多種通信手段在遇險救生體系中的應用研究

陳 超,王 毅，毛 強，薛 凱

(空間物理重點實驗室，北京 100076)

多種通信手段在遇險救生體系中的應用研究

陳 超,王 毅，毛 強，薛 凱

(空間物理重點實驗室，北京 100076)

我國海域遼闊，各類船只的水上航行和作業安全密切關系到生命和財產的安全，需要可靠保障;由于海上險情發生的隨機性和突發性，岸上險情監視力量必須全時、全天候地開設險情通信通道，接收海上遇險對象的遇險呼救信號并及時對遇險信息進行處理;因此，岸基必須建設遇險救生信息系統并規定必要的信息傳輸流程，保障險情報知通信的順利完成;文章簡要分析了目前海上救生的通信現狀，對常用通信手段進行了分析與介紹，并提出了一種整合各通信手段的設計方法，實現了多種通信手段的綜合使用以及統一調度，大幅提升險情信息的傳輸和處理效率，提高險情信息的保密性，為救援工作提供了精確可靠的問責手段。

遇險救生系統;消息傳輸及處理;多種通信手段

0 引言

我國海域遼闊，擁有340多萬平方公里的海域面積，1.8萬公里的海岸線。各類船只的水上航行和作業安全是各國重點關注的內容，它密切關系到生命和財產的安全[1]。遇險救生任務的重點在于事故發生之后遇險信息的準確報知，以保障能夠快速有效地實施救助行動。

由于海上險情發生的隨機性和突發性，岸基險情監視力量必須全時、全天候開設險情通信通道，接收海上遇險對象的遇險呼救信號，確保遇險信號無干擾、無阻塞、無遺漏地被收妥[2-3]。因此岸基必須配置與各種遇險對象以及各型險情報知通信裝備匹配的通信裝備，并常開常設；必須具備自動接收信號的能力，由人工對險情進行收妥確認，確保在設備成功接收信息的基礎上，險情由人工處理，以告知停止遇險對象發送無謂的遇險呼救信號，節省遇險對象電池電力，減少對呼救信號及專用信道的占用；必須能夠對多手段、多次上報的險情進行預處理和綜合，并及時、準確地向搜救指揮部門報告險情。因此，岸基必須建設遇險救生通信系統并規定必要的信息傳輸流程，保障從遇險對象到搜救指揮部門的快速、可靠、準確的險情報知通信。

本文旨在提出一種遇險救生信息處理系統，提供對多種通信手段發送的遇險信息的綜合接收、解析和處理功能，對救生力量進行綜合調度，為遇險救生任務的順利完成提供條件。

1 國內外發展現狀

1.1 民用遇險救生通信現狀

為最大限度保障海上人命和財產的安全，國際海事組織在國際海上安全公約(international convention for safety of life at sea，SOLAS)的框架下，一直致力于海上遇險救生通信的改善和發展，建立了全球海上遇險與安全系統(global maritime distress and safety system，以下簡稱GMDSS)，強制規定所有加入SOLAS公約國家的民用船只使用該系統[4-6]。我國按照國際GMDSS的建設要求，分別在三亞、廣州、福州、上海、大連建設了5個大中型航行電傳(NAVTEX，NAVIgational TelTEX)海岸電臺，同時在大連、福州、廣州、海口、連云港、寧波、青島、上海、天津、廈門、煙臺、湛江、秦皇島等地建立了超短波數字選擇性呼叫(digital selective calling，DSC)海岸電臺，在上海等地建設了短波DSC海岸電臺，在北京建設了海事衛星地球站，為險情報知通信提供了條件[5]。

為實現對遇險對象的快速搜救，我國交通部設立海上搜救中心，沿海和內河各省市也設立了海上搜救指揮部門，為民眾提供海上(內河水上)遇險報警、搜救組織、指揮協調等服務。海上搜救中心根據《國家海上搜救應急預案》運作，險情信息逐級確認、逐級過濾、逐級處理，各級依據自身能力組織專業的搜救力量實施救援[5]。其中，交通部所轄救助打撈局為主要的專業搜救力量，配備了專業救撈裝具。在需要跨部門聯合搜救時，全國海上搜救中心根據部際聯席會議機制進行信息共享和任務協同。

