劉平心

(山東電力工程咨詢院有限公司，濟南市， 250013)

0 引言

在堅強智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，為滿足應(yīng)對自然災(zāi)害及極端小概率突發(fā)事件情況下的電力通信需求，加強山東電力集團公司在應(yīng)對自然災(zāi)害和重大活動時保電的機動應(yīng)急指揮通信保障能力，解決集團公司本部、各地市供電公司及縣公司應(yīng)急指揮中心與應(yīng)急現(xiàn)場遠程通信聯(lián)絡(luò)，按國家電網(wǎng)公司有關(guān)規(guī)定和山東電力集團公司要求，建設(shè)山東電力集團公司機動應(yīng)急通信系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述

1.1 建設(shè)必要性

應(yīng)急通信是突發(fā)事件和自然災(zāi)害情況下迅速應(yīng)對危機、減少損失、穩(wěn)定局勢的重要基礎(chǔ)手段。針對電網(wǎng)抗災(zāi)救災(zāi)和機動應(yīng)急通信保障的要求，需要快速建立起基于衛(wèi)星通信、3G等多種通信技術(shù)相融合的機動應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)，實現(xiàn)應(yīng)急現(xiàn)場與應(yīng)急指揮中心的音頻、視頻、數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)，保證應(yīng)急指揮中心與受災(zāi)現(xiàn)場之間指令下達、信息上報的及時性和準確性。電力機動應(yīng)急通信系統(tǒng)也可用于重大活動或事件的臨時性通信保障和實時報道。

1.2 建設(shè)目標

建設(shè)機動靈活、安全可靠、布局合理、規(guī)模適度的電力應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)，增加自備機動通信手段，整體提升應(yīng)對自然災(zāi)害、處置突發(fā)事件、保障重大活動所需的應(yīng)急通信能力。系統(tǒng)采用無線單兵系統(tǒng)對現(xiàn)場進行音視頻采集，采用數(shù)字集群和VoIP方式對現(xiàn)場進行語音調(diào)度;現(xiàn)場圖像、聲音等多媒體信息通過應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)送至應(yīng)急指揮中心和指揮車，實現(xiàn)現(xiàn)場直播。

采用與國家電網(wǎng)公司相同體制配置的甚小孔徑終端(very small aperture terminal，VSAT)衛(wèi)星系統(tǒng)，可納入國家電網(wǎng)應(yīng)急通信網(wǎng)中，實現(xiàn)國家電網(wǎng)應(yīng)急指揮中心與應(yīng)急現(xiàn)場的通信。機動應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)滿足以下功能:

(1)搶險救災(zāi)應(yīng)急通信保障。加強山東電力集團公司的機動應(yīng)急通信保障能力，滿足應(yīng)對自然災(zāi)害和極端小概率突發(fā)事件情況下的電力通信需求，實現(xiàn)受災(zāi)現(xiàn)場與應(yīng)急指揮中心的音頻、視頻、數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)，為險情報告、搶險指揮、資源調(diào)度等提供支撐手段，保證應(yīng)急指揮中心與受災(zāi)現(xiàn)場之間指令下達、信息上報的及時性和準確性。

(2)重大活動及重要保電任務(wù)應(yīng)急通信保障。提供重大活動及重要保電任務(wù)現(xiàn)場與公司本部間的主用通道或應(yīng)急備用通道，確?，F(xiàn)場與各級指揮中心之間聯(lián)絡(luò)順暢，將活動現(xiàn)場的語音、視頻、數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦颈静浚蚪?jīng)本部轉(zhuǎn)發(fā)至其他地方，為指揮決策提供現(xiàn)場參考。

1.3 建設(shè)規(guī)模

根據(jù)山東電力集團公司應(yīng)急體系總體部署，機動應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)采用5+1布置方式，即根據(jù)17地市公司地理及交通情況分成5大應(yīng)急協(xié)作區(qū)+集團公司本部作為應(yīng)急指揮中心。

機動應(yīng)急通信系統(tǒng)由中心站、1輛應(yīng)急指揮車和5輛應(yīng)急通信車組成。其中，中心站和應(yīng)急指揮車位于集團公司本部，5輛應(yīng)急通信車分別對應(yīng)5個應(yīng)急協(xié)作區(qū)，每輛應(yīng)急通信車負責相應(yīng)協(xié)作區(qū)的應(yīng)急現(xiàn)場通信。

