陳 超,王 毅，毛 強(qiáng)，薛 凱

(空間物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100076)

多種通信手段在遇險(xiǎn)救生體系中的應(yīng)用研究

陳 超,王 毅，毛 強(qiáng)，薛 凱

(空間物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100076)

我國(guó)海域遼闊，各類船只的水上航行和作業(yè)安全密切關(guān)系到生命和財(cái)產(chǎn)的安全，需要可靠保障;由于海上險(xiǎn)情發(fā)生的隨機(jī)性和突發(fā)性，岸上險(xiǎn)情監(jiān)視力量必須全時(shí)、全天候地開(kāi)設(shè)險(xiǎn)情通信通道，接收海上遇險(xiǎn)對(duì)象的遇險(xiǎn)呼救信號(hào)并及時(shí)對(duì)遇險(xiǎn)信息進(jìn)行處理;因此，岸基必須建設(shè)遇險(xiǎn)救生信息系統(tǒng)并規(guī)定必要的信息傳輸流程，保障險(xiǎn)情報(bào)知通信的順利完成;文章簡(jiǎn)要分析了目前海上救生的通信現(xiàn)狀，對(duì)常用通信手段進(jìn)行了分析與介紹，并提出了一種整合各通信手段的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了多種通信手段的綜合使用以及統(tǒng)一調(diào)度，大幅提升險(xiǎn)情信息的傳輸和處理效率，提高險(xiǎn)情信息的保密性，為救援工作提供了精確可靠的問(wèn)責(zé)手段。

遇險(xiǎn)救生系統(tǒng);消息傳輸及處理;多種通信手段

0 引言

我國(guó)海域遼闊，擁有340多萬(wàn)平方公里的海域面積，1.8萬(wàn)公里的海岸線。各類船只的水上航行和作業(yè)安全是各國(guó)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，它密切關(guān)系到生命和財(cái)產(chǎn)的安全[1]。遇險(xiǎn)救生任務(wù)的重點(diǎn)在于事故發(fā)生之后遇險(xiǎn)信息的準(zhǔn)確報(bào)知，以保障能夠快速有效地實(shí)施救助行動(dòng)。

由于海上險(xiǎn)情發(fā)生的隨機(jī)性和突發(fā)性，岸基險(xiǎn)情監(jiān)視力量必須全時(shí)、全天候開(kāi)設(shè)險(xiǎn)情通信通道，接收海上遇險(xiǎn)對(duì)象的遇險(xiǎn)呼救信號(hào)，確保遇險(xiǎn)信號(hào)無(wú)干擾、無(wú)阻塞、無(wú)遺漏地被收妥[2-3]。因此岸基必須配置與各種遇險(xiǎn)對(duì)象以及各型險(xiǎn)情報(bào)知通信裝備匹配的通信裝備，并常開(kāi)常設(shè)；必須具備自動(dòng)接收信號(hào)的能力，由人工對(duì)險(xiǎn)情進(jìn)行收妥確認(rèn)，確保在設(shè)備成功接收信息的基礎(chǔ)上，險(xiǎn)情由人工處理，以告知停止遇險(xiǎn)對(duì)象發(fā)送無(wú)謂的遇險(xiǎn)呼救信號(hào)，節(jié)省遇險(xiǎn)對(duì)象電池電力，減少對(duì)呼救信號(hào)及專用信道的占用；必須能夠?qū)Χ嗍侄?、多次上?bào)的險(xiǎn)情進(jìn)行預(yù)處理和綜合，并及時(shí)、準(zhǔn)確地向搜救指揮部門(mén)報(bào)告險(xiǎn)情。因此，岸基必須建設(shè)遇險(xiǎn)救生通信系統(tǒng)并規(guī)定必要的信息傳輸流程，保障從遇險(xiǎn)對(duì)象到搜救指揮部門(mén)的快速、可靠、準(zhǔn)確的險(xiǎn)情報(bào)知通信。

