广东电网应急通信综合应用平台研究及建设

李杰，黄越，焦立彬，梁炯光，丁宅伟，钟远强，冉翔，许柏涛

(1.广东电网有限责任公司电力调度控制中心 广东 广州510600；2.河北远东通信系统工程有限公司，河北 石家庄 050200)

近年来，自然灾害频繁发生，气候变化和环境破坏更导致各种灾害的频率和危害程度呈现增长的趋势。比如2008年，中国南方地区发生了大范围低温、雨雪、冰冻等自然灾害；2014年，台风“威马逊”登陆时中心最大风力17级，12级风圈影响长达12 h，给广东湛江电网造成巨大破坏。在各种自然灾害的侵袭下，灾区的基础设施受到严重破坏。地震、洪水、冰雪等大型自然灾害发生时的共同特点是严重损毁交通(公路、铁路、桥梁)、电力、通信广播、水利和社会基础设施[1]，因此电网的快速恢复十分重要。

在现场公网通信中断的情况下，电力应急通信是电力应急指挥调度、抢修复电有力的保障，如何构建大型保供电、自然灾害等场景下畅通的应急通信网络体系是电网面临的重要任务。为整合多种应急通信手段，加强应急通信处理能力，有必要建立应急通信综合应用平台，全方位掌控应急救援全过程。以5G为代表的移动通信技术正在与AI、大数据紧密结合，开启了一个万物互联的全新时代。5G网络以超高带宽、超低时延、超大规模连接为显著特征，其应用场景与电网的发展需求高度契合[2-3]。区块链技术以分布式架构实现去中心化，其安全、健壮、智能的特点优势在电网系统应用中得到了快速发展[4]。同时，在“互联网+”发展浪潮的推动下，电网公司正大力推进以“大云物移”为代表的通信新技术创新应用，进一步推动“互联网+”与公司生产、经营、管理的深度融合。各种新兴通信技术及系统支撑，正逐步提升电力应急的信息化、智能化水平[5-7]。

本文以广东电网有限责任公司(以下简称“广东电网”)为例，分析电力应急通信的业务需求及面临的问题，提出利用先进的通信信息技术建设应急通信综合应用平台，并详细介绍平台的架构设计、关键技术及典型应用，最后提出平台的发展方向。

1 业务需求及面临的问题

1.1 业务需求

电力应急通信是指在电力突发事件、重要保电等情况下，能及时提供应急通信服务的通信手段与通信资源[8]。

1.1.1 电力突发事件

电力突发事件指突然发生造成或者可能造成人员伤亡、电力设施损坏、电网大面积停电、环境破坏等危机，影响和危害电力企业和社会公共安全稳定，需要采取应急处置措施予以应对的突发事故灾害、自然灾害、社会公共事件。

面临这类事件，需要采取的措施即主要任务是：迅速建立应急指挥中心与应急现场之间的通信链路；迅速建立电力生产关键业务通信通道；为应急指挥及快速恢复电力供应提供通信保障；应急指挥中心与行政交换系统、调度交换系统、视频会议系统、外部公共信息网、公共广播电视系统互联互通；应急现场实现区域通信覆盖，支持音视频、数据信号的采集与回传。以自然灾害电力抢修为例[9]，具体业务需求见表1。

表1 电力应急通信业务需求

1.1.2 重要保电

重要保电指在社会、政治、经济活动中，电力企业承担的确保电力供应不中断的责任与相关活动，包括重大活动保电、重大节日保电、重要客户保电、客户申请专项保电任务。

主要任务是：快速建立保电相关场所的临时性业务通信；保障保电过程中的电力生产控制、应急指挥等的通信畅通，包括各保电场所已有常规通信手段的加固和无通信场所临时通信的建立；保障各级指挥中心、运维场所、保电区域配电房、保电活动现场的语音及数据通信；保障应急指挥中心、活动现场的视频会议通信；保障重要供电场所、活动现场的视频监控通信。

