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1、关于构建国家应急卫星通信网的思路第18卷第3期2009年5月航天器工程SPACECRAFTENGINEERINGVo1.18NO.3关于构建国家应急卫星通信网的思路闵士权(北京卫星信息工程研究所,北京100086)摘要依据国家需求和国内卫星通信发展实况提出了构建我国国家级应急卫星通信网的思路,文中阐述了应急卫星通信网的体系结构及其建设要求.关键词国家应急通信应急卫星通信网抢险救灾中图分类号:TN927文献标志码:A文章编号:16738748(2009)03000107SomeThoughtsonSettingupaNationalEmergencySatelliteCommunications
2、NetAbstract:BasedonthenationaldemandandstatusquoofChinaSsatellitecommunicationsdevelopment,thepaperputsforwardthewayofconstructinganationalemergencysatellitecommunicationsnetinChina,andelaboratesthesystemstructureandrequirementsforemergencysatellitecommunicationsnet.Keywords:nationalemergencycommuni
3、cations;emergencysatellitecommunicationsnet;emergencymanagementanddisasterrelief1卫星通信在汶川地震抢险救灾通信中的重大作用2008年5月12日中国汶川地区发生特大地震,地面通信设施遭到严重破坏,成为信息孤岛,而卫星通信在这次抗震救灾中发挥了重大作用.灾区与外界的首次通信联络靠的是卫星电话;地面移动通信网的恢复靠的是卫星基站;现场采访,直播报道靠的是通信卫星和移动转播车;现场指挥靠的是卫星电话,应急通信车,背负式卫星通信小站;堰塞湖无人视频监测,灾区可视电话开通靠的是宽带卫星数据采集终端口.卫星通信在此次地震灾害中
4、,创造了”三个第一”:实现了汶川映秀镇灾后的第一次通话;实现了汶川灾后第一个移动通信基站的开通;实现了映秀镇灾后第一个实时视频传送平台运行.据工业和信息化部统计,截至2008年5月底,灾区共投入卫星移动电话1879部,应急通信车及其他应急通信装备1093台/套,中速率数据(IDR)卫星基站80套,VSAT站100套,卫星电话累计通话16.5万余次,累计通话时长28.2万余分钟口.这次抗震救灾活动再次证明,卫星通信具有地面网络所不具备的备份性,广泛覆盖性和灵活性,不受距离和地形的限制,不需要布设通信基站,不依赖地面通信条件等优势,在没有光纤,没有无线通信条件下,或发生突发事件地面通信网络遭受破坏
5、时,卫星通信仍可以实现话音,视频和数据通信服务,甚至收稿日期:20090410;修回日期:20090416作者简介:闵士权(1936一),男,研究员,曾任中国通信广播卫星公司总工程师,东方红三号通信卫星工程应用系统总设计师,现主要从事卫星通信系统研究.CB.mB航天器工程18卷在不具有电力条件的地方,只有卫星通信仍有用武之地.这次地震的救灾工作,虽然卫星通信发挥了重大作用,但也不能否认,我国尚未建立起能适应全国和各地使用的国家应急卫星通信网.这次汶川震区的卫星通信主要是依靠国内拥有卫星通信设备的一些部委和企业紧急动员,携带设备奔赴现场开通业务而提供服务的.2建立国家应急卫星通信网的必要性,可行