1.4 建設(shè)原則

(1)機動應(yīng)急通信系統(tǒng)為非經(jīng)常性使用的應(yīng)急設(shè)施，貫徹“實用、高效、經(jīng)濟”和集約化管理原則，實行統(tǒng)一系統(tǒng)規(guī)劃、統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范、統(tǒng)一組織建設(shè)，必要時統(tǒng)一調(diào)配使用。

(2)功能規(guī)范符合國家電網(wǎng)公司已統(tǒng)一組建系統(tǒng)的遠程傳輸、近程覆蓋和接入等功能要求，以及衛(wèi)星信道加密等安全防護要求;技術(shù)規(guī)范與國家電網(wǎng)公司已統(tǒng)一組建系統(tǒng)相一致，可互連互通、融為一體，且能與國家電網(wǎng)公司電力專用通信固定網(wǎng)絡(luò)高度集成整合。

(3)統(tǒng)一納入國家電網(wǎng)公司經(jīng)國家無線電管理機構(gòu)批準設(shè)立的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，所用設(shè)備符合國家關(guān)于無線電臺設(shè)置使用及無線電發(fā)射設(shè)備管理的相關(guān)規(guī)定。

2 建設(shè)方案

2.1 系統(tǒng)組成

機動應(yīng)急通信以中心站為固定指揮中心、應(yīng)急指揮車為移動指揮中心，協(xié)作區(qū)應(yīng)急通信車為現(xiàn)場應(yīng)急端站。5個應(yīng)急通信協(xié)作區(qū)中，每個應(yīng)急協(xié)作區(qū)覆蓋一定數(shù)量的地市公司，且應(yīng)急通信車停放在協(xié)作區(qū)命名的地市公司。各應(yīng)急協(xié)作區(qū)的應(yīng)急通信車負責所轄區(qū)域應(yīng)急事件發(fā)生時建立其現(xiàn)場與應(yīng)急指揮中心語音、數(shù)據(jù)和視頻互通的通信網(wǎng)絡(luò)。

2.2 技術(shù)方案

機動應(yīng)急通信系統(tǒng)以VSAT衛(wèi)星通信和3G通信為傳輸平臺，實現(xiàn)傳輸通道平滑過渡。機動應(yīng)急通信系統(tǒng)按功能模塊劃分為衛(wèi)星通信系統(tǒng)、3G通信、無線單兵系統(tǒng)、無線數(shù)字對講系統(tǒng)、視頻會商和支撐系統(tǒng)6部分組成［1-8］。

2.2.1 VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)

VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由同步衛(wèi)星、地面中樞站、地面遠端站、地面監(jiān)管站組成。其中地面中樞站位于全省的指揮調(diào)度中心，地面遠端站位于各應(yīng)急現(xiàn)場，見圖1。

圖1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)Fig.1Satellite communication system

根據(jù)中樞站和遠端站的通信關(guān)系，衛(wèi)星組網(wǎng)通常分為星形網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)和混合網(wǎng)3類，如圖2所示。星形網(wǎng)的遠端站之間不能直接通信，各遠端站間通信必須經(jīng)過中樞站，即(小站1—衛(wèi)星—中樞站—衛(wèi)星—小站2)。網(wǎng)狀網(wǎng)的各小站之間可以直接通信，無需經(jīng)過中樞站?；旌暇W(wǎng)為上述2種網(wǎng)的混合形式，各小站之間有的可以直接通信，有些需經(jīng)過中樞站轉(zhuǎn)接。由于在正常狀況下部分應(yīng)急通信車處于停用狀態(tài)，本衛(wèi)星系統(tǒng)采用混合組網(wǎng)方式。

圖2 VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)組網(wǎng)方式Fig.2Network topology of VSAT satellite communication system

VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各個站點之間的各種業(yè)務(wù)通信(語音、視頻、數(shù)據(jù))傳輸要求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3所示。

圖3 VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3Structure of VSAT satellite communication system

2.2.2 3G通信

3G是第3代通信網(wǎng)絡(luò)，目前國內(nèi)支持國際電聯(lián)確定的3個無線接口標準分別是寬帶碼分多址(wideband code division multiple access，WCDMA)、時分同步碼分多址(time division-synchronous code division multiple access，TD-SCDMA)、CDMA2000。