本文旨在提出一種遇險(xiǎn)救生信息處理系統(tǒng)，提供對(duì)多種通信手段發(fā)送的遇險(xiǎn)信息的綜合接收、解析和處理功能，對(duì)救生力量進(jìn)行綜合調(diào)度，為遇險(xiǎn)救生任務(wù)的順利完成提供條件。

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 民用遇險(xiǎn)救生通信現(xiàn)狀

為最大限度保障海上人命和財(cái)產(chǎn)的安全，國(guó)際海事組織在國(guó)際海上安全公約(international convention for safety of life at sea，SOLAS)的框架下，一直致力于海上遇險(xiǎn)救生通信的改善和發(fā)展，建立了全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)(global maritime distress and safety system，以下簡(jiǎn)稱GMDSS)，強(qiáng)制規(guī)定所有加入SOLAS公約國(guó)家的民用船只使用該系統(tǒng)[4-6]。我國(guó)按照國(guó)際GMDSS的建設(shè)要求，分別在三亞、廣州、福州、上海、大連建設(shè)了5個(gè)大中型航行電傳(NAVTEX，NAVIgational TelTEX)海岸電臺(tái)，同時(shí)在大連、福州、廣州、?？?、連云港、寧波、青島、上海、天津、廈門(mén)、煙臺(tái)、湛江、秦皇島等地建立了超短波數(shù)字選擇性呼叫(digital selective calling，DSC)海岸電臺(tái)，在上海等地建設(shè)了短波DSC海岸電臺(tái)，在北京建設(shè)了海事衛(wèi)星地球站，為險(xiǎn)情報(bào)知通信提供了條件[5]。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)遇險(xiǎn)對(duì)象的快速搜救，我國(guó)交通部設(shè)立海上搜救中心，沿海和內(nèi)河各省市也設(shè)立了海上搜救指揮部門(mén)，為民眾提供海上(內(nèi)河水上)遇險(xiǎn)報(bào)警、搜救組織、指揮協(xié)調(diào)等服務(wù)。海上搜救中心根據(jù)《國(guó)家海上搜救應(yīng)急預(yù)案》運(yùn)作，險(xiǎn)情信息逐級(jí)確認(rèn)、逐級(jí)過(guò)濾、逐級(jí)處理，各級(jí)依據(jù)自身能力組織專業(yè)的搜救力量實(shí)施救援[5]。其中，交通部所轄救助打撈局為主要的專業(yè)搜救力量，配備了專業(yè)救撈裝具。在需要跨部門(mén)聯(lián)合搜救時(shí)，全國(guó)海上搜救中心根據(jù)部際聯(lián)席會(huì)議機(jī)制進(jìn)行信息共享和任務(wù)協(xié)同。

