应急通信应用案例——卡特里娜飓风

        2005年8月，飓风卡特里娜(HwtricaneKatrina)在巴哈马东南方海域上形成，并于8月25日在美国佛罗里达州登陆，随后穿越佛罗里达南部进入墨西哥湾，在墨西哥湾的气候环境下卡特里娜迅速增强为一个5级飓风，并在墨西哥湾沿岸新奥尔良再次登陆，飓风肆虐超过12h后，才逐渐减弱为强烈热带风暴。飓风卡特里娜造成数十万人被困灾区，仅路易斯安那州新奥尔良市就有6万至8万人被困在洪水淹没了80%的城市中，沿海遭飓风袭击最严重地区90%的建筑消失。据国际风险评估机构估计，卡特里娜飓风至少毁坏了15万处产业，造成大约500万户居民停电，要排干淹没新奥尔良城区洪水需要36〜80天，受灾群众3~4个月才能重返家园，整个受灾范围几乎与英国国土面积相当。造成经济损失812亿美元，死亡人数超过1800人，影响到巴哈马、佛罗里达、古巴、路易斯安那、密西西比、阿拉巴马等多个国家和地区，为有史以来大西洋飓风造成损失最严重的一次，也是美国历史上损失最大的自然灾害之一。

      在卡特里娜飓风后，墨西哥湾美国沿岸大量电信设施受损，上千个无线基站被刮倒，1.1万个电线杆和2.6万段电缆遭到破坏，数百万条电话线路瘫痪，广播通信也大面积瘫痪，飓风过后，新奥尔良市只有2个AM和2个FM广播站继续工作，同时，通信设施使用的备用发电机燃料消耗严重且部分发电设备被洪水毁坏，部分通信设施由于供电中断而停止工作，仅存的部分通信设施也随时面临停机的危险，新奥尔良市的警察和消防部门的无线通信系统由于无线基站缺少备用发电机无法使用，为灾区的救援和安全保证带来巨大的困难。

       在受灾最严重的新奥尔良市，电信设施大部分被摧毁或停止工作，本地电信运营商如BellSouthVerizonsAT&T、Qwest和SprintNextel等面临严峻挑战。BellSouth公司在飓风中损失了34所中心局，其中有9所被彻底摧毁，大量安装在建筑物低层或地下室的光纤复用器受到了破坏，很多应急发电机或电池组被洪水浸泡，例如，Mid-City中心局存放电池组的地下室被洪水完全浸泡，水位距天花板仅几英尺；Verizon公司损失了新奥尔良市区中的20个蜂窝站点，不过所幸在飓风到来前将新奥尔良市北部的交换设施转移到路易斯安那州Covington,对网络交换设施影响不大。VerizonBusiness公司骨干线路因供电原因，先后发生4次光纤线路断线，多处信号再生设施也被水淹；AT&T公司在卡特里娜飓风袭击时基本没有受到什么损失，洪水只造成一个信号再生站点被毁；Qwest公司的部分地区中心局被摧毁，飓风将该公司的光纤线路刮到了3个街区之外，沿海岸铁轨铺设的光纤供电中断;SprintNextel公司的一个长途 交换局被洪水损坏，同时该公司在新奥尔良地区的208个移动基站在飓风后大部分被迫关闭，直到9月5日即飓风登陆一周后才接通其中的35个。

       在公用电信网大部中断的情况下，数十万受灾民众被困水中，无法与外界取得联系，为救援、安抚公众、维护秩序带来极大困难，运营商面临来自政府、公众、救援机构等各行各业的迫切通信需求压力。在此情况下，灾区的主要电信运营企业都投入了大量人力和物力恢复或重建当地的通信网络，但由于飓风对通信网络设施以及与其相关的配套设施毁坏非常严重，通信恢复工作遇到重重困难，例如，飓风和洪水折断了大量户外电线杆，供电大面积中断，给通信设备的供电、线路铺设带来很大困难。而且，很多通信设备完全被摧毁，需要重新调集设备进行建设，这也延缓了通信恢复的步伐，因此，直到9月5日即飓风袭击一周后，新奥尔良市的通信系统大部分仍处于瘫痪状态。据美国本地电话运营商南方贝尔公司称，截止至9月5日，受到飓风影响而中断的通信线路仍有81万条没有恢复，在路易斯安那、密西西比、亚拉巴马3个州的131个中心局中，仍有19个处于中断状态，这些中心局共计有18.7万条线路中断，其中16.6万条通达新奥尔良地区。