电力应急通信的核心是针对各类紧急情况，综合利用各类通信手段，为电力应急指挥调度、抢修复电提供有力的通信保障。

1.2 面临的主要问题

目前主流的应急通信手段见表2。

表2 主流应急通信手段

在灾害处理的过程中，常规通信装备往往失去功效，卫星通信[10]、无线专网通信[11]等不依赖于常规条件的专用应急通信系统及装备更加重要。当前应急通信存在的主要问题有：

a)应急通信装备无法统一管理和使用。应急通信装备多种多样，厂家不同、属性信息不同、通信制式不同，管理单位级别不同并分布在全省不同地域，造成管理工作繁琐、复杂、耗时。

b)应急人员与装备无法自动绑定。在应急处置现场，应急人员之间会根据实际情况灵活调配应急通信装备，应急指挥中心不能快速及时地掌握应急人员与装备分配情况。

c)多种制式通信装备无法融合互通。应急通信涉及公网电话、内部电话、卫星电话、集群终端和甚小口径天线卫星通信地球站(very small aperture terminal，VSAT)接入的网络电话等应急通信装备，没有统一的技术标准规范，各部门条块分割比较严重，采用不同体制的通信手段和不同格式的信息报文，不易互连互通互操作，也难于实现资源共享，无法满足应急指挥通信的需要。

2 应急通信综合应用平台

为整合多种应急通信手段，加强应急通信处理能力，广东电网构建了1套数字化支撑、信息化管理和智能化分析的应急通信综合应用平台，实现应急通信资源的统管统调，保证应急指挥中心/联动平台与现场之间的通信联络畅通；保证监测事故现场及时向指挥中心通报监测结果，为抢险救援、资源调度等提供有效支撑。平台基于“1张大网”，涵盖“3大业务”，实现“3大目标”，提供“6大功能”。

a)1张大网(统一接入)——平台可统一接入广东电网的VSAT卫星网、海事卫星通信网、北斗卫星导航系统和数字集群系统等应急通信系统，并与广东电网行政交换系统、统一通信系统、视频会议系统等系统互联互通，形成空天地一体的应急通信网络。

b)3类业务(统一管理、统一应用)——包括突发事件应对、重要保电保障、应急装备管理。

c)3个目标——管得住、看得见、用得上。

d)6大功能——调度指挥、应急监控、装备管理、应急评估、视频应用和系统管理。

2.1 平台架构

应急通信综合应用平台采用分层[12]、模块化[13]的设计思路进行总体架构设计。平台充分考虑系统保密性和运行的稳定性、可扩展性、易维护性、操作简便等方面的要求，并保证应急业务标准和规范、行业技术标准、信息系统安全贯穿系统设计的各个层面。总体架构自上到下分为展现层、应用层、支撑层、数据层、基础设施与网络层，如图1所示。

图1 平台系统架构

2.1.1 基础设施与网络层

基础设施与网络层是系统的运行保障层，是系统软件及应用的载体和依托，为系统提供通信、安全等基础设施。该层主要由融合通信平台、应用服务器、北斗指挥机、短信池和网络交换机等硬件设备和网络基础设施组成。

2.1.2 数据层

数据层为平台提供基础数据支撑，提供的数据资源包括业务数据库、资源数据库、用户管理数据库、地理信息数据库、位置数据库等；数据层存储平台中的各种业务数据，为上层业务提供数据支持。

2.1.3 支撑层

支撑层采用面向服务的理念，由接入服务、支撑服务和企业服务总线组成。其中接入服务包括北斗接入服务、海事终端接入服务、短信接入服务、集群接入服务等；支撑服务包括地理信息服务、软交换服务、综合通信服务、即时消息服务、多媒体转发服务、语音邮箱服务、统一短数据服务、统一位置服务、资源管理服务、用户管理服务、装备定检服务和统一联网服务。

接入服务通过传输控制协议(transmission control protocol，TCP)与支撑服务进行交互，通过串口、互联网服务接口等方式与各类集成系统对接。支撑服务作为核心交换控制单元，通过企业服务总线为应用层业务提供所有的数据接口和数据服务。

2.1.4 应用层

应用层提供调度指挥、应急监控、装备管理、应急评估、视频应用和系统管理等服务。

2.1.5 展示层

展示层通过指挥终端、手机应用、北斗终端、卫星通信终端、集群终端等方式进行呈现。

2.2 网络架构

应急通信综合应用平台采用“集中部署、分级使用”的架构，即广东电网集中部署融合通信平台、应用服务器和支撑服务器。应用服务器部署应用层服务和数据库软件；支撑服务器部署支撑服务和各类接入服务，其中一台支撑服务器需部署北斗接入服务并通过串口连接北斗指挥机。系统架构如图2所示。