1.2 軍用遇險(xiǎn)救生通信現(xiàn)狀

世界上各國(guó)海軍的遇險(xiǎn)救生通信系統(tǒng)的建設(shè)情況各不相同，其中美、英和日本等國(guó)的主要做法如下。

圖2 遇險(xiǎn)報(bào)文接收與用戶發(fā)送收妥確認(rèn)報(bào)文時(shí)序圖

首先，遇險(xiǎn)救生任務(wù)一般由專門(mén)的部門(mén)負(fù)責(zé)，如美軍、英軍以及加拿大等國(guó)的海岸警備隊(duì)、日本的海上保安廳等部門(mén)；其次，其遇險(xiǎn)救生通信部分地利用GMDSS，同時(shí)構(gòu)建軍用的遇險(xiǎn)救生系統(tǒng)，從而確保軍隊(duì)對(duì)軍用遇險(xiǎn)對(duì)象的險(xiǎn)情信息具有“第一”知情權(quán)。在GMDSS的利用方面，各國(guó)按照各自的通信體制，設(shè)置了不同的救生頻段，并與GMDSS接軌。在軍隊(duì)專用的遇險(xiǎn)救生通信建設(shè)方面，建立專用遇險(xiǎn)救生通信系統(tǒng)，作為他們國(guó)防通信網(wǎng)和戰(zhàn)區(qū)通信網(wǎng)中的一個(gè)分系統(tǒng)，同時(shí)具備通信指揮和遇險(xiǎn)呼叫功能，承擔(dān)常規(guī)通信、遇險(xiǎn)報(bào)知、氣象保障等任務(wù)。例如，美軍為了給處于遇險(xiǎn)情況的人員及設(shè)施提供援助，建立了“搜索救援網(wǎng)”，為網(wǎng)內(nèi)人員和設(shè)施提供遇險(xiǎn)情況下的通信。此外，美軍海岸警衛(wèi)隊(duì)在“搜救-21”項(xiàng)目投入近7.1億美元，建立專用的集遇險(xiǎn)救生通信、指揮、控制于一體的網(wǎng)絡(luò)，專門(mén)用于美國(guó)沿岸的遇險(xiǎn)救生任務(wù)[7]。

我國(guó)軍用海上對(duì)象的遇險(xiǎn)救生設(shè)備建設(shè)相對(duì)完善，但是岸基險(xiǎn)情接收和處理方面的設(shè)備和軟件相對(duì)落后，主要存在以下三方面的問(wèn)題：

1)缺乏綜合的多種手段的險(xiǎn)情信息綜合和處理設(shè)備；

2)部分常規(guī)通信手段在接收?qǐng)?bào)文后只能采用人工轉(zhuǎn)信的方式上報(bào)險(xiǎn)情，險(xiǎn)情信息傳輸效率較低；

3)由于岸基配套裝備建設(shè)薄弱，相應(yīng)的遇險(xiǎn)救生通信處理技術(shù)規(guī)范、操作規(guī)范建設(shè)滯后，導(dǎo)致險(xiǎn)情信息傳遞和處理職責(zé)難以落實(shí)，在險(xiǎn)情遺漏處理的情況下難以問(wèn)責(zé)。

2 主要業(yè)務(wù)流程概述

圖1 遇險(xiǎn)救生任務(wù)涉及的4個(gè)要素交互示意圖

遇險(xiǎn)救生任務(wù)所涉及的要素可歸納為：遇險(xiǎn)對(duì)象、險(xiǎn)情監(jiān)視力量、搜救指揮部門(mén)、救援力量等4個(gè)要素，如圖1所示。遇險(xiǎn)對(duì)象包括海上遇險(xiǎn)船只，飛行員等；險(xiǎn)情監(jiān)視力量主要包括岸基的險(xiǎn)情信息接收站點(diǎn)、險(xiǎn)情信息處理設(shè)備及險(xiǎn)情值守人員等；搜救指揮部門(mén)是指各級(jí)組織指揮搜救行動(dòng)的職能部門(mén)；救援力量通常由兩部分組成，一部分是專業(yè)的搜救力量，另一部分是事故發(fā)生地附近的艦船及飛機(jī)等非專業(yè)搜救力量。

遇險(xiǎn)對(duì)象及時(shí)準(zhǔn)確的險(xiǎn)情報(bào)告，險(xiǎn)情監(jiān)視力量全時(shí)、全域的險(xiǎn)情監(jiān)視，搜救指揮部門(mén)快速有效的救援組織和順暢精確的救援指揮，搜救力量緊密有序的現(xiàn)場(chǎng)協(xié)同是確保海上遇險(xiǎn)救生任務(wù)順利完成的必要條件[3]。其中，遇險(xiǎn)救生通信是遇險(xiǎn)救生任務(wù)順利完成的首要環(huán)節(jié)和基本支撐手段。