結(jié)合山東省內(nèi)3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況，本項目3G無線通信系統(tǒng)同時選用了WCDMA(中國聯(lián)通)和CDMA2000(中國電信)2種制式，并可根據(jù)應(yīng)急現(xiàn)場信號的強弱，自動選擇信號較好的3G傳輸方式。

2.2.3 無線單兵系統(tǒng)

在車輛無法到達的地點，工作人員攜帶無線單兵設(shè)備步行至應(yīng)急現(xiàn)場，將采集的音視頻圖像經(jīng)過編碼與調(diào)制后，通過功放和天線傳送至車載單兵基站接收，再通過3G或VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)傳送回中心站、指揮車。

無線單兵系統(tǒng)常用的調(diào)制解調(diào)方式為單載波頻域均衡(single carrier-frequency domain equalization，SC-FDE)與編碼正交頻分復(fù)用(coded orthogonal frequvency dirision multiplexing，COFDM)。從對抗頻率選擇性衰落的角度而言，SC-FDE系統(tǒng)性能與COFDM系統(tǒng)相類似。

與COFDM系統(tǒng)相比，SC-FDE系統(tǒng)避免了COFDM所引入的峰平比問題，降低了系統(tǒng)對頻偏影響的敏感程度，對功放的要求明顯降低;SC-FDE系統(tǒng)能充分利用多徑的分集增益，對于無編碼和高編碼效率的系統(tǒng)，SC-FDE系統(tǒng)有更好的性能;SC-FDE系統(tǒng)降低了算法復(fù)雜度，主要的復(fù)雜度都集中在接收端，簡化了發(fā)射機設(shè)計，縮小了發(fā)射機的體積和重量。為此，采用SC-FDE調(diào)制解調(diào)方式的無線單兵系統(tǒng)比較適合本項目使用。

2.2.4 無線數(shù)字對講系統(tǒng)

無線數(shù)字對講系統(tǒng)是一種專用無線指揮調(diào)度通信系統(tǒng)，用于中心站指揮調(diào)度和指揮車、通信車周邊的無線語音通信覆蓋。其特點是系統(tǒng)內(nèi)所有可用信道為系統(tǒng)內(nèi)的全體用戶共享，具有自動選擇信道功能。

2.2.5 視頻會商系統(tǒng)

視頻會商系統(tǒng)完成中心站與應(yīng)急通信車之間的雙向交互實時視頻會議功能。應(yīng)急指揮車、應(yīng)急通信車均設(shè)置視頻會議終端，基于3G或衛(wèi)星通信組網(wǎng)，接入中心站現(xiàn)有MCU，形成機動應(yīng)急通信視頻會商系統(tǒng)。

2.2.6 支撐系統(tǒng)

(1)供電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)為車內(nèi)通信設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的交直流電源，主要包括發(fā)電機、通信電源、蓄電池。根據(jù)汽車本身使用的油料的情況來選擇發(fā)電機，使兩者共用燃料，方便使用。如果可能，車載各類設(shè)備電源統(tǒng)一為12 V直流。

(2)防震系統(tǒng)。由于車載通信系統(tǒng)使用的環(huán)境非常復(fù)雜，很多地方不一定能保證提供平整的工作場地，因此，應(yīng)急通信車應(yīng)配置良好的防震系統(tǒng)?？蛇x用電子控制式減震器，通過傳感器檢測行駛狀態(tài)，由計算機計算出最佳阻尼力，使減振器上的阻尼力調(diào)整機構(gòu)自動工作。

(3)防雷系統(tǒng)。通信車作為臨時通信站點，車體上安裝電源入口避雷器、天線防雷器及防靜電拖帶，其他設(shè)備的防雷接地系統(tǒng)主要有聯(lián)合接地和分別接地，在實際使用過程中，應(yīng)根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況選擇不同的接地方式。當車輛能夠就近與大樓的地網(wǎng)連接且地阻值小于5 Ω時，可以采用聯(lián)合接地，即將幾個接地裝置連接在一起后與大樓的地網(wǎng)連接。附近沒有符合要求的地網(wǎng)時，可采用分別接地方式，即工作地、保護地、防雷地和電源的零線分別通過1個接地樁接地，這時要求每2個接地樁之間有5 m以上的間隔，一般要求每個接地體的地阻小于2O Ω。

