电力应急通信系统规划纲要

一、我国应急通信总体概况在突如其来的大型自然灾害和公共突发事件面前，常规的通信手段往往无法满足通信需求。应急通信正是为应对自然或人为紧急情况而提供的特殊通信机制，在公众通信网设施遭受破坏、性能降低、话务量突增的情况下，采用非常规的、多种通信手段组合的方式来恢复通信能力。由此可见，应急通信具有时间和地点不确定性、通信需求不可预测性、业务紧急性、网络构建快速性和过程短暂性等特点。应急通信为各类紧急情况提供及时有效的通信保障，是综合应急保障体系的重要组成部分，更是抢险救灾的生命线。应急通信与社会、技术的发展息息相关，其内涵随着通信行业和技术的发展而不断变化。第一，应急通信是公众通信网的重要组成部分，可被视为公众网的延伸和补充。第二，应急通信既包括应急通信技术手段，也包括应急组织管理方式，是技术和组织管理的统一。从任务内容角度来看，应急通信系统承担两类任务，一是平时为公众通信网提供补充服务；二是为突发事件提供通信保障。从任务的性质来分，应急通信可以分为应急服务和应急保障。应急服务主要是指为重大活动提供通信支撑，而应急保障主要是为重大通信事故、突发事件和自然灾害事件提供通信保障。我国应急通信的发展大致可以分成3个阶段。第一个阶段是1998年以前，第二个阶段是1998年到2003年，第三个阶段是2003年到2008年。我国在2004年正式启动应急通信相关标准的研究工作，内容涉及应急通信综合体系和标准、公众通信网支持应急通信的要求、紧急特种业务呼叫等。与此同时，国内许多企业也在积极研发应急通信相关产品，如中兴的GT800、华为的GOTA和中科院浩瀚迅无线技术公司的MiWAVE等。总的来说，当前我国的应急通信保障方面的研究工作可以归纳为以下几类：一是充分挖掘现有通信和网络基础设施的潜能，通过增强网络自愈和故障恢复能力来提升其应急通信保障能力；二是针对现有应急通信系统缺乏有效的统一调度和指挥的情况，考虑如何实现跨部门、跨系统的指挥调度平台，使各个专网之间以及专网与公网之间实现互联互通；三是针对一些部门的应急通信系统不支持视频、图像等宽带多媒体业务的问题，引入宽带无线接入技术；四是针对各专用应急通信系统缺少统一规划和互通标准的情况，启动应急通信相关标准的制定工作；五是研究应急通信资源的有效布局和调配问题，如优化通信基站的选址和频道分配来满足应急区域的通信覆盖要求。近年来，我国应急通信研究重点围绕公众通信网支持应急通信来展开，对于现有的固定和移动通信网，主要研究公众到政府、政府到公众的应急通信业务要求和网络能力要求，包括定位、就近接入、电力供应、基站协同、消息源标志等，除此之外研究在互联网上支持紧急呼叫，包括用户终端位置上报、用户终端位置获取、路由寻址等关键环节。这些研究工作有效推动了国内应急通信系统和相关平台的发展，增强了各种应急突发情况下的通信保障能力。虽然我国的应急通信保障体系建设有了很大发展，但是依然存在技术体制落后、资金投入不足等问题，与应急通信的实际要求还有较大差距。此外，应急通信保障的研究工作大都没有充分关注和利用无线自组网技术，也没有考虑融合多种通信技术手段来提供全方位、可靠的应急通信保障，而是过多强调发展集群通信、短波无线通信和卫星通信系统。二、我国电力行业应急通信现状与问题为适应电网发展的需要和快速提高应对各种突发事件的处置能力，国网公司党组高度重视，迅速启动了应急体系建设工作，在各网省公司都建设了应急指挥中心，以移动通信车为标志的应急通信系统建设也初具规模，国网系统的应急体系已经形成。08年冰雪和地震灾害后，国网公司初步建立了以应急指挥中心为支撑、应急通信系统为承载的覆盖网省公司至地市电业局的的应急指挥体系。其中以VSAT卫星通信为通信传输手段的国网机动应急通信系统覆盖了部分网省公司，并以卫星通信车和便携式卫星通信站提供覆盖全地域的机动范围，初步构筑起公司系统的应急通信指挥能力。各地网省公司，如四川、山东、青海等也开始建设自有的省级应急通信系统。