遇險(xiǎn)救生信息處理系統(tǒng)的主要職能是對(duì)遇險(xiǎn)信息的接收、解析和后續(xù)處理。報(bào)文的接收與用戶發(fā)送收妥確認(rèn)業(yè)務(wù)流程的時(shí)序圖如圖2所示。

各過(guò)程描述如下：

1)遇險(xiǎn)對(duì)象在遇險(xiǎn)的緊急情況下會(huì)通過(guò)短波數(shù)字選擇性呼叫(以下簡(jiǎn)稱DSC)、超短波DSC、短波窄帶直接印字報(bào)(Narrow Band Direct Printing telegragh，以下簡(jiǎn)稱NBDP)、北斗衛(wèi)星、特高頻(Ultra High Frequency)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星(以下簡(jiǎn)稱UHF戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星)等多種手段發(fā)出遇險(xiǎn)報(bào)告和告警信息，信息內(nèi)容中包含遇險(xiǎn)對(duì)象身份標(biāo)識(shí)、遇險(xiǎn)性質(zhì)、地點(diǎn)、時(shí)間及后續(xù)通信方式等信息，以便救援力量精確定位并給予救援；

2)岸基設(shè)備接收到遇險(xiǎn)報(bào)告和告警信息后上報(bào)給遇險(xiǎn)救生信息系統(tǒng)，本系統(tǒng)應(yīng)具有全時(shí)、全天候監(jiān)聽(tīng)海上遇險(xiǎn)報(bào)警信號(hào)的能力；

3)消息傳輸與處理子系統(tǒng)對(duì)險(xiǎn)情信息進(jìn)行預(yù)處理和分發(fā)。系統(tǒng)解析報(bào)文并預(yù)處理成可以查看的形式，按照特定的分發(fā)策略分發(fā)給相應(yīng)操作人員，確保可靠、準(zhǔn)確、不遺漏地接收和分發(fā)海上遇險(xiǎn)呼救信號(hào)；

4)系統(tǒng)在接收到險(xiǎn)情信息并分發(fā)給相關(guān)人員后，給出告警提示，相關(guān)人員必須進(jìn)行險(xiǎn)情值守，以人工方式盡可能以最快速度對(duì)險(xiǎn)情進(jìn)行確認(rèn)或轉(zhuǎn)發(fā)給其他人處理，確保險(xiǎn)情信息及時(shí)被處理，確保搜救指揮部門(mén)及時(shí)、準(zhǔn)確掌握海上險(xiǎn)情。同時(shí)，本系統(tǒng)上報(bào)遇險(xiǎn)報(bào)文至救援值班系統(tǒng)與通信指揮控制系統(tǒng)；

5)險(xiǎn)情信息已被處理的情況下，在條件允許(如遇險(xiǎn)通信設(shè)備電力未喪失、遇險(xiǎn)人員清醒，時(shí)間允許等)的情況下，操作人員應(yīng)可以與遇險(xiǎn)對(duì)象之間利用短波NBDP、UHF戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星、“北斗”短消息等手段進(jìn)行后續(xù)通信，便于指揮人員對(duì)救生力量進(jìn)行指揮和險(xiǎn)情信息的后續(xù)處理。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

遇險(xiǎn)救生信息處理系統(tǒng)采用Struts框架實(shí)現(xiàn)模型-控制器-視圖模式，對(duì)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)和用戶接口進(jìn)行分離，采用Hibernate框架實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，采用Spring實(shí)現(xiàn)對(duì)象管理，采用Apache CXF框架實(shí)現(xiàn)對(duì)Web Service的調(diào)用與發(fā)布，系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 遇險(xiǎn)救生信息處理系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)各模塊之間以及系統(tǒng)與其他通信子系統(tǒng)之間的消息交互示意圖如圖4所示，實(shí)線部分為本系統(tǒng)的構(gòu)成模塊，虛線部分為外系統(tǒng)部分。