6、性和指导思想2.1必要性建立国家应急通信网的必要性如下:1)2008年年初南方冰雪灾害和5?l2汶川地震灾害表明,卫星通信在地面通信公网失效情况下是一个主要的甚至是唯一的应急通信手段;2)2008年年初南方冰雪灾害和5?12汶川地震灾害也表明,我国现有卫星通信设施结构,配置和管理不能适应各种突发事件的需要,特别是特殊环境和条件下的需要;3)我国迫切需要构建一个能应对各种突发事件,能快速通达各地区,各部门和广大民众的国家级应急卫星通信网,为国务院应急平台提供信息支持.2.2可行性建立国家应急卫星通信网的可行性有:1)我国现有较丰富的可使用的国内外卫星资源;2)我国可以自制或引进各种VSAT通信设
7、备;3)我国有关地区和部门已建有小型应急卫星通信网;4)我国政府公布的应急通信建设方案中包含了卫星通信手段;5)我国从技术上和经济上已基本具备自行设计,建造为我所有,为我所用的国家级应急卫星通信网.2.3指导思想建立国家应急卫星通信网的指导思想是:1)将卫星同定通信网,卫星移动通信网,卫星直接广播网,部门卫星通信专网等相关业务,设备组合成一个统一指挥调度服务的国家应急卫星通信网;2)此网应适应国家应急平台要求_2,并满足国家四级灾害应急救助指挥系统卫星通信网要求3,成为其重要组成部分;3)国家应急卫星通信网工作必须适应恶劣工作环境和条件:地面公众服务设施严重受损导致停电,停水,通信失灵,公路和
8、铁路不能行驶车辆等;4)第一阶段利用现有国内外卫星资源和国内外地面设备初步建成国家应急卫星通信网;5)第二阶段发射移动通信业务国产静止轨道卫星以及其他卫星,建成以国内卫星资源和国产地面设备为主的国家应急卫星通信网.3国家应急卫星通信网体系结构国务院2006年6月15日颁发的国务院关于全面加强应急管理工作的意见中有关加强应对突发公共事件的能力建设,明确要求要统筹规划建设具备监测监控,预测预警,信息报告,辅助决策,调度指挥和总结评估等功能的国家应急平台.卫星通信网具有地面通信网不可替代的特点,应是国家应急平台通信网不可或缺的组成部分.国务院办公厅2007年8月5日颁发的围家综合减灾十一?五规划中提
9、出了八大建设工程,其中第二项工程为”国家四级灾害应急救助指挥系统建设工程”,文中指出“要完善应急通信和信息保障能力,为国务院应急平台提供数据支持”3.卫星通信是完善应急通信和信息保障能力的不可缺少的手段,它应是国家应急通信网的重要组成部分.本文依据国务院上述两个文件要求和民政部专家提出的相关资料,提出了适用于上述诸要求的国家应急卫星通信网的建设思路.同家应急卫星通信网体系结构如图1所示.由图1可知,国家应急卫星通信网体系结构由五类网络组成.其中第一项卫星固定通信网是国家应急卫星通信网中的骨干网络;第二项卫星移动通信网,第三项卫星直接广播网,第四项部门卫星通信专网是国家应急卫星通信网巾辅助网络,
10、虽为辅助网络,但都是国家应急卫星通信网中不可缺少的组成部分,在某些场合或某种条件下可起到关键性作用或实现卫星固定通信网无法完成的任务;第五项是地面公网用的卫星支援网,这主要用在巨灾后地面公网遭到严重破坏不能_作情况下,利用卫星通信站构成支援网代替其故障设备从而恢复其通信能力而建立的通信网络.3.1卫星固定通信网第3期闵士权:关于构建国家应急卫星通信网的思路根据”国家四级灾害应急救助指挥系统建设工程”等相关资料要求,其相应应急卫星通信系统应为中央,省,市,县四级体制E43.经分析,该系统宜用卫星固定业务(FSS)VSAT系统组成,其卫星选用我国三大卫星公司拥有的静止轨道通信卫星(中卫一1,鑫诺一
11、1,亚洲卫星一2,亚洲卫星一3S,亚洲卫星一4,亚太一2R,亚太一5,亚太一6卫星),通信频段选用Ku频段.系统有四种工作模式,见图2图5,其组成和功能见表1.表中括号内的项目为可选项.图1国家应急卫星通信网体系结构表1国家应急卫星通信网体系结构中固定通信网工作模式组成和功能Table1ConstitutionandfunctionofFSSnetinnationalemergencysatellitecommunicationsnet模式编号1234模式名称中央站与地方站通信固定站与车载站通信固定站与便携站通信遥感数据接收与分发下级信息上报现场灾情上报现场灾情上报模式用途决策信息发布决策信息
