云南省是我国地震灾害损失最为严重的地区之一,地震灾害具有发生频率高、分布地域广、造成损失重等特点(周光全等,2003)。据统计,全省129个县(区)约90%的地区遭受过Ⅵ度以上地震破坏(张方浩等,2018)。地震灾害会造成大量人员伤亡、房屋倒塌损坏、基础设施破坏,严重影响社会生产生活秩序,特别严重的地震灾害会造成社会组织系统残缺以及功能丧失,在一定程度上影响着社会经济的发展。

建立地震应急指挥技术系统,可以大大提高政府对破坏性地震的应急反应能力,高效调度和运用一切可能的救灾力量,是应对破坏性地震发生、综合防御地震灾害的有效手段之一(姜立新等,2004)。在国家“十五”重大项目“中国数字地震观测网络”的推动下,我国建成了国家-区域-现场-州(市)四级地震应急指挥技术系统(姜立新等,2003),该系统是中国地震应急指挥系统不可或缺的组成部分,是覆盖全国的地震快速响应与应急指挥体系在地震现场的延伸。在“中国数字地震观测网络”“国家地震社会服务工程”等一系列国家、省部级项目推动下,目前全国31个省级(直辖市、自治区)地震部门中,有17家单位建设了车载集成的地震现场应急指挥技术系统,4家建设了箱体集成的地震现场应急指挥技术系统,其余单位配备了卫星通信设备、视频会议终端、移动工作站等现场工作装备,暂未进行系统集成。随着“十五”项目的推进与完成,云南省地震局地震现场应急指挥技术系统得到长足发展(赵恒等,2007),自建成以来,在地震现场的应急指挥调度、通信保障、信息获取与处理等方面发挥了积极的作用。

近年来,国内许多学者对地震现场应急指挥技术系统在建设和应用中遇到的问题和改进方法进行了研究,如娄世平等(2018)基于Android智能终端设计研发了地震现场应急指挥技术系统运维信息管理平台,以便于提升现场技术系统的运维质量,使其在震后地震应急工作中发挥重要的通信和指挥枢纽作用。吴楠楠等(2012),贾宁等(2016),康江等(2017),邓树荣等(2017)围绕各个省地震局地震现场应急指挥技术系统的功能设备、系统集成、运输平台、运维和应用模式方面进行探讨和改进。但以上研究对地震现场应急指挥技术系统核心业务视频会议保障方面的研究和讨论不多,对地震现场需要迫切解决的应急信息服务保障尚未提及。

现代应急通信和互联网新技术的发展推动地震现场应急指挥技术系统向高度集成、智慧服务方向发展。应急管理部成立后,国家、省(区)、地(市)、县(区)四级地震应急处置工作模式发生重大变化,对传统地震现场应急指挥技术保障提出了新的要求。本文分析总结云南地震现场应急指挥技术系统在数次地震现场应急保障工作中的应用经验和不足之处,以实用化为目标,探索云南地震现场应急指挥技术系统优化升级改造方法及应用模式。

地震现场应急指挥技术系统是地震应急指挥技术系统在地震现场的延伸,是地震现场应急工作的基础平台,它是通信网络、视频会议、信息支撑服务、车载集成平台等多系统的集成。

云南地震现场应急指挥技术系统的建设大致分为3个阶段。第一阶段是从无到有开创现场应急通信保障。2002年,云南省地震局建成2套海事卫星Mini-M站、1套海事卫星M4站、1套包括指挥中心主站及现场小站在内的VSAT卫星应急通讯系统,即第一代箱体结构系统。第二阶段是车载集成实现快速响应。2007年,系统完成了车载集成的升级改造,实现了卫星接收单元的自动展开和语音动中通功能,以及数据传输、视频会议、定位文传等功能。第三阶段是全面建设发展阶段。汶川地震后,在中国地震局和云南省人民政府下达的“十一五”“十二五”重大地震应急科学工程建设推动下,充分考虑云南高原特殊的地形地貌和较为严苛的救灾环境,系统实现了重装与单兵相结合,卫星与地面线路相结合,中国地震局、省政府、省直重要职能部门、州(市)地震部门、灾害现场五位一体的互联互通。该系统具备5个主要功能:一是应急通信,系统集成了VSAT卫星、海事卫星、短波通信、4G、无线图传系统,基于卫星网络实现了与国务院抗震救灾指挥中心、云南省人民政府应急指挥中心、抗震救灾指挥部成员单位应急指挥系统、州(市)应急指挥系统的互联互通。当重型装备无法进入极震区的情况下,可由现场队员携带卫星电话、短波通信终端等单兵通信装备深入灾区,及时保障音视频和电子文档的传输。二是科技保障,系统建成了全省应急基础数据库,配备快速评估系统、出图系统、推送系统和现场灾情综合展示平台,可为抗震救灾指挥部提供科技支撑。三是灾情获取,系统配备了无人机地震灾情获取系统,可快速获取灾区灾情信息。 四是会议保障,系统建设了召开指挥部会议必备的办公设备,可通过视频会议实现与后方的沟通联络和震情会商。五是后勤保障,建设了应急餐车、帐篷、睡袋等工作装备,集成了工作装备和个人装备,采用以车代库的方式,确保在震后第一时间快速出队。系统建成后为云南地区32次M_S≥5.0地震的现场应急处置工作提供了重要的科技支撑。

