDEN 具有以下特點(diǎn):首先，在功能方面，iDEN在傳統(tǒng)的調(diào)度通信基礎(chǔ)上，吸收了數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了電話(huà)互聯(lián)功能，其無(wú)線(xiàn)電話(huà)功能與個(gè)人移動(dòng)通信系統(tǒng)同在一個(gè)水平上，同時(shí)將數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的增值業(yè)務(wù)如短信服務(wù)、語(yǔ)音信箱及基于IWF上的電路數(shù)據(jù)應(yīng)用于iDEN系統(tǒng)中;其次，iDEN可以較高效率地使用傳統(tǒng)的頻譜，iDEN采納傳統(tǒng)的800MHz頻譜(806MHz-825MHz，851MHz-870MHz)，除歐洲外，該段頻譜在全球被廣泛應(yīng)用于集群通信，無(wú)需調(diào)整，iDEN可以使用不連續(xù)頻點(diǎn)，方便靈活配置頻率資源，通過(guò)TDMA技術(shù)，iDEN將一個(gè)25kHz的物理信道劃分成6個(gè)數(shù)字通信時(shí)隙，頻率利用率較高。iDEN系統(tǒng)缺點(diǎn)在于其標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性不高，為摩托羅拉獨(dú)家壟斷，各個(gè)廠商的系統(tǒng)之間不能互聯(lián)互通，從而影響了其發(fā)展。

2.2.3 TETRA（陸上集群無(wú)線(xiàn)電)

TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)是基于數(shù)字時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)，采用傳統(tǒng)大區(qū)制調(diào)度通信系統(tǒng)數(shù)字化形成的一個(gè)專(zhuān)用移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)集群專(zhuān)業(yè)移動(dòng)通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)是ETSI（歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）為了滿(mǎn)足歐洲各國(guó)的專(zhuān)業(yè)部門(mén)對(duì)移動(dòng)通信的需要而設(shè)計(jì)、制訂統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性系統(tǒng)。如今已成為對(duì)指揮調(diào)度功能要求較高的運(yùn)輸、公用事業(yè)、工業(yè)、公共安全、警察公務(wù)應(yīng)用、消防緊急業(yè)務(wù)等行業(yè)領(lǐng)域廣泛運(yùn)用，具有很大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

TETRA數(shù)字無(wú)線(xiàn)集群通信系統(tǒng)可在同一技術(shù)平臺(tái)上提供指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸和電話(huà)服務(wù)。它不僅提供多群組的調(diào)度功能，而且還可以提供短數(shù)據(jù)信息服務(wù)、分組數(shù)據(jù)服務(wù)以及數(shù)字化的全雙工移動(dòng)電話(huà)服務(wù)。系統(tǒng)支持功能強(qiáng)大的移動(dòng)臺(tái)脫網(wǎng)直通（DMO）方式，可實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)、空中接口加密和端對(duì)端加密，同時(shí)具有虛擬專(zhuān)網(wǎng)功能，可以使一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)為互不相關(guān)的多個(gè)組織機(jī)構(gòu)服務(wù)。

TETRA數(shù)字無(wú)線(xiàn)集群系統(tǒng)具有豐富的服務(wù)功能、更高的頻率利用率、高通信質(zhì)量、靈活的組網(wǎng)方式，許多新的應(yīng)用（如車(chē)輛定位、圖像傳輸、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)等）都已在TETRA中得到實(shí)現(xiàn)，是一種非常靈活的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)，它的主要優(yōu)點(diǎn)是兼容性好、開(kāi)放性好、頻譜利用率高、保密功能強(qiáng)，是目前國(guó)際上最周密、開(kāi)放性好、技術(shù)最先進(jìn)、參與生產(chǎn)廠商最多的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)。

表1 主要數(shù)字集群無(wú)線(xiàn)集群技術(shù)比較

3 TETRA數(shù)字無(wú)線(xiàn)集群在水電站應(yīng)急通信中的應(yīng)用

通過(guò)對(duì)以上幾種主流數(shù)字無(wú)線(xiàn)集群通信技術(shù)從頻譜效率、數(shù)據(jù)吞吐量、功率效率、鄰道功率和選擇性、頻譜利用和覆蓋能力、操作性能等多個(gè)技術(shù)方面的綜合分析比較，水電站數(shù)字集群無(wú)線(xiàn)應(yīng)急通信系統(tǒng)采用TETRA數(shù)字集群通信技術(shù)相較其他集群通信技術(shù)更適合水電站實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況。

近兩年 TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)在諸多行業(yè)應(yīng)急通信領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展，是迄今為止應(yīng)急通信指揮調(diào)度功能最強(qiáng)大、可靠性程度最高、最成熟的窄帶數(shù)字集群無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)解決方案。在水力發(fā)電行業(yè)，可通過(guò)在流域各梯級(jí)水電站發(fā)電機(jī)廠房、水庫(kù)大壩樞紐等部位安裝由數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中繼臺(tái)、干線(xiàn)放大器、耦合器、功分器、全向天線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機(jī)等設(shè)備組成的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，通過(guò)專(zhuān)用局域通信網(wǎng)絡(luò)傳送至流域集控調(diào)度指揮中心網(wǎng)絡(luò)管理終端，可成功實(shí)現(xiàn)跨地域、跨區(qū)域間的數(shù)字集群無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)音對(duì)講通訊。