2.3 設(shè)備配置方案

中心站配置1套3G網(wǎng)絡(luò)通信終端、1套VSAT主站系統(tǒng)、1套海事衛(wèi)星BGAN E700系統(tǒng)，并配置路由交換設(shè)備等業(yè)務(wù)處理和接入設(shè)備。同時利用集團公司應(yīng)急指揮中心中已有的高清視頻會議終端設(shè)備，實現(xiàn)與現(xiàn)場交互式的視頻會商。

應(yīng)急指揮車配有3G通信設(shè)備、VSAT衛(wèi)星小站系統(tǒng)(“動中通”天線、天線控制器和衛(wèi)星基帶設(shè)備)、BGAN E727車載海事衛(wèi)星系統(tǒng)、1套車載信道機、1套無線單兵系統(tǒng)、1套GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)。同時配有視頻會商設(shè)備、IAD、IP電話、加密機、以太網(wǎng)交換機、音視頻矩陣、電源等相關(guān)輔助設(shè)備，應(yīng)急指揮車的各通信系統(tǒng)均集成并固定在車體內(nèi)?？紤]到車內(nèi)安裝有各種精密設(shè)備和儀器，所以對車體的內(nèi)部容量也有一定的要求。為了實現(xiàn)改裝后車輛整體性能的優(yōu)良以及感官上的舒適協(xié)調(diào)，在車輛的選擇上要兼顧載重、越野性能及設(shè)備安裝空間等多方面因素，本項目使用的車型為豐田陸地巡洋艦。

應(yīng)急通信車具備與應(yīng)急指揮車相同的功能模塊，采用“靜中通”自動對星天線。考慮到載重、越野性能及設(shè)備安裝空間等多方面因，本項目使用的車型為豐田普拉多。

機動應(yīng)急通信系統(tǒng)工作原理及設(shè)備配置概況詳見圖4。

圖4 機動應(yīng)急通信系統(tǒng)工作原理Fig.4Working principle of vehicle-based emergency communication system

3 工程實施及工期

3.1 車輛改裝要求

車體在保持原整車性能的前提下，實施合理的配重、防震、防塵、降噪與恒溫改造，達到以下要求:

(1)車內(nèi)的饋線及其他線纜布線牢固、整潔、美觀、易于插接、使用方便，符合線纜布放標準。

(2)車內(nèi)有一定的貯藏空間，以放置部分器具。

(3)車內(nèi)采用隔音及防火材料隔斷。原底盤改裝并安裝通信設(shè)備及其附屬設(shè)備后的穩(wěn)定性、平順性、通過性等指標不低于原底盤設(shè)計指標。車輛在空載、靜態(tài)的情況下，側(cè)傾穩(wěn)定角不小于35°。

(4)車輛具有很好的密封性、保溫隔熱性能，密封門及饋線孔洞等應(yīng)能夠有效的防雨、防塵;外殼應(yīng)注意防水、防震、防電磁干擾、防雷的各項要求。

(5)能夠滿足車載各種設(shè)備的正常運行，并便于維護與檢修。

(6)車體改裝符合國家和行業(yè)相應(yīng)標準。

(7)改裝后整車各項主要性能指標不得下降。

(8)根據(jù)用戶需求對整車進行優(yōu)化布局設(shè)計，確保軸荷分配及左右配重合理，同時保證具有最大的工作空間。

(9)整車設(shè)計使用年限在10年以上。車體各部做相應(yīng)的防銹、防腐蝕處理。

(10)車體改造完成后將進行整車性能測試，如行駛試驗、淋雨測試等，確保整車性能符合設(shè)計要求。

(11)在滿足技術(shù)要求的前提下，整車改裝時最大限度地采用標準件、通用件、標準化模塊等結(jié)構(gòu)。

(12)應(yīng)用人性化的設(shè)計理念，將車內(nèi)空間從前至后劃分為駕駛區(qū)、操作區(qū)和設(shè)備區(qū)，各區(qū)相對獨立，能做到工作時互不干擾。車輛中設(shè)有外接口箱，便于外接音視頻設(shè)備等。車尾部安裝有手動升降桿，便于安裝通信天線。車輛后部底盤下設(shè)有電動支撐腿，便于駐車時車輛支撐及平衡等。駕駛區(qū)安裝有警報器、倒車后視監(jiān)視屏等設(shè)備。