圖4 消息傳輸及處理子系統(tǒng)消息交互示意圖

3.1 設(shè)備消息交互與處理模塊

本模塊分為消息接收與發(fā)送子模塊、報(bào)文信息解析與處理子模塊以及設(shè)備狀態(tài)參數(shù)解析與處理子模塊三部分，各子模塊之間的關(guān)系如圖5所示。

圖5 設(shè)備信息交互與解析模塊交互圖

3.2 消息接收與發(fā)送子模塊

該模塊主要實(shí)現(xiàn)建立與維護(hù)與通信設(shè)備之間連接，接收設(shè)備消息以及發(fā)送消息到設(shè)備三部分的功能。為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，本模塊為各通信子系統(tǒng)提供多種接入手段。對(duì)于短波和超短波通信子系統(tǒng)，系統(tǒng)提供以太網(wǎng)與電話網(wǎng)兩種傳輸方式，默認(rèn)使用以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，以太網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)可自動(dòng)切換至電話網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于北斗衛(wèi)星通信子系統(tǒng)，系統(tǒng)提供串口與網(wǎng)口兩種接入方式，默認(rèn)使用網(wǎng)口連接，出現(xiàn)故障后可自動(dòng)切換到串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，本模塊還提供消息的重傳機(jī)制來(lái)確保消息的可靠傳輸。

3.3 報(bào)文信息解析與處理子模塊

該模塊主要提供報(bào)文信息生成，報(bào)文內(nèi)容解析以及持久化等功能。本系統(tǒng)綜合多種通信手段，每種通信手段又有多種格式的報(bào)文，本模塊按照相應(yīng)的報(bào)文協(xié)議對(duì)消息接收與發(fā)送子模塊接收的相應(yīng)報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并將報(bào)文存入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行持久化，以便用戶查看和操作。用戶主動(dòng)發(fā)起通信時(shí)，本模塊負(fù)責(zé)生成要發(fā)送的報(bào)文，并通過(guò)消息接收與發(fā)送子模塊發(fā)送。

3.4 設(shè)備狀態(tài)參數(shù)解析與處理子模塊

該模塊主要提供設(shè)備參數(shù)，設(shè)備狀態(tài)等信息的生成和解析功能，主要包括對(duì)同步、登錄、輪詢、應(yīng)答、設(shè)備狀態(tài)上報(bào)等信息的生成與解析。本模塊根據(jù)接收的數(shù)據(jù)來(lái)建立與維護(hù)本系統(tǒng)與設(shè)備之間的連接狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)等狀態(tài)信息，并將設(shè)備信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行持久化，以便服務(wù)器用戶根據(jù)設(shè)備狀態(tài)選用正確的設(shè)備進(jìn)行操作。用戶對(duì)設(shè)備的操作指令通過(guò)本模塊生成，通過(guò)消息接收與發(fā)送子模塊實(shí)現(xiàn)發(fā)送。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)用戶反饋，系統(tǒng)能夠較好地能夠滿足遇險(xiǎn)救生任務(wù)的特殊性，保證了消息傳輸?shù)母咝?、穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)數(shù)據(jù)分發(fā)的準(zhǔn)確性和安全性有較好的保障。

與傳統(tǒng)遇險(xiǎn)救生體系相比，本系統(tǒng)具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1)實(shí)現(xiàn)多種通信手段的綜合使用以及統(tǒng)一調(diào)度。由于海上險(xiǎn)情發(fā)生具有難以預(yù)料的不確定性，所有險(xiǎn)情報(bào)知手段須全時(shí)、全天候、全區(qū)域進(jìn)行值守，該系統(tǒng)可以為值守人員集中和統(tǒng)一處理各種手段報(bào)知的險(xiǎn)情提供便利，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多種手段、多次報(bào)知同一遇險(xiǎn)事件險(xiǎn)情的綜合處理；