2016年位于四川省北川縣的通口河流域梯級(jí)電站集控中心因生產(chǎn)調(diào)度指揮需要，投資建設(shè)了一套基于800MHz TETRA數(shù)字集群無(wú)線(xiàn)應(yīng)急通信系統(tǒng)（如圖1所示）。經(jīng)過(guò)近兩年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用得到了驗(yàn)證，系統(tǒng)明顯的提高了水電站生產(chǎn)調(diào)度效率，發(fā)電設(shè)備運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)性均得到大幅提高，收到了很好的效果。

圖1 水電站TETRA數(shù)字集群無(wú)線(xiàn)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)圖

在水電站正常運(yùn)行期間，系統(tǒng)用于梯級(jí)電站間生產(chǎn)調(diào)度聯(lián)系、設(shè)備巡檢、檢修維護(hù)等日常語(yǔ)音對(duì)講通信聯(lián)絡(luò)工作，提高了電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障能力和人際溝通效率，避免因缺乏及時(shí)溝通而造成工作延誤。在突發(fā)自然災(zāi)害，如地震、泥石流、洪水、水庫(kù)防汛等關(guān)鍵時(shí)刻，提供可靠、穩(wěn)定的語(yǔ)音通信，充分保證了集控中心應(yīng)急指揮人員及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行值班人員能快速響應(yīng)處置。

整套系統(tǒng)支持多臺(tái)數(shù)字無(wú)線(xiàn)中繼臺(tái)之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，單臺(tái)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中繼臺(tái)可同時(shí)支持兩條語(yǔ)音或數(shù)據(jù)信道，還可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸、短消息傳送、人員GPS定位跟蹤等功能，通過(guò)合理設(shè)計(jì)選擇布置設(shè)備安裝地點(diǎn)及無(wú)線(xiàn)信號(hào)接收天線(xiàn)，即使在電磁場(chǎng)異常復(fù)雜的水電站發(fā)電機(jī)廠房?jī)?nèi)部，如發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層、蝶閥層等非常嘈雜的特殊環(huán)境以及對(duì)無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)屏蔽性極好的水庫(kù)大壩位移變形觀測(cè)廊道等地方，也能保證能接收到清晰的語(yǔ)音對(duì)講信號(hào)，且對(duì)水電站運(yùn)行中的電氣設(shè)備無(wú)任何電磁干擾影響，不會(huì)造成設(shè)備的誤動(dòng)作。

由于無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備采用電站內(nèi)部UPS交流不間斷電源或者直流系統(tǒng)供電，在水電站遭遇自然災(zāi)害，突發(fā)設(shè)備事故，失去廠用電源特殊情況下，仍然能保證生產(chǎn)指揮調(diào)度語(yǔ)音通信系統(tǒng)的暢通，比原先采用傳統(tǒng)模擬對(duì)講機(jī)通信響應(yīng)時(shí)間縮短近80%，成功實(shí)現(xiàn)了采用集中遠(yuǎn)控運(yùn)營(yíng)方式下的通口河流域各梯級(jí)水電站在復(fù)雜的地理環(huán)境下，跨地域、跨區(qū)域的大范圍集群無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)講語(yǔ)音通信。

基于800MHz TETRA 數(shù)字集群無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的通口河流域梯級(jí)水電站調(diào)度應(yīng)急數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，成熟穩(wěn)定、模式主流簡(jiǎn)單，系統(tǒng)平臺(tái)擴(kuò)展性高且施工難度小，投資費(fèi)用低廉，系統(tǒng)設(shè)備具備免維護(hù)功能。應(yīng)用于水力發(fā)電行業(yè)集中遠(yuǎn)控運(yùn)營(yíng)方式下流域梯級(jí)水電站的應(yīng)急指揮調(diào)度過(guò)程中，能夠?yàn)榫o急情況下的語(yǔ)音通信提供快速穩(wěn)定的基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)支撐，為電站實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)度提供良好的基礎(chǔ)，從根本上解決突發(fā)事故緊急情況下的應(yīng)急調(diào)度指揮語(yǔ)音通信穩(wěn)定暢通問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐運(yùn)行充分證明，TETRA數(shù)字集群無(wú)線(xiàn)應(yīng)急通信系統(tǒng)以其功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、可擴(kuò)展性能好，具有豐富、實(shí)用與多樣化的調(diào)度、應(yīng)急快速響應(yīng)、安全保密為主體的各種功能特點(diǎn)，結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)和多樣化的服務(wù)，可以很好地滿(mǎn)足采用流域集中遠(yuǎn)程控制的水力發(fā)電企業(yè)正常時(shí)期生產(chǎn)調(diào)度及特殊緊急情況下的事故應(yīng)急響應(yīng)處置語(yǔ)音對(duì)講通訊需求，為發(fā)電廠及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供足夠重要的應(yīng)急通信技術(shù)支撐，適合電力行業(yè)調(diào)度應(yīng)急通信領(lǐng)域全面推廣。