我国电力应急通信系统经过2年的发展，已初具一定规模和应急指挥能力，但尚处于初级发展阶段，存在以下几点问题：1、应急通信覆盖不全面目前，应急通信系统仅覆盖到省调层面，部分网省公司在地调配置有卫星通信设备，但通信手段单一、难以在第一时间进入现场，对应急救援最重要的“最后一公里”覆盖尚无法做到。2、技术装备简单，集成度、灵活性不够现有的应急通信系统只作了简单的系统集成，设备集成度差、便携性不足，难以在真正需要时发挥作用。3、应急系统功能不完善，智能化程度不够现有应急通信系统仅仅作为一种信息通信传输手段，尚未达到智能化和数据分析层次，无法给决策者辅助参考，并未起到理想的作用。4、尚未形成统一的综合信息平台目前的应急指挥中心、应急通信系统虽然集成了多种数据库，但各系统较为离散，数据融合不足，海量数据带来的信息冗余、信息差错等对指挥决策带来一定干扰，且由于没有应急决策理论支撑，所有的应急指挥手段尚停留在人工手段，由此带来的资源浪费、低效甚至指挥决策错误导致应急救援的较低，还未进入现代化应急救援的层次。三、技术装备规划未来的电力应急体系由一个中心和三大支撑系统构成。一个中心：一个应急体系综合信息发布与决策支持平台三大支撑系统：电力系统资源数据库系统，电力应急信息感知与传输系统，应急指挥决策智能辅助支持系统信息发布与决策支持平台：为顺应现代化、智能化的电网发展趋势，电网作为国家重要的基础设施将在国民经济建设、抗灾抢险等方面发挥重要作用，电力系统的信息化和应急管理将不仅仅局限于电力系统内部，而是将和社会紧密结合。电网应急指挥中心将取代传统的电力调度中心，成为一个集信息监控、电力调度、信息发布、应急决策的中央数据库，是信息整合、信息展示、信息决策的中心平台，是未来电力系统的信息中心和核心平台，该平台应具备如下几个功能；1、是电力系统各级指挥调度、应急救援队伍、社会公众的信息联络平台：通过该系统可针对不同信息接受对象，智能化地发布相对应的信息命令。2、是信息展示、信息综合的技术平台：为便于指挥决策者更直观、高效获取信息，通过该系统实现可视化展示、智能化统计，从海量信息中进行数据挖掘，提取有效信息供决策者参考。3、是决策推演、工作流程的智能化辅助平台：结合基础数据、智能算法，针对灾害发生的具体情况，利用最优化算法得到应急救援方案，供辅助参考。综上，未来的电力应急指挥系统，将成为决策机构的“大脑”—情报中心，可智能化地实现应急指挥的最优化方案，大大提高应急救援效率，让应急指挥从混乱无序中摆脱出来，大大提高电力系统的稳定性和社会稳定性。为实现上述功能，必须依靠三大支撑系统的技术发展。电力资源数据库系统：为实现上述功能，相关基础数据是核心支撑，列表如下：SCADA：是电网的核心信息，是判断电力系统受损的第一门户视频监控信息：包括变电站和线路视频监控，可大大提升灾害现场可视化程度，是灾害的第一手准确信息气象灾害信息：包括气象灾害类型、位置、覆盖范围、灾害强度、历史数据等，是重要的外部信息，是灾害预警、灾害评估的必要数据社会网络信息：包括社会新闻发布的信息、Internet网络信息等，是获取系统外部信息的快速、便捷手段GIS信息：包括电力系统基础设施（变电站、输电线路、杆塔等）的地理坐标、地形地貌、地质结构、道路交通等信息，对评估灾害影响有重要作用人力资源信息：包括人员个人信息、专业、位置、状态等，是调度参与应急救援时的必要基础数据设备物资信息：包括设备的型号、图片、3D模型、价值、数量、重量、体积等，用以确保应急救援物资调配的准确性仓储物流信息：包括物资存放地点、物资数量、运输工具类型数量、物流交通信息等，用以评估应急物资调配的最佳方案对上述各类型数据进行数据库建模，并对各类数据进行模型关联，是资源核心数据库的基础工作。