1.2 軍用遇險救生通信現狀

世界上各國海軍的遇險救生通信系統的建設情況各不相同，其中美、英和日本等國的主要做法如下。

圖2 遇險報文接收與用戶發送收妥確認報文時序圖

首先，遇險救生任務一般由專門的部門負責，如美軍、英軍以及加拿大等國的海岸警備隊、日本的海上保安廳等部門；其次，其遇險救生通信部分地利用GMDSS，同時構建軍用的遇險救生系統，從而確保軍隊對軍用遇險對象的險情信息具有“第一”知情權。在GMDSS的利用方面，各國按照各自的通信體制，設置了不同的救生頻段，并與GMDSS接軌。在軍隊專用的遇險救生通信建設方面，建立專用遇險救生通信系統，作為他們國防通信網和戰區通信網中的一個分系統，同時具備通信指揮和遇險呼叫功能，承擔常規通信、遇險報知、氣象保障等任務。例如，美軍為了給處于遇險情況的人員及設施提供援助，建立了“搜索救援網”，為網內人員和設施提供遇險情況下的通信。此外，美軍海岸警衛隊在“搜救-21”項目投入近7.1億美元，建立專用的集遇險救生通信、指揮、控制于一體的網絡，專門用于美國沿岸的遇險救生任務[7]。

我國軍用海上對象的遇險救生設備建設相對完善，但是岸基險情接收和處理方面的設備和軟件相對落后，主要存在以下三方面的問題：

1)缺乏綜合的多種手段的險情信息綜合和處理設備；

2)部分常規通信手段在接收報文后只能采用人工轉信的方式上報險情，險情信息傳輸效率較低；

3)由于岸基配套裝備建設薄弱，相應的遇險救生通信處理技術規范、操作規范建設滯后，導致險情信息傳遞和處理職責難以落實，在險情遺漏處理的情況下難以問責。

2 主要業務流程概述

圖1 遇險救生任務涉及的4個要素交互示意圖

遇險救生任務所涉及的要素可歸納為：遇險對象、險情監視力量、搜救指揮部門、救援力量等4個要素，如圖1所示。遇險對象包括海上遇險船只，飛行員等；險情監視力量主要包括岸基的險情信息接收站點、險情信息處理設備及險情值守人員等；搜救指揮部門是指各級組織指揮搜救行動的職能部門；救援力量通常由兩部分組成，一部分是專業的搜救力量，另一部分是事故發生地附近的艦船及飛機等非專業搜救力量。

遇險對象及時準確的險情報告，險情監視力量全時、全域的險情監視，搜救指揮部門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場協同是確保海上遇險救生任務順利完成的必要條件[3]。其中，遇險救生通信是遇險救生任務順利完成的首要環節和基本支撐手段。

遇險救生信息處理系統的主要職能是對遇險信息的接收、解析和后續處理。報文的接收與用戶發送收妥確認業務流程的時序圖如圖2所示。

各過程描述如下：

1)遇險對象在遇險的緊急情況下會通過短波數字選擇性呼叫(以下簡稱DSC)、超短波DSC、短波窄帶直接印字報(Narrow Band Direct Printing telegragh，以下簡稱NBDP)、北斗衛星、特高頻(Ultra High Frequency)戰術衛星(以下簡稱UHF戰術衛星)等多種手段發出遇險報告和告警信息，信息內容中包含遇險對象身份標識、遇險性質、地點、時間及后續通信方式等信息，以便救援力量精確定位并給予救援；

2)岸基設備接收到遇險報告和告警信息后上報給遇險救生信息系統，本系統應具有全時、全天候監聽海上遇險報警信號的能力；

3)消息傳輸與處理子系統對險情信息進行預處理和分發。系統解析報文并預處理成可以查看的形式，按照特定的分發策略分發給相應操作人員，確保可靠、準確、不遺漏地接收和分發海上遇險呼救信號；

4)系統在接收到險情信息并分發給相關人員后，給出告警提示，相關人員必須進行險情值守，以人工方式盡可能以最快速度對險情進行確認或轉發給其他人處理，確保險情信息及時被處理，確保搜救指揮部門及時、準確掌握海上險情。同時，本系統上報遇險報文至救援值班系統與通信指揮控制系統；

5)險情信息已被處理的情況下，在條件允許(如遇險通信設備電力未喪失、遇險人員清醒，時間允許等)的情況下，操作人員應可以與遇險對象之間利用短波NBDP、UHF戰術衛星、“北斗”短消息等手段進行后續通信，便于指揮人員對救生力量進行指揮和險情信息的后續處理。

3 系統設計與實現

遇險救生信息處理系統采用Struts框架實現模型-控制器-視圖模式，對業務、數據和用戶接口進行分離，采用Hibernate框架實現數據庫的操作，采用Spring實現對象管理，采用Apache CXF框架實現對Web Service的調用與發布，系統分層結構如圖3所示。