12、发布决策信息发布卫星遥感监测数据接收灾情现场会商与分发卫星类型静止轨道通信卫星静止轨道通信卫星静止轨道通信卫星静止轨道通信卫星4航天器工程18卷模式编号1234中央站中央站中央站中央站省级站省级站省级站省级站地球站类型市级站市级站市级站北京站县级站(县级站)(县级站)喀什站车载站便携站三亚站站间通信特征固定一一固定固定一一车载固定一一便携固定一一固定中央一星一省中央一星一车载中央一星一便携喀什一星一北京中央一星一市省一星一车载省一星一便携三亚一星一北京前向链路路径中央一星一县市一星一车载市一星一便携(省一星一县)(县一星一车载)(县一星一便携)决策信息发布决策信息发布决策信息发布卫星遥感数据上
13、传前向链路业务灾情现场会商前向业务类型话音,数据,(图像)话音,数据,图像话音,数据,(图像)遥感图像省一星一中央车载一星一中央便携一星一中央北京一星一各省市一星一中央车载一星一省便携一星一省返向链路路径县一星一中央车载一星一市便携一星一市(县一星一省)(车载一星一县)(便携一星一县)上报灾情信息上报灾情信息上报灾情信息卫星遥感数据分发返向链路业务灾情现场会商返向业务类型话音,数据,(图像)话音,数据,图像话音,数据,(图像)遥感图像现心图2中央站与地方站通信模式EsFig.2CommunicationsmodebetweencentralstationandlocaIstation通信_p星
14、遥感星心现场灾情信息发布流省级卫?-?-?-?决策信息/遥感监测信息广播信息流图家,省级灾害信息中心图3固定站与车载站通信模式Fig.3Communicationsmodebetweenfixedstationandvehiclestation基层救灾部门(便携终端)+灾情上报信息流一预警信息广播信息流西罂国家,省筝害信息图4固定站与便携站通信模式Fig.4Communicationsmodebetweenfixedstationandportablestation通信卫星遥感卫星测国家卫星减灾应用中心图5遥感数据接收与分发模式”Fig.5Receivinganddistributingmod
15、eforremotesensingdata其中遥感数据接收与分发模式由来是这样的:我国由两颗光学星和一颗雷达星构成的”环境与灾第3期闵士权:关于构建国家应急卫星通信网的思路5害监测预报小卫星星座”投入应用后,每天都会发回大量的遥感监测数据.我国幅员辽阔,灾害分布广,灾害频发,很难及时对全国范围内所有突发性自然灾害进行及时的监测和处理,需要将遥感数据及时分发到全国各省区,由地方来进行相关数据处理和评估工作.因此,可以利用通信卫星将遥感数据从北京汇集后再分发到各个地方遥感减灾应用机构的固定接收终端,完成相应的遥感灾害监测数据处理和评估工作.3.2卫星移动通信网静止轨道卫星移动通信中,波束覆盖包含中
16、国的系统有”国际移动卫星”(Inmarsat)通信系统,”亚洲蜂窝卫星”(ACeS)通信系统和”瑟拉亚”(Thuraya)卫星通信系统.低轨道卫星移动通信中已提供我国使用的系统有”全球星”(Globalstar)卫星移动通信系统.它们的地面用户终端有固定式,移动式,便携式和手持式,可提供数据和话音业务,豳高达256K的视频492K的高速上网其中手持式用户终端示例见图6,此外,”国际移动卫星”的便携式BGAN(BroadbandGlobalAreaNetwork)终端,还可提供宽带多媒体业务,其工作模式见图7.以上各系统均可作为我国应急卫星通信系统的组成部分,特别是在灾区现场可提供单位和个人作应
17、急通信使用.图6ACeS和Thuraya卫星移动通信系统的手持式用户终端Fig.6HandheldterminalofACeSandThurayasatellite专线图7”国际移动卫星”通信系统BGAN终端通信网络应用示意图.Fig.7BGANterminalofInmarsat3.3卫星直接广播网我国已经利用卫星固定业务(FSS)的通信卫星开通了中央电视台的”村村通”卫星直播业务和中国教育电视台远程教育卫星直播业务,其中鑫诺一3和中星一6B两星主要承担着C频段”村村通”电视直播任务.我国还建设了Ku频段卫星广播业务(BSS)的数字广播电视卫星直播系统.该系统空间段由中星一9和鑫诺一4卫星组