电力应急信息感知与传输系统：数据库的信息需保持实时和同步，同时应急救援信息上报和指挥决策的命令下达都离不开坚强的信息通信传输系统，该系统包括如下技术设备：数据通信网；将各分散的异质数据库连接起来，通过统一的接口格式，实现信息的无缝传输和共享机动应急通信传输设备：包括卫星通信、短波通信、WifiMesh、集群通信、野战光缆等机动通信方式，可传输语音、视频、数据，实现灾害现场的信息实时回传信息传感网络；由低功耗无线节点构成，自组织AdHoc网络，实现灾害现场高密度、大面积、零距离、零时延的信息接入网络，利用各种传感器（温度、风力、振动、图像、语音、GPS、RFID等）实现现场海量丰富信息的传感，并具备极强的抗毁能力，完全构成应急救援现场“最后一公里”的重点覆盖，大大提升应急救援现场的信息化程度移动接入终端：便携移动终端（如iPAD等），可随时、随地接入现场传感网络，且具备信息发布、信息接受、信息查阅、信息统计等功能，是现场单兵作战的核心信息设备无人特种装备：如无人直升机、飞艇、机器人等，在人员无法进入或危险地区采用无人特种装备进行信息监控、传输，确保获取完整、实时的灾害第一现场的信息应急指挥决策智能辅助支持系统智能决策系统是应急指挥中心发展的最终形态，是实现智能化电力应急救援的核心，包括如下四个方面；智能量化：对数据库各相关信息以灾害影响程度进行量化，形成量化数据库，为统计决策作基础。以面向对象方式进行数据建模及量化。电力设施量化表（例）杆塔线路变电站负荷区域…0级(绿色)杆塔正常线路正常变电站正常负荷正常1级(黄色)杆塔倾斜线路歪曲(供电正常)设施受损，可运行负荷可靠性降低2级(橙色)杆塔倒地(可恢复)线路接地(供电中断,可恢复)部分设施损毁，出线断电次要负荷损失3级(红色)杆塔损毁(不可恢复)线路损毁(供电中断,不可恢复)全站损毁，控制室倒塌重要负荷损失自然灾害量化表（例）泥石流台风地震火灾…发生位置N30°29’32”E30°29’32”N30°29’32”E30°29’32”N30°29’32”E30°29’32”N30°29’32”E30°29’32”覆盖面积2km220km22000km2100km2发生强度泥石流量70万m3风力12级震级8.0级过火面积100km2发生概率70%80%20%30%潜在危害设施：杆塔、线路、道路损毁设施；线路、杆塔设施；杆塔、线路、变电站设施；杆塔、线路人员：失踪、被困人员；无人员；失踪、死亡、被困人员；死亡、被困此外，还有道路信息量化表、物资信息量化表、人员信息量化表等智能统计：根据上述量化表及数据库，通过数据匹配、查找、统计等方式，对关心的信息进行全方位统计，得出全方位的灾害信息统计图表，并以可视化方式展示，供决策者参考。例如：统计某地区电力设施受灾程度：关联电力设施相关变量统计某负荷区域受灾程度：关联负荷区域相关变量统计某灾害对某区域电源、负荷的影响：关联灾害、电力设施、负荷区域相关变量统计某灾害在某区域造成的设备人员损失；关联灾害、设施、人员相关变量智能评估：自然灾害通常不会在一点发生，而是涉及一个较大的范围，在范围内的灾害受损程度也是非均匀的，从灾害应急救援的目标出发，评估灾害对电网的影响，并采取相应的预案措施，则是智能评估的核心内容和意义所在。智能评估是建立在上述量化数据库和统计结果的基础上进行的数据挖掘工作。针对量化数据库，给出相应的灾害评级，建立相应的预案数据库，通过最优匹配，选择出若干条具有优先级的应急预案，供决策者参考执行。应急预案量化表泥石流台风地震火灾…杆塔黄色：加强巡视橙色：派人抢修红色：运输备件…线路…变电站负荷区域通过上述的应急预案，寻找最优匹配，即可针对不同灾情进行针对性的预案处置，并对灾情进行准确的评估。智能决策：智能决策是应急救援指挥的最高级形式，其本质是一个基于约束的最优化过程。在灾害发生时，大面积设施、人员受损，在有限的资源下，如何进行最有效、损失最小的应急救援指挥，如何进行人、财、物的优化调度，如何确定故障恢复顺序的优先级，如何利用虚拟现实匹配救援物资，如何确定抢修方针、抢修思路，都可以放到带有约束的最优化框架中实现，用模型描述如下：minL(d,e,p,s)s