图2 网络架构

广东电网应急通信综合应用平台在本级实现与VSAT卫星通信系统、北斗卫星导航系统、集群系统、海事/欧星/铱星通信系统、行政交换系统的接入集成；通过多业务传送平台(multi-service transfer platform，MSTP)专线连接中国南方电网有限责任公司(以下简称“南方电网”)应急通信综合应用平台，实现与南方电网统一通信系统、南方电网公网对讲系统、公网地理信息系统(geo-information system，GIS)、南方电网GIS接入集成。各地市供电局指挥中心通过MSTP专线连接到广东电网应急指挥中心，以客户端方式登陆到广东电网应急通信综合应用平台。

2.2.1 与VSAT卫星通信系统对接

综合应用平台使用有线连接方式，经安全接入网关连接VSAT卫星地面站，实现通信车载站、便携站等VSAT卫星通信设备的接入，满足与卫星通信系统的互联的需求。通过VSAT卫星链路平台可实现语音、数据、视频等通信功能。

2.2.2 与北斗卫星导航系统对接

综合应用平台通过北斗指挥型用户机实现与北斗卫星导航系统对接。平台支撑服务器通过硬件接口方式连接北斗指挥型用户机，并通过北斗标准协议，实现对广东电网各级各类用户机(包括省级北斗指挥型用户机、北斗车载型用户机、北斗手持型用户机、北斗伴侣等)的接入及导航、定位、短报文发送等的管理。

2.2.3 与集群对讲系统对接

综合应用平台通过融合通信平台实现与专业数字集群(professional digital trunking，PDT)系统、陆地集群无线电(terrestrial trunked radio，TETRA)系统和对讲机的互联互通，通过VSAT便携站与指挥中心建立的卫星链路，实现与现场TETRA集群终端、PDT集群终端和对讲机终端的通信。平台提供集群终端统一管理、语音对讲、终端定位、不同制式终端语音互通等功能。

2.2.4 与南方电网应急通信综合应用平台对接

广东电网综合应用平台与南方电网应急通信综合应用平台通过2条10 Mbit/s带宽MSTP专线实现互联互通；支持南方电网对广东电网应急装统一调用的要求，包括与广东电网应急装备进行音频、视频、短数据、网络对讲通信，实现对装备的实时位置跟踪、轨迹回放、点名定位，对应急人员、组织结构以及应急装备实时位置、短数据的同步和实时推送；同时与南方电网应急通信综合应用平台数据定时同步、互为备份。

2.3 关键技术

2.3.1 SOA

1996年，Gartner Group提出面向服务的体系架构(service-oriented architecture，SOA)的概念：客户端/服务器的软件设计方法，由软件服务和软件服务使用者组成。SOA与大多数通用的客户端/服务器模型的不同之处在于它着重强调软件组件的松散耦合，并使用独立的标准接口。

SOA是由彼此之间可通信且具有特定功能的服务构成的灵活抽象的分布式IT架构模式[14]，是一种战略性技术框架，促使企业内部以及外部所有相关的系统公开和访问定义良好的服务以及绑定于那些服务的信息，为系统架构增添了灵活性。SOA倡导组件化[15]、松散耦合[16]、隔离关注、标准化等架构设计原则，其主要优势包括：

a)服务复用。无需大量重复开发或集成工作，就能在一个系统中使用另一系统行为。换言之，SOA可以像使用本地存在的行为一样使用远程应用行为，这样就促进了应用功能或行为的重复使用而不需要移植代码。

b)层次化。SOA将功能方面涉及的对象、数据、组件、业务流程、界面等，从服务提供者和消费者的角度进行层次化；同时，将安全架构、数据架构、集成架构、服务质量管理等共用设施进行提取，实现层次化[17]。

广东电网应急通信综合应用平台采用SOA进行设计。平台支撑服务(如地理信息服务、软交换服务、综合通信服务、即时消息服务、多媒体转发服务、语音邮箱服务、统一短数据服务、统一位置服务、资源管理服务、用户管理服务、装备定检服务和统一联网服务等)统一采用表述性状态转移(representational state transfer，REST)方式发布到企业服务总线，平台的业务应用子系统(包括调度指挥、应急监控、装备管理、应急评估、视频应用和系统管理等)通过企业服务总线，访问支撑服务，实现各类业务指令控制、数据管理等功能。