3.2 工程工期

影響方案實施的因素主要有:系統(tǒng)設(shè)計、頻率申請、設(shè)備招標采購、車輛改造、設(shè)備安裝、系統(tǒng)調(diào)試開通。

根據(jù)國家無線電頻率使用規(guī)定，需向國家無線電管理委員會申請衛(wèi)星通信專用頻率，申辦時間約3個月。同時，需向VSAT衛(wèi)星通信公司申請2 MHz帶寬，申辦時間約1周。

本項目在業(yè)務(wù)接入層面采用了數(shù)字集群和單兵傳輸系統(tǒng)，應(yīng)用這2種無線技術(shù)時均需向山東省無線電管理委員會申請專用頻率，申辦時間約1周。

同時，本項目設(shè)備采購周期約2個月，車輛采購后改裝需2.5個月，設(shè)備安裝調(diào)試周期約1個月。

3.3 相關(guān)建議

為保證系統(tǒng)投運后執(zhí)行應(yīng)急通信任務(wù)、演練和系統(tǒng)調(diào)試需要，建議在公司本部、5大應(yīng)急協(xié)作區(qū)配置應(yīng)急通信運維人員(可兼職)。中心站崗位配置3人，應(yīng)急通信車崗位配置4人/輛(含司機)。同時，需考慮對運維人員的相關(guān)技術(shù)培訓，約需半個月。

4 結(jié)語

山東電力機動應(yīng)急通信系統(tǒng)利用靜止軌道衛(wèi)星，基于VSAT衛(wèi)星通信技術(shù)并結(jié)合3G技術(shù)搭建應(yīng)急通信系統(tǒng)雙重傳輸平臺;不依賴于自然環(huán)境且獨立于常規(guī)電力通信專網(wǎng);整體網(wǎng)絡(luò)基于IP組網(wǎng)，利用IP網(wǎng)絡(luò)的帶寬統(tǒng)計復(fù)用機制，充分利用有限的帶寬資源;將無線數(shù)字對講技術(shù)、無線單兵、無線Mesh、視頻會商、計算機局域網(wǎng)等技術(shù)高度集成，滿足了應(yīng)急現(xiàn)場對語音、圖像、視頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)等綜合業(yè)務(wù)的需求，保證了遠方控制中心對應(yīng)急現(xiàn)場的全方位掌握，并作出及時有效的調(diào)度指揮;充分發(fā)揮有線和無線通信技術(shù)的各自優(yōu)勢，實現(xiàn)了2種不同通信方式的高度融合和集成，以天地互補方式搭建應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)。既滿足了事故狀態(tài)下的應(yīng)急通信需求，又滿足了非事故狀態(tài)下的日常演練需要，為堅強智能電網(wǎng)建設(shè)和運行提供了有力的應(yīng)急通信保障。

致謝

感謝山東電力集團公司信息通信管理中心各位領(lǐng)導的大力支持和幫助!感謝山東電力集團公司機動應(yīng)急通信系統(tǒng)建設(shè)設(shè)計項目組各成員的勤勞付出和辛苦工作!

［1］朱瑞杰，蘇丹，夏增極.基于VSAT的電力應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)計［J］.東北電力大學學報，2011，33(3):34-37.

［2］李杰，苗新.廣東電力應(yīng)急減災(zāi)通信系統(tǒng)［J］.電力建設(shè)，2010，31 (10):10-12.

［3］谷坊祝.VSAT衛(wèi)星通信及其在電力系統(tǒng)應(yīng)急通信中的建設(shè)［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，3(3):43-45.

［4］崔燕明，劉孝先，吳維農(nóng)，等.電力應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)的建設(shè)方案［J］.電力系統(tǒng)通信，2009，30(6):33-36.

［5］楊洪.關(guān)于電力應(yīng)急通信體系建設(shè)的幾點建議［J］.電力系統(tǒng)通信，2009，30(6):6-8.

［6］王炫，陳大慶，劉揚.西北電網(wǎng)機動應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)用模式探討［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2010，26(12):52-56，61.

［7］劉斌，曾靜.淺談應(yīng)急通信指揮車系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計［J］.警察技術(shù)，2009:63-66.

［8］劉佳佳，鮑慧.OFDMA技術(shù)在電力應(yīng)急通信系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)通信，2010，31(4):62-64，68.

(編輯:蔣毅恒)