该系统的保障服务能力与有效应对大震巨灾的需求相比,仍然存在许多薄弱环节。主要表现在以下几个方面:一是现场应急通信网络保障条件复杂多变,地面网络受指挥部所在地电信基础设施、电力供应情况等外部因素制约,卫星通信受天气、地理环境、卫星信号覆盖强弱度、道路通行能力等因素制约。故需要统筹利用地面网络和卫星通信,按照互补互备的原则,根据不同响应级别分层次做好现场通信保障工作,守住现场应急通信保障的底线。二是因技术进步和历史发展沿革,系统采用“分步式”“烟囱式”建设,导致系统之间互联互通兼容性差,尤其是视频会议系统,品牌和型号不统一,网络结构多样化,在多终端互联后易影响视频会议质量。三是现场应急信息服务保障能力不足,部门之间协同性差,信息获取有限,信息碎片化针对性不强,人工分发信息服务效率低。

在国家重点地区地震灾害风险评估与应急处置能力建设和省十项重点工程项目的支持下,云南省地震局完成了云南地震现场应急指挥技术系统优化升级和改造工作,并应用于2018年8月13日云南通海5.0级地震和2018年9月8日云南墨江5.9级地震应急工作。地震发生后,地震现场应急信息服务系统立即启动,将震区基本概况、灾害快速评估结果、辅助决策建议、现场灾情、政府响应措施、救援力量行动等信息通过互联网向地震系统现场指挥部人员发送50余条实时信息,为指挥部决策者、专家组、各工作组应急人员第一时间查阅灾区相关信息,了解震区灾情、救灾实时动态提供了便利。云南省地震局现场综合保障组按照应急工作方案,携带应急通信车、优化后现场应急视频会议系统、卫星电话等装备第一时间赶赴现场。在当地政府部门协调下,电信部门为现场指挥部提供了宽带互联网,实现了无线网络全覆盖保障; 依托应急通信车系统,全天候开通卫星通信信道,为指挥部提供应急卫星通信保障。系统在现场指挥部迅速建立起与省地震局、中国地震局和应急管理部的指挥通信系统,实现视频会议、信息传输、会议保障功能,确保了地震应急指挥的通畅。

基于优化后的地震现场应急视频会议系统,同时开启2套视频会议设备加入到中国地震局应急指挥中心组建的视频会议中,传统的硬件视频会议终端通过互联网VPN穿透进行业内网参会,云视频会议终端通过互联网单向映射接入参会。视频会议联通后,开展视频通话测试,在通海地震后与指挥部工作人员共用100 M的网络带宽资源和1 024 kb/s的通话速率,测试中发现,2套设备在视频通话中偶尔会出现马赛克现象。分析其主要原因是:视频会议质量取决于互联网资源的带宽和占用状况,如果指挥部工作人员使用网络传输数据的流量过大会影响视频会议效果。为排除这种干扰,使用流量管理设备将网络资源分配为2条35 M用于视频会议,1条30 M用于指挥部工作人员使用。在这样的网络模式下,我们对2套视频设备进行测试,发现互联网直连的云视频会议效果优于通过VPN穿透进行业内网传统视频会议终端。分析其主要原因如下:传统视频会议终端通过VPN穿透行业内网参会中,受网络中间节点多、设备多的影响,会出现数据传输延迟大、丢包率高的现象,进而影响视频会议质量。在墨江地震现场应急保障中,吸取通海地震应急保障的经验,请求当地政府部门协调电信部门为指挥部提供2条100 M宽带互联网,其中一条用于视频会议,另一条用于现场指挥部工作人员使用。2套视频会议系统经多次与后方应急指挥中心联通参会和测试,效果良好,图像和声音都清晰。

通过测试笔者认为,作为汇报节点参会的地震现场指挥部视频会议质量主要取决于网络资源的带宽和占用状况,最优的保障模式是在指挥部提供2条100 M以上宽带互联网,将视频会议系统和工作人员使用网络分开; 在单一网络资源保障模式下,遇到重要视频会议时,为确保视频会议质量应切断指挥部工作人员使用的网络,优先保障视频会议系统。

根据云南地震现场应急指挥技术系统的发展现状和面临的问题,本文利用行业网、卫星网、互联网3种通信网络,按照互备互补的原则,分级配置优化现场通信保障模式。引入云视频技术,采用多信道、多手段、轻度集成的方式,整合现有网络资源、视频会议、音视频等设备对地震现场应急视频会议系统进行优化。采用云计算资源,基于云计算的体系架构,充分融合地震系统现有信息资源,结合群智感知信息,社会行业大数据信息,对现场应急信息的提取、加工、产出、分发等过程进行了优化。优化后的地震现场应急指挥技术系统在通海、墨江地震中的初步应用体现了其作用和价值,证明其是适合云南地震应急实际需求的。但是地震现场应急保障面临的形势和要求是不断变化的,新一代通信技术(5G)和设备(人工智能)在不断发展进步,未来在现场应急协同保障、灾情获取识别、信息服务产品制作等方面还有大量的关键技术和问题需要深入研究和探索。

为适应新形势下地震现场应急通信、科技保障以及信息互联互通的需求,应着力解决极端环境下“大而全”的车载现场应急指挥技术系统无法进入灾区的问题; 现场技术系统应向模块化、多功能方向发展,既能多设备集成使用,也能单设备独立使用; 现场应急设备应向便携化、小型化方向发展,对应用环境的适应能力强,避免出现小震用不着、大震用不上的尴尬局面。

地震应急信息服务系统云化是未来发展的趋势,云计算资源具有响应速度快、稳定性好、扩展性强、管理使用方便等特点。未来可以通过云计算、云服务搭建一个技术先进、功能齐全、通用性好的地震应急信息服务平台,引入互联网社会大数据、行业大数据参与地震灾害动态评估,解决应急信息服务产品碎片化、服务对象小众化等服务保障能力弱的问题,解决如何将应急信息通过互联网送达政府机构、行业部门、社会群众等服务对象最后一公里、一公尺的问题,从而提供一种可行的技术方法。