2.3.2 融合通信

融合通信是将计算机技术与通信技术融为一体的通信技术，它以语音通信、视频传输、音视频会议、数据通信、状态呈现、呼叫控制与协同办公等为核心业务能力，通过对各类通信系统的整合，将语音、视频、传真、电子邮件、移动短消息和数据等全部信息通信类型融为一体，为业务应用服务提供统一融合通信支撑[18]。

融合通信平台为实现各类指挥通信系统和资源的横向互联和纵向贯通[19]、构建现代指挥通信系统提供了解决方案。平台支持各类异构通信系统的接入与互通，同时也是业务支撑平台，为上层指挥调度等应用提供多种可调用的通信与数据资源。

针对指挥中心无法统一指挥调度、多种通信手段难以互联互通等问题，广东电网应急通信综合应用平台采用融合通信平台实现异构通信系统的融合互通。融合通信平台采用控制信号和业务信号分离的双总线技术，实现1个智能控制单元同时对系统的两级控制，双总线互为备份。融合通信平台以会话初始协议(session initiation protocol，SIP)协议为核心，通过各类网关设备实现与公共交换电话网络(public switched telephone network，PSTN)、调度电话、天通/海事卫星电话、视频监控、视频会议、公网图传系统、模拟/数字集群等多种通信系统的对接和协议转换，有效支撑了跨网指挥调度业务。

2.3.3 网络地理信息系统

网络地理信息系统(WebGIS)是传统GIS与互联网的结合，通过互联网对地理空间数据进行发布和应用，以实现空间数据的共享和互操作，具有以下3方面特点[20-21]：

a)服务器应用的全球化。对于全球任意节点的互联网用户，均能够对WebGIS服务器进行访问，获取服务器提供的各类GIS服务。

b)服务的大众化。互联网的爆炸式发展使得Web服务得以广泛应用，而WebGIS则为用户提供了基于互联网的更多的GIS服务，实现了服务的大众化。

c)良好的可扩展性。对于WebGIS而言，能够较好地与Web中的其他信息服务进行无缝集成，从而使所建立的GIS应用更加灵活，以达到对不同的服务请求予以良好处理的目的。

广东电网应急通信综合应用平台采用WebGIS技术与南方电网GIS对接，通过Java脚本方式调用GIS的应用程序接口(application programming interface，API)，实现如下功能：①南方电网五省的二维基础地理地图；②南方电网五省的电网资源地图——各电压等级(35 kV、110 kV、220 kV、500 kV、±500 kV、800 kV、±800 kV)的输电线路和杆塔、各电压等级(35 kV、110 kV、220 kV、500 kV)的变电站；③地图的移动、缩放等基础操作。通过与南方电网GIS系统对接，实现基于电网地图的图上指挥调度，有利于指挥中心研判会商和应急处置。

3 典型应用

应急通信综合应用平台完成了与VSAT卫星通信系统、海事/欧星/铱星通信系统、北斗卫星导航系统、集群/对讲系统、GIS、行政网交换系统、南方电网统一通信系统、南方电网公网对讲系统和南方电网应急通信综合应用平台等系统的无缝对接，实现指挥中心实时掌握专业队人员位置，随时随地与专业队人员进行短数据、音视频通信，及时获取现场图片视频，满足自然灾害和突发事件情况下应急通信需要，确保应急指挥及抢险抢修指挥通信畅通。

应急抢修人员可综合使用卫星便携站、应急通信车、全球宽带局域网(broadband global area network，BGAN)终端、集群基站等应急装备与指挥中心建立通信，并通过卫星电话、集群终端、北斗终端及应急通信应用等将应急现场信息进行回传。

3.1 基于电网GIS的指挥调度

应急通信综合应用平台可根据突发事件的类型(如台风、冰灾等自然灾害，重要保电保障)，结合应急预案，建立应急任务，调派应急指挥人员，组建应急保障队伍，同时为队伍配备应急通信车、北斗终端、卫星电话和集群终端等应急通信装备，形成基于任务的应急指挥通信录。平台可通过语音、短信等多种方式通知应急队伍赶赴现场。平台可实现南方电网下辖五省的电网资源数据接入，可根据电压等级选择要展示的电网资源。