圖3 遇險救生信息處理系統分層結構圖

系統各模塊之間以及系統與其他通信子系統之間的消息交互示意圖如圖4所示，實線部分為本系統的構成模塊，虛線部分為外系統部分。

圖4 消息傳輸及處理子系統消息交互示意圖

3.1 設備消息交互與處理模塊

本模塊分為消息接收與發送子模塊、報文信息解析與處理子模塊以及設備狀態參數解析與處理子模塊三部分，各子模塊之間的關系如圖5所示。

圖5 設備信息交互與解析模塊交互圖

3.2 消息接收與發送子模塊

該模塊主要實現建立與維護與通信設備之間連接，接收設備消息以及發送消息到設備三部分的功能。為提高數據傳輸的可靠性，本模塊為各通信子系統提供多種接入手段。對于短波和超短波通信子系統，系統提供以太網與電話網兩種傳輸方式，默認使用以太網傳輸數據，以太網出現故障時系統可自動切換至電話網進行數據傳輸。對于北斗衛星通信子系統，系統提供串口與網口兩種接入方式，默認使用網口連接，出現故障后可自動切換到串口進行數據傳輸。同時，本模塊還提供消息的重傳機制來確保消息的可靠傳輸。

3.3 報文信息解析與處理子模塊

該模塊主要提供報文信息生成，報文內容解析以及持久化等功能。本系統綜合多種通信手段，每種通信手段又有多種格式的報文，本模塊按照相應的報文協議對消息接收與發送子模塊接收的相應報文數據進行解析，并將報文存入數據庫進行持久化，以便用戶查看和操作。用戶主動發起通信時，本模塊負責生成要發送的報文，并通過消息接收與發送子模塊發送。

3.4 設備狀態參數解析與處理子模塊

該模塊主要提供設備參數，設備狀態等信息的生成和解析功能，主要包括對同步、登錄、輪詢、應答、設備狀態上報等信息的生成與解析。本模塊根據接收的數據來建立與維護本系統與設備之間的連接狀態、設備參數等狀態信息，并將設備信息存入數據庫進行持久化，以便服務器用戶根據設備狀態選用正確的設備進行操作。用戶對設備的操作指令通過本模塊生成，通過消息接收與發送子模塊實現發送。

4 實驗結果與分析

根據用戶反饋，系統能夠較好地能夠滿足遇險救生任務的特殊性，保證了消息傳輸的高效性、穩定性和可靠性，對數據分發的準確性和安全性有較好的保障。

與傳統遇險救生體系相比，本系統具備以下優點：

1)實現多種通信手段的綜合使用以及統一調度。由于海上險情發生具有難以預料的不確定性，所有險情報知手段須全時、全天候、全區域進行值守，該系統可以為值守人員集中和統一處理各種手段報知的險情提供便利，從而實現對多種手段、多次報知同一遇險事件險情的綜合處理；

2)大幅提升險情信息的傳輸和處理效率。遇險救生信息系統在接收到遇險信息后會按照分配策略將險情信息自動分發給相關值守人員進行處理，可以實現險情信息有無線自動轉發功能，利用岸基現役網絡連接險情接入點裝備和險情信息處理裝備，減少落地環節，提高信息傳遞效率；

3)提高險情信息的保密性，提供精確可靠的問責手段。軍用海上對象遇險通常是軍事行動的延續，尤其是對于隱秘性要求較高的海上對象，其險情信息具有非同尋常的社會、政治、軍事和經濟影響，必須謹慎及時的處理，否則將破壞軍事行動的隱蔽性，帶來極為不利的國際影響。因此，必須確保獲得遇險事件“第一知情權”以贏取主動。本系統提供較為科學健全的分發策略，為控制海上對象險情知情范圍，明確險情處理責任人提供保障。

5 總結

系統目前已投入正式使用，針對遇險救生任務需要綜合多種通信手段的需求，本系統在設計時盡可能統一與其他通信子系統之間的協議，對已經建設完成，無法修改的通信子系統，單獨定制通信協議，減少設計與實現的復雜度。針對數據傳輸高效、穩定和可靠的需求，一方面，在與通信設備交互時加入消息重傳機制，從而減小網絡時延等問題對消息傳輸帶來的影響，提高數據傳輸的可靠性和穩定性。另一方面，為各通信子系統提供多種接入手段進行數據傳輸，提高數據傳輸的可靠性和穩定性。考慮到知情權問題，系統提供包括對遇險對象、遇險性質和報文種類權限的靈活配置，在接收報文后根據權限直接分發到不同用戶，通過聲光告警等手段告知用戶，減少消息傳輸的環節，提高消息傳輸的效率與安全性。

[1] 鮑君忠,劉正江. 2010年國際海事組織海上安全委員會通過的決議內容概覽[J]. 世界海運，2011(1)：12-18.

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[5] 張更新,牛 鑫, 張有志. GMDSS在中國的發展及應用[J]. 世界電信網絡，2002(11)：19-22.

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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用及信息處理技術方向的研究。

1671-4598(2017)12-0184-03

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

TN91

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