18、成,其中中星一9卫星已投入运营,在此星运行初期中国广电部门已安排了”村村通”广播业务,已开通中央和省级48套电视和广播节目,直接服务于我国20户以上已通电的71.66万个自然村.此外,我国广电部门还正在建设中国移动多媒体广播(简称CMMB)系统,此系统的网络是以S频段卫星传输与地面网络相结合的元缝协同覆盖的移动多媒体广播网络,可供移动便携式手持终端以及车载,船载,机载接收机等设备随时随地接收音视频广播节目和服务信息.以上诸系统均可兼任应急广播业务,它可不依赖地面通信广播网而直接向家庭,集体和个人在灾情发生前广播预警信息,在灾情发生后广播抢险救灾实况和中央抢险救灾决策固航天器工程l8卷等重要信息
19、.3.4部门卫星通信专网我国与抢险救灾相关的机构如水利,气象,地震,林业,公安,交通,国土资源等部门除使用地面通信网外,都建有卫星通信专用网.这些专用通信网主要使用的是固定通信业务的通信卫星,还使用了移动通信业务的”国际移动卫星”和”全球星”,也有使用我国”北斗”导航卫星的信息信道传递数据信息.例如水利部现有一个卫星通信主站(北京)和582个卫星通信小站组成的可实现语音,数据,图像传输的防汛卫星通信网,承担着水雨情数据报汛,异地会商,应急抢险机动通信等重要防汛通信任务.此防汛卫星通信网包含有卫星高速数据骨干网,防汛卫星数据网,水雨情数据报汛网,防汛异地会商图像传输网,防汛专用卫星话音网,应急机
20、动通信系统等.气象局现有一个以北京中心站,连接6个区域气象中心,30个省级气象局,300个地市级气象局的远端站和2300个县级数据单收站组成的中国气象VSAT卫星通信专用网.它由卫星数据网,卫星电话网和气象卫星数据广播网组成,承担着气象信息的收集分发和信息传输任务.在此基础上,又增建了用于天气预报电视会商使用的卫星通信网l1.地震局现有一个以北京中心站,连接全国各地200多个远端站组成的中国地震卫星数据通信网络.此网拥有多种业务类型,如:测震数据接收/广播,地壳运动观测数据接收/转发,全国地震计算机网络通信,区域地震台网数据通信,地震应急通信等1.上述各部门的卫星通信专用网可作为本应急卫星通信
21、网体系结构中卫星固定通信网的补充,备用和延伸网络.3.5地面公网用的卫星支援网地面公众通信网主要是指地面光缆固定电信网,无线蜂窝移动通信网.卫星支援网与地面公众通信网的支援关系可以有三方面:在灾区公众通信网空白地处可用VSAT卫星通信网来延伸;地面公网容量不够地区可用VSAT卫星通信网来补充;地面公网节点故障处可用VSAT卫星通信网来接替.3.6全网管理系统为了保障国家应急卫星通信网整个网络体系正常和稳定运行,需建立一个管理系统及实施此管理的监管平台,使本体系内各类网络之间既能独立运行又能互连互通,并能对全网的运行状态进行实时监视,对体系内各类网络实施统一指挥和调度.本管理系统的监管平台又与国
22、家应急平台和国家四级灾害应急救助指挥系统互连互通,向它们提供信息,并接受它们的指挥和调度.4服务能力,工作环境和建设步骤4.1服务能力建成的国家应急卫星通信网具有以下服务能力:1)服务对象:政府,企事业,集体,家庭和个人;2)服务区域:我国大陆,沿海各岛及大陆周边海域;3)服务业务:话音,数据,视频和多媒体等业务,信息采集,分发和广播等业务;4)用户终端:固定式,可搬运式,便携式,手持式等;5)服务时间:全时,全天候;6)服务质量:符合各种业务服务质量标准.4.2可承受灾区工作环境建成的国家应急卫星通信网可承受以下灾区工作环境:1)恶劣气象条件;2)恶劣地理条件;3)公路,铁路受损严重;4)地