启动应急任务后，指挥中心可选择多个应急队伍开启位置跟踪功能，对各队伍行动路线轨迹进行图上实时标绘和焦点随动跟踪；通过融合通信平台，基于电网GIS，可灵活选择手机、卫星电话、集群、北斗、南网通等多种手段，对应急队伍、人员进行语音、视频、指令的图上调度，形成应急指挥一张图；实时展示救援现场人员及装备数量、现场上报信息，实现指挥中心扁平化指挥，为领导决策提供辅助支持。指挥调度界面如图3所示。

图3 图上指挥调度

3.2 队伍信息实时更新

应急队伍及应急人员在灾害现场进行应急处置过程中，会根据后方指挥中心任务要求，结合现场情况重新调配应急通信装备，调整应急处置任务。为保证公网不可用情况下，应急指挥中心能快速实时掌握现场人员与装备绑定信息以及承担任务信息，平台基于北斗卫星链路，实现队伍信息实施更新。现场人员通过北斗终端(北斗手持机、北斗车载机或北斗伴侣)，按照预定格式编辑短报文上报到应急指挥中心，指挥中心确认后自动更新人员装备绑定信息、任务信息，实现现场信息的实时更新和反馈，处理流程如图4所示。

图4 队伍信息更新流程

3.3 安全防护围栏

应急指挥中心可在GIS上对作业风险区域(洪水、泥石流、山体滑坡、山火下风向、电缆断裂等)或禁止作业区域绘制安全防护围栏，实现对现场队伍、人员的多手段告警。创建并启用安全防护围栏后，如果有应急队伍或现场应急队伍中任意成员进入围栏，平台会依次通过短信、自动拨号语音告警、手动拨号语音告警等多方式进行告警。GIS界面如图5所示。

图5 安全防护围栏

3.4 装备智能定检

广东电网应急通信装备种类数量众多，为了节省装备管理和可用性测试的时间及人力成本，平台提供对卫星电话、北斗终端等应急通信装备的智能定检功能，并生成定检统计分析报告，实现便捷的检测应急装备的可用状态和上报应急装备故障。具体方法如下：

a)卫星电话定检。装备保管人操作卫星电话呼叫平台定检号码，平台(语音邮箱实现无人值守)自动播放提示音，保管人按照提示播放一段标准录音，平台接收到语音后，与数据库中标准音频比较分析，检查是否有干扰、变形、缺帧、过长时延等问题，并形成单次定检报告；同时对发现有问题的装备进行人工复检并有效闭环。

b)北斗装备定检。对于北斗指挥机，可实时获取在线状态、位置及收发状态，实现自动定检。对于北斗终端，装备保管人按照预定格式向平台发送定检短报文，平台接收到定检请求后，自动回复“开始定检，请发送位置报告”；保管人接收到定检开始回复后，开启位置报告功能，上报3次位置，平台接收到该终端的位置报告后，回复“定检成功，功能正常”，并形成单次定检报告，实现对北斗终端的定位与短报文功能定检。

综合应用平台实现了广东电网及下属供电公司近1 000台应急通信装备的统一管理和季度定检，其中海事卫星电话定检平均耗时3 min/台，定检成功率95%；北斗终端定检平均耗时5 min/台，定检成功率80%。目前广东电网应急通信装备定检率达90%以上，大大提高了装备的可用性，有效提升了应急通信装备的管理水平。综合应用平台实现了指挥中心第一时间获取现场信息，对应急现场音视频通信、位置跟踪、信息上报等指挥调度，有效支撑突发事件和重要保电保障下应急通信指挥，并在广东电网抗击台风以及重要保电保障等任务中发挥重要作用。

4 结束语

广东电网应急通信综合应用平台基于融合通信平台，集成了电网GIS，完成了与南方电网应急通信平台、统一通信系统、公网对讲系统、VSAT卫星通信系统、北斗卫星导航系统、集群系统和行政交换系统等系统的对接，实现了多种制式应急通信装备的统一可视化管理和图上指挥调度，满足了应急通信指挥的需要和统管统调的要求。

未来平台将考虑多种方式收集突发事件和灾害预警信息，结合大数据、数据挖掘技术形成应急管理、灾害预警和应急指挥为一体的应急指挥平台。