      在飓风肆虐之前，FCC就成立了由数百名员工组成的特别工作组负责通信保障工作，并协调各电信运营商积极应对灾害可能带来的破坏。飓风后，面对飓风造成的超出预计的破坏，该小组24h不间断工作，加强运营商的恢复和重建组织工作，并为保障警察、消防、医疗等重要部门通信釆取了积极有效的措施。为充分利用各方通信资源，FCC加速特殊临时授权的处理流程，共批准了90项特殊临时授权申请，以及100项临时性频谱授权；启动对灾区所需的卫星地面与空间站、海缆和国际路由等实施临时性授权程序；协调动用电信行业的各方资源(如应急发电机和燃料)，以满足救灾需求；临时放宽3个州的号码政策，要求运营商和号码管理者方便用户号码携带；允许灾区用户延长电话号码的保留时间。另外，FCC还建立公共网站，公布灾害相关信息以及受灾用户信息，并包括一些与业余无线电爱好者组织的链接；分配临时性的红十字会800长途免费号码1-800-RED-CROSS(1-800-733-2767)等。另外，国家通信系统在卡特里娜飓风后也采取了一系列措施以保障通信。例如，发放了1000张新的政府应急电信业务(GETS)卡，在飓风期间共完成4万个GETS呼叫；向4000个联邦应急官员和NS/EP用户提供无线优先业务；向3000个用户配置电信业务优先权；启动共享资源高频无线电计划。通过这一系列工作，为灾区应急通信和指挥调度提供了基本的通信保障条件，加快了通信网络设施的恢复和重建过程。

       电信运营商在飓风发生后投入了大量人力、物力，加紧恢复通信网络设施，在较快的时间内就取得了一定进展，考虑到卡特里娜飓风的破坏严重程度及其影响范围，电信运营企业的网络恢复工作进展进度难能可贵，各运营商的主要措施如下：

      1) 南方贝尔公司在飓风后紧急更换了被毁坏的发电机和光纤复用器，将网络设备和供电设施转移到建筑物的高层，野外的数字环路载波器也被调整并安装在相对安全的高度上。同时，在重建损坏的网络设施时，南方贝尔公司用小体积交换机和光纤线路代替了体积庞大的老式交换机和布局复杂的铜缆，并在设备安装和光纤布线方面加强了预防灾害的考虑。

       2) Verizon公司在飓风来临之前就釆取了一定预防措施，转移了部分交换中心，并在部分蜂窝站点安装了以天然气作为燃料的永久备用发电机，从而减少了灾难发生时补充柴油燃料困难情况的发生。飓风过后，Verizon公司配备了20个移动发射站，并且给没有永久发电设备的基站运送了发电机。同时，Verizon公司还建立了两条微波线路为其蜂窝站点骨干线路提供应急备份，其中一条将Covington市和路易斯安那州BatonRouge连接起来，另一条连接密西西比。另外，Verizon公司将新建设施设置在远离海岸的地区，并提前实施超长距离(UltraLongHuai,ULH)计划，该计划的实施将再生信号间隔距离由25英里提升至1200英里，减少了再生站点的数量和维护成本。

       3) AT&T公司在飓风来临前为其海湾地区162个站点配备了充足的备份电源，并提前储备了充足的发电机燃料，因此飓风给AT&T带来的损失很小；

       4) Cingular公司在飓风过后将其便携发电机的数量由1200台扩展到4500台，还将修改其灾难恢复和连续性计划，安装更多的扩频、卫星和回传线路设备。同时，飓风也加快了Cingular网络与公司收购的AT&T无线网络的集成速度，并对网络弹性改进给予了更多的投入。

       5) Qwest公司在Claremont和距海岸更远的北边重建了被摧毁的地区中心局，并快速修复了被飓风破坏的设施。

       6) SprintNextel公司在灾后部署了移动发射站，支持其固定和移动两大网络快速恢复，并将损毁的长途交换机话务绕行至其他州或城市，最大程度的减少长途局损毁带来的影响。

       另外，卡特里娜飓风中，卫星通信发挥了重要作用，例如，全球星、侬星、国际移动卫星等公司紧急提供了2万多部移动卫星终端设备，供美国联邦应急事务管理总署、国家警卫队、救援机构、公共安全、红十字会等部门开展指挥调度和救援工作；休斯网络系统公司重组沃尔玛卫星通信网络，为灾后重建提供信息通信保障；泛美卫星公司向40个灾区红十字会固定站和部分移动站提供免费卫星通信服务；SESAmericom*美国硫磺岛号两栖攻击舰提供高速船对岸通信服务，帮助该军舰向新奥尔良灾区运送救灾人员和物资。另外，卫星广播也在救灾行动中也发挥了重要作用。例如，XM卫星无线电公司利用卫星广播提供全天24h的飓风灾情信息广播，发布飓风行踪、变化以及灾区地面情况等信息。

      卡特里娜飓风是美国历史上损失最大的自然灾害之一，其覆盖范围和破坏能力远远超出人们的预料，在这次自然灾害中，通信保障发挥了重要作用，并为今后应对自然灾害积累了丰富经验。