23、面公网通信线路受损严重,通信终止;5)国家电网供电线路受损严重,供电终止.4.3建设步骤建设国家应急卫星通信网的步骤是:1)第一阶段:20lO年内利用现有国内外卫星资源和地面设备初步建成国家应急卫星通信网;2)第二阶段:20l5年内发射移动通信业务国产静止轨道卫星及其它卫星,建成以国内卫星资源和国产地面设备为主的国家应急卫星通信网.参考文献(References)1曹桂兴,孙宏金.专家通过汶川地震对发展通信卫星的思考EB/OI.(200806l9)20090315.http:/www.china2国务院.国务院关于全面加强应急管理工作的意见EB/OI.国发办(2006)24号.(2006061
24、5)2oo90320.tent一352222.htm3国务院办公厅.国家综合减灾卜一?五规划EB/OL.国发办(2007)55号.(20070805)20090320.http:/htrn第3期闵士权:关于构建国家应急卫星通信网的思路4李京,王兴玲.公益性通信卫星灾害应急通信需求分析c.公益性通信卫星研讨会论文.2006,95江志军,范士明,范一大.综合减灾平台建设与空间技术减灾应用c/全国第二届灾害链学术研讨会论文.江西赣州:中国灾害防御协会灾害史专业委员会,2007,l26AceS.SatellitemobilephoneR190EB/OL.20090315.ml7Thuraya.Thur
25、ayahandheldphonesSG-Z520EB/OL.20090315.thurayasmartphone.htm8Thuraya.ThurayahandheldphonesSO-2510EB/OL.20090315.thurayasatphone.html9北京中业宇通科技有限公司.宽带全球区域网(BGAN)移动卫星服务EB/OI.2()090315.http:/www.gpsl14.COnews.asp?BigClassName一卫星电话&Newsld一82261o中国气象局.中国气象卫星通信专用网络z.卫星通信广播导航遥感应用手册.北京:中国宇航出版社,200611任镇,唐
26、迎欣,周肃敏.卫星通信技术在地震事业巾的应用z.卫星通信广播导航遥感应用手册.北京:中国宁航出版社,2006(编辑:朱丽)酾中国卫通重组并入航天科技中国航天打造卫星服务完整产业链据央视网2009年4月10日报道,中国卫星通信集团公司(简称中国卫通)重组并人中国航天科技集团公司,通过资源整合,中国航天将形成卫星制造,发射,运营,地面应用完整的产业链.中国卫通原是我国六大基础电信运营商之一,整体拆分后,卫通基础电信业务并人中国电信集团,中国卫通及其卫星运营和卫星应用业务并人中国航天科技集团公司,并人资产约66亿元.今后,中国卫通将重点发展卫星空间段运营,地理信息与位置服务和卫星地面应用三大主营业务
27、,着力构建天地一体卫星运营服务体系.目前中国卫通在轨运行的卫星有8颗,分为商用通信广播卫星,广播电视专用卫星和直播卫星三大类.随着中国卫通的整体并入,航天科技集团将从传统意义上的”研制卫星”拓展到”卫星研制与运营”,延伸了宇航系统的产业链.据了解,未来5年我国还计划发射7颗通信广播卫星,到2015年,我国通信广播卫星资源的拥有量将达到l5颗,数量进人世界前五位.风云三号卫星为广东海洋生态提供遥感监测服务据中新社2009年3月25日报道,广州气象卫星地面站副站长曹静表示,预计到2010年,广东将建设150个海洋与渔业遥感监测数据库,保护广东海洋自然生态,自然遗址,珍稀濒危物种等资源,风云三号卫星将为此提供重大科学保障和服务.2008年l1月18日投入业务运行的我国第二代极轨气象卫星风云三号A星,具有全球,全天候,三维,定量,多光谱遥感监测能力,可提供从空间观测大范围海洋现象的可能性.广州气象卫星地面站借助海洋遥感监测技术,配合地面应用系统工程的建设,去年初就承担了相关研究任务.一年来,科研人员利用风云三号卫星提供的监控数据,为广东海洋环境监测和海洋自然生态保护提供了科学,及时,全面的服务.