2)大幅提升險(xiǎn)情信息的傳輸和處理效率。遇險(xiǎn)救生信息系統(tǒng)在接收到遇險(xiǎn)信息后會(huì)按照分配策略將險(xiǎn)情信息自動(dòng)分發(fā)給相關(guān)值守人員進(jìn)行處理，可以實(shí)現(xiàn)險(xiǎn)情信息有無(wú)線自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)功能，利用岸基現(xiàn)役網(wǎng)絡(luò)連接險(xiǎn)情接入點(diǎn)裝備和險(xiǎn)情信息處理裝備，減少落地環(huán)節(jié)，提高信息傳遞效率；

3)提高險(xiǎn)情信息的保密性，提供精確可靠的問(wèn)責(zé)手段。軍用海上對(duì)象遇險(xiǎn)通常是軍事行動(dòng)的延續(xù)，尤其是對(duì)于隱秘性要求較高的海上對(duì)象，其險(xiǎn)情信息具有非同尋常的社會(huì)、政治、軍事和經(jīng)濟(jì)影響，必須謹(jǐn)慎及時(shí)的處理，否則將破壞軍事行動(dòng)的隱蔽性，帶來(lái)極為不利的國(guó)際影響。因此，必須確保獲得遇險(xiǎn)事件“第一知情權(quán)”以贏取主動(dòng)。本系統(tǒng)提供較為科學(xué)健全的分發(fā)策略，為控制海上對(duì)象險(xiǎn)情知情范圍，明確險(xiǎn)情處理責(zé)任人提供保障。

5 總結(jié)

系統(tǒng)目前已投入正式使用，針對(duì)遇險(xiǎn)救生任務(wù)需要綜合多種通信手段的需求，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能統(tǒng)一與其他通信子系統(tǒng)之間的協(xié)議，對(duì)已經(jīng)建設(shè)完成，無(wú)法修改的通信子系統(tǒng)，單獨(dú)定制通信協(xié)議，減少設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸高效、穩(wěn)定和可靠的需求，一方面，在與通信設(shè)備交互時(shí)加入消息重傳機(jī)制，從而減小網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等問(wèn)題對(duì)消息傳輸帶來(lái)的影響，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。另一方面，為各通信子系統(tǒng)提供多種接入手段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性?？紤]到知情權(quán)問(wèn)題，系統(tǒng)提供包括對(duì)遇險(xiǎn)對(duì)象、遇險(xiǎn)性質(zhì)和報(bào)文種類權(quán)限的靈活配置，在接收?qǐng)?bào)文后根據(jù)權(quán)限直接分發(fā)到不同用戶，通過(guò)聲光告警等手段告知用戶，減少消息傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，提高消息傳輸?shù)男逝c安全性。

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Research on Application of Multi-Communication Methods in Distress and Rescue System

Chen Chao, Wang Yi, Mao Qiang, Xue Kai

(Science and Technology on Space Physics Laboratory,Beijing 100076,China)

The safety of vessels’ waterborne operations, which is closely related to lives and property, has become the most important element in navigation. However, the land-based monitor system faces great challenges since China is a country with large maritime territory and accidents in the sea are usually unpredictable. For these reasons, the monitor system should not only provide full-time and all-weather communication channels to receive signals sent by vessels in distress, but also process the message as soon as possible. Therefore, it is necessary to build a distress and rescue information system and specify rules of message transmission to ensure the success of communication between ships and rescue center. This paper introduces the background of Distress and Rescue Information System and reviews the current status of system in distress and rescue field which can deliver distress messages to the command center accurately in less delay, it has raised the level of automation in message transmission. System can also improve the security level of message transmission process and identify responsibilities in the distress rescue task.

distress and rescue system; message transfer and process; multiple communication methods

2017-08-31；

2017-09-23。

陳 超(1988-)，男，山東濰坊人，碩士研究生，工程師，主要從事航天軟件復(fù)用及信息處理技術(shù)方向的研究。

1671-4598(2017)12-0184-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.12.048

TN91

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