目前,固定短波通信系统已建设固定短波电台116个。其中,省地震局电台基站1个,州(市)地震局电台16个,直属地震台电台11个,县地震局电台88个(表1)。云南省共有各级地震局及直属地震台等地震部门151个,其中省级地震局1个,州(市)级地震局16个,县级地震局129个,直属地震台15个。固定短波通信系统建设工作将继续推进,计划覆盖云南省所有地震部门。

表1 固定短波通信系统电台表
Tab.1 Radio stations of stationary shortwave communication system

图2 固定短波通信系统结构
Fig.2 Structure of stationary shortwave communication system

固定短波通信系统共有两种工作模式。一种是日常模式。无地震发生时,系统处于日常模式。所有短波电台每周都将启动进行联通测试,检测设备和信道工作状况,积累使用经验。另一种是应急模式。地震发生后,震区及附近区域电台迅速启动进入应急模式,第一时间与省局基站联通启动灾情速报,主动汇报地震有感范围、灾害损失情况等。省局基站获取震情信息后,及时报告相关部门,开展应急指挥和部署抗震救灾工作。

车载短波通信系统又称为地震现场灾害调查短波通信保障系统。

根据云南省地震局应急工作要求,地震发生后现场工作队要立即赶赴灾区开展应急工作。考虑到震区通信情况无法确定,云南省地震局设计并建设了车载短波通信系统。该通信系统由现场指挥基站、车载短波电台、单人背负短波电台和超短波手持台组成,通过短波和超短波信道组网,用于实现现场指挥部与后方指挥部之间、现场工作队与现场指挥部之间、工作队各车载电台之间以及工作人员与车载电台之间的通信联络(图3)。

目前,车载短波和超短波通信系统共建设有各类短波和超短波电台140个,其中,现场指挥短波基站1个,超短波基站1个,车载短波电台36套,单人背负短波电台2套,超短波手持台100个(表2)。组成的短波通信网能够覆盖地震现场应急工作区域,提供通信保障。

图3 云南省地震应急短波通信系统组成
Fig.3 Components of Yunnan Earthquake Emergency Shortwave Communication System

表2 车载短波通信系统电台表
Tab.2 Radio stations of vehicular shortwave communication system

现场指挥基站由现场工作队到达地震灾区后选址架设。基站选用澳大利亚柯顿NGT-SR短波电台和28M高增益三线基站天线。现场基站支持最远通信距离大于1 000 km,在完全覆盖地震灾区的同时,能够与省内多数固定和车载短波通信系统进行通信。

车载短波电台(图4)选用柯顿NGT-SR电台和9350自动调谐鞭状车载天线,安装在越野性能较好的汽车上,电台由汽车自带12 V蓄电池供电。地震发生后,36套车载电台由现场指挥基站统一协调管理,第一时间赶赴震区不同地点分散分布,组成现场车载短波通信网。

为了克服鞭状天线的短波盲区,系统还配置了多套无盲区半环车载短波天线。

背负电台和手持台作为车载电台的延伸,主要用于道路中断时由工作人员携带步行进入指定区域的保障通信。背负电台重量轻、功率大、便

图4 车载短波电台安装示意图
Fig.4 Installation diagram of vehicular shortwave radio

地波在传播过程中与大地产生感应电荷,感应电荷随电波传播而形成地电流。由于大地存在电阻,地电流通过时要消耗能量,进而造成大地对地波的吸收。地电阻是变化的,其大小与电波的频率有关,频率越高电阻越大,大地对电波的吸收作用愈强。同时还要考虑到,地波的传播距离与频率成正比。鉴于以上情况,短波电台利用地波传播方式进行通信时选用的频率不要过高或过低。正常情况下,地波传播适宜频率一般为1.5～5 MHz(牛峰等,1997)。

利用天波传播进行远距离通信是地震应急短波通信系统的主要工作方式。天波传播方式依靠大气电离层折射,与电离层电子密度有直接关系。电离层的电子密度大小随日照强弱变化(赵晖等,2001)。这就决定了为取得良好的通信效果,短波通信采用的工作频率也要随电离层变化而改变。一般说来,选择天波传播频率要考虑以下原则:

(1)低于最高可用频率

最高可用频率是指在实际通信中,能够被电离层反射回地面的电波的最高频率。通信频率不得高于最高可用频率,否则电波将穿过电离层。最高可用频率与电子密度和通信距离有关,电子密度越大、通信距离越远,最高可用频率越高。考虑到电离层电子密度是随时变化的,最佳频率应适当低于最高可用频率。一般来说,最佳频率应当低于最高可用频率10%～20%。这里我们取最高可用频率的85%为最佳频率(张太福,韩宇,2013)。

根据理论计算和日常工作经验,我们列出了云南省不同通信距离在不同时段的最高可用频率(表3),并计算出最佳工作频率。限于测试条件,表中所列工作频率并非确定的频率,而是在此频率附近可以上下浮动。

表3 云南地区最高可用频率、最佳频率表
Tab.3 Maximum usable frequency and best frequency in Yunnan region

观察表3我们可以发现,某一频率在某一时段可以作为最佳工作频率,在另一时段就可能超过了最高可用频率。因此,在一昼夜内最佳工作频率应当是变化的。通常实际工作中,选用两个频率分别作为日频和夜频,一昼夜变换1～2次。频率变换一般在电子密度变化剧烈的黎明和黄昏时刻适时进行。

实际工作频率的选择还需要考虑非技术因素。根据《无线电管理条例》规定,国家无线电管理机构对无线电频率实行统一划分和分配,设置和使用无线电台应当报请无线电管理机构审批。

综合考虑地波、天波传播通信频率的要求,以及国家对无线电频率的管理规定,云南省地震应急短波通信系统共选择6个实际工作频率(表4),并已全部通过云南省无线电管理委员会审批。

表4 云南省地震应急短波通信系统工作频率表
Tab.4 Working frequency of Yunnan Earthquake Emergency Shortwave Communication System

普洱市景谷县距昆明约500 km,应急车辆到达景谷6.6级地震现场需要6个小时。在6小时之内,现场指挥基站尚未架设,省局基站承担整个短波通信系统的指挥功能,此阶段为后方基站指挥阶段。

(1)应急响应。景谷6.6级地震发生后,云南省地震应急短波通信系统立即启动。省局短波基站、震区及周边市县地震局电台迅速开机。8套车载短波电台、2个背负电台以及40个手持台随现场工作队第一时间赶赴震区。在现场工作队到达灾区前,省局基站作为指挥中枢,负责协调所有电台通信。

(2)信息收集与反馈。震区及周边市县地震局电台要迅速收集当地的地震灾情、震感范围、通信、电力及交通等基础设施损坏信息,初步整理后及时上报省局基站。此次地震应急过程中,普洱市局、临沧市局、德宏州局和景谷县局等电台第一时间开机上报了灾情信息。省局基站分类整理所有电台报送信息,并及时上报后方应急指挥部。同时,省局基站与行进中的所有车载电台保持联络,将收集到的灾情信息反馈给各车载电台。车载电台根据反馈信息制定工作计划,以备到达灾区后立即开展工作。

到达景谷灾区后,现场工作队立即开始架设现场指挥基站。为保障通信效果,高增益三线基站天线应架设在高处。实地考察后,现场工作队将基站天线以水平架设方式安装在离地约15 m的楼顶。架设完成后,现场指挥基站开始接替省局基站承担整个短波通信系统的指挥功能。短波通信系统进入现场基站指挥阶段。

(1)指挥移交。现场基站架设完成需要进行联通测试,确保短波对灾区的覆盖。现场基站先后与省局基站、市县局电台、车载电台进行通信,明确通知各电台,系统指挥中枢已变更为现场基站。

(2)应急指挥。现场基站指挥8套车载电台进入灾区不同区域,搭建覆盖灾区的短波通信网络。车载电台主要进行灾害损失调查工作,包括民房、公用基础设施、重大生命线工程损坏情况,以及地震监测、强震监测仪器的运转情况。对于车辆不能到达区域,工作人员将携带背负电台和手持台步行进入。在应急工作期间,现场短波基站全时开机值守,实时跟踪各车载电台、背负电台的调查进展,并随时传达现场指挥部命令。

由于车载电台所配鞭状天线存在物理盲区,车载电台之间通信会受到一定程度影响,因此现场基站还将负责车载电台之间的通信中转。

(3)功能测试。现场应急工作后期,现场基站将组织全网络测试,完善短波通信系统功能。现场基站每日上午、下午两次定时与省局基站和全省州、市局电台进行联通测试。测试不同距离、不同时段、不同频率的通信效果,积累实际使用经验。