1. 预防准备工作至关重要

      卡特里娜为5级飓风，其风速高，破坏力强，对重灾区尤其是新奥尔良市造成的破坏几乎是毁灭性的，但由于灾害来临前电信运营商收到了预警信息，运营商和政府相关部门做了相应的准备工作，在飓风过后 应急通信保障工作得以有条不紊地迅速开展，在飓风来临前形成了政府、运营商之间充分的沟通和合作。政府机构如FCC成立了 应急通信特别工作组，负责在飓风灾害中通信保障相关事宜的处理与协调。NSC启动的GETS计划、WPS计划、TSP计划也获得了显著成效，为灾害中的指挥调度和重要部门信息沟通提供了巨大帮助。运营商在灾害前的充分准备，加强了设备冗余备份，转移了部分关键设备并配备了大量移动基站和油机供电设施，在灾害来临时这些准备工作帮助通信设施避免了更大范围受损。同时，由于这些预防准备工作，在遭遇远超预料的破坏力面前，政府和运营商能够做到心中有数，从而快速、有序地开展恢复和重建工作。在这个过程中，很多预防措施起到了关键性作用，相关预案也很好地指导了飓风后的通信恢复工作。从这些准备措施的效果可以看到，虽然灾害严重程度超出预料，造成的损失和破坏难以完全规避，但完善的准备措施和预案在灾害来临时还是能够发挥其巨大作用，预防和准备工作在应对自然灾害中至关重要。

2. 卫星系统发挥重要作用

       卡特里娜飓风破坏了大量地面通信设施，尤其是公用电信网损毁非常严重，在新奥尔良地区很多机房建筑和基站被完全摧毁。在此情况下，显然已经不可能完全依靠公用电信网实现 应急通信。在地面电话和广播网遭到严重破坏的情况下，卫星显示出它的优势并在灾后救援和处置中发挥了重要作用，尤其是在重灾区，卫星通信成为灾害初期指挥救援工作的主要通信手段。卫星通信具有覆盖面积广、传输距离远、组网灵活以及受地面环境变化影响小等特点，因此在遭受洪水、飓风、地震这类对地面设施破坏严重的自然灾害时，卫星通信是最适合作为地面通信网的备用通信手段。

       另外，除通信卫星外，还有导航定位卫星、遥感成像卫星、电视或广播卫星等也可以在灾害或突发事件情况下提供 应急通信能力。例如，在卡特里娜飓风灾害中，美国利用遥感成像卫星拍摄了大量灾区图片，为政府和救援机构了解灾害范围和破坏情况提供了直观、全面的图像信息；另外广播卫星在发布灾害信息、安抚和指导受困群众中也发挥了巨大作用。

3. 供电设施不容忽视

       当前，运营商和用户对供电系统的依赖性越来越强，通信设备、用户手机等都需要有电才能工作。飓风带来的洪水淹没了新奥尔良80%的城区，大面积电力中断，严重影响了通信设施的使用、恢复和重建。另外，由于部分运营商准备的紧急供电油机和电池组很多都存放在建筑物的地下室或较低层，飓风过后被洪水浸泡，破坏比较严重。很多通信设施由于供电停止不能正常运行，即使通过油机恢复供电，由于油机燃料消耗巨大，在灾后的燃料供应和补充上也成为工作人员面临的很大困难。例如，南方贝尔公司Mid-City中心局存放电池组的地下室被洪水完全浸泡，电池完全被毁；Verizon公司骨干网线路由于供电原因先后4次停止工作。因此，为保证紧急情况下的通信能力，应结合地区特点和可能发生的灾害，建设合理、科学、多手段的供电保障体系，供电设施不容忽视。

4. 新技术应用成为 应急通信保障的重要手段

       在卡特里娜飓风灾难中，一批新技术涌现出来并发挥重要作用，如Wi-Fi、WiMAX、无线VQIP等，这些技术被用来帮助援救人员和灾民进行通信。新奥尔良市市长在灾后与布什总统的第一次通话就是通过市政府的局域网利用VoIP技术实现的。Intel公司为灾区的一个空军基地安装了WiMAX设备，并顺利开通业务。FCC主席马丁认为新技术的应用在救灾过程发挥重要作用，也为 应急通信发展提供了一个新的思路，他呼吁美国政府把互联网纳入紧急情况警报系统，并建议基于互联网和其他先进技术建设一个功能强大的警报系统，并利用IP技术实现紧急情况下对电信网络的备份功能。

       FCC成立专家小组，对卡特里娜飓风造成的通信设施影响进行评估，并对加强自然灾害及突发事件情况下的 应急通信保障能力提出建议。同时，为更好地加强紧急情况下的通信管理，FCC计划整合资源成立新的公共安全局，负责紧急优先通信、政府部门通信保障、灾害管理协调、紧急信息发布以及网络的可靠性和安全性等工作，并加强救援应急部门之间的通信能力，从而提高美国 应急通信保障能力。同时，FCC成立专项基金，用于资助灾后通信系统恢复和公众 应急通信设施重建。

       飓风灾害后，各运营商在灾后不断完善自身网络设施，时刻准备应对新的自然灾害侵袭，尤其是在每年飓风季来临前，各运营商更是将防灾作为专项任务来抓。例如，Verizon公司在卡特里娜飓风后，每年都对应对飓风和其他紧急事件进行专项投入，具Verizon公司称，在该公司在飓风高发区配备了大量网络电源备用设备，包括电池和可携带发电机等，一旦紧急事件导致本地的供电出现问题，该公司旗下的所有交换局和基站都可凭借备用电源保持网络通畅。同时，在Verizon公司新建的蜂窝基站上，大部分都配有发电装置。此外,公司建设了大量车载式蜂窝基站，一旦险情发生，可将这些应急通信车第一时间开赴网络设施受损地区。