基于PDT無線自組網(wǎng)技術(shù)的森林消防指揮調(diào)度系統(tǒng)

狄濟(jì)云

（內(nèi)蒙古森林消防總隊大興安嶺支隊 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 022150）

0 引言

森林消防通信是森林防火工作的紐帶，是保證發(fā)現(xiàn)火情后能及時報警、迅速傳遞火災(zāi)信息、為快速有效地組織林火撲救工作所必不可少的措施。在林區(qū)，只有建立了穩(wěn)定可靠、機(jī)動快速部署、迅速響應(yīng)的林火通信網(wǎng)絡(luò)，才能充分發(fā)揮林火預(yù)報、林火監(jiān)測等防火系統(tǒng)的功能，才能實(shí)施有效的撲火指揮[1]。在研究林區(qū)通信環(huán)境、通信現(xiàn)狀及林區(qū)撲火救援模式，把握林區(qū)通信需求及應(yīng)急通信的發(fā)展趨勢，在數(shù)字超短波技術(shù)的基礎(chǔ)上、結(jié)合自主知識產(chǎn)權(quán)無線鏈路組網(wǎng)技術(shù)，按“統(tǒng)一指揮、專常兼?zhèn)?、反?yīng)靈敏、上下聯(lián)動、平戰(zhàn)結(jié)合”的中國特色應(yīng)急管理體制，提出本套森林消防指揮調(diào)度自組網(wǎng)系統(tǒng)，針對林區(qū)實(shí)情采用高架式、便攜式、背負(fù)式、車載式等多款自組網(wǎng)基站和終端、調(diào)度指揮定位平臺、應(yīng)急電源構(gòu)建森林防火數(shù)字超短波通信專網(wǎng)。

1 森林消防通信現(xiàn)有問題

（1）救援力量紛雜，裝備種類繁多。目前，各救援力量常用的通信制式包含窄帶數(shù)字集群、窄帶常規(guī)、模擬常規(guī)、公網(wǎng)集群、POC手機(jī)、公網(wǎng)手機(jī)等。設(shè)備制式、頻段等不統(tǒng)一，設(shè)備聚集后難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，導(dǎo)致救援隊伍各自為戰(zhàn)。

（2）頻率資源有限，缺乏統(tǒng)一管控。救援力量集中后，窄帶及寬帶應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)逐步搭建，頻率缺乏統(tǒng)一管控；并且工作頻段相同的設(shè)備產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致裝備無法使用；社會救援力量頻率使用混亂，無法滿足現(xiàn)場協(xié)同通信需要。

（3）救援隊伍通信裝備水平參差不齊。除消防救援隊伍普遍配備有較完善的通信裝備外，其他救援隊伍仍在使用落后的通信手段，超短波通信基本以窄帶直通為主，甚至存在部分模擬設(shè)備。

（4）部分救援隊伍以民用設(shè)備為主，設(shè)備體積過大，防護(hù)等級低。災(zāi)區(qū)道路交通阻斷，電力中斷，公網(wǎng)通信設(shè)施癱瘓，大型通信裝備無法進(jìn)入災(zāi)區(qū)。此外，災(zāi)區(qū)氣候會多雨、多風(fēng)、多灰塵，設(shè)備防水、防震、防塵等級低，易損。

（5）現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足?，F(xiàn)有的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)架設(shè)方案難以滿足遠(yuǎn)距離、大面積覆蓋的需要。深入現(xiàn)場工作的一線救援隊伍容易與現(xiàn)場指揮失去聯(lián)系，導(dǎo)致救援工作無法正常開展，甚至威脅到救援隊伍安全[2]。

（6）公網(wǎng)通信缺少“保底”網(wǎng)絡(luò)覆蓋手段。廣域覆蓋基本依靠公網(wǎng)，獨(dú)立性不高，沒有任何管控措施，最起碼的應(yīng)急優(yōu)先級通信都不能保證，一旦出現(xiàn)有線鏈路中斷、斷電或中心站損壞，全網(wǎng)癱瘓，無法使用。

2 森林消防通信需求分析

森林防火通信系統(tǒng)建設(shè)的總體需求是：一是構(gòu)建無線通信基礎(chǔ)——以單頻自組網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，基站之間通過無線鏈路自動組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，采用大區(qū)制覆蓋，以固定基站為主，便攜基站深度延伸輔助的方式，實(shí)現(xiàn)全林區(qū)90%-95%的專網(wǎng)無線信號覆蓋。二是構(gòu)建指揮調(diào)度定位平臺——在指揮調(diào)度管理平臺，通過調(diào)度管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)通話錄音、人員定位顯示、基站聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測等功能，有效提高防火的管理效率。充分考慮各種應(yīng)急場景的實(shí)際環(huán)境及需求，面臨各種復(fù)雜的情況都能迅速建網(wǎng)保障通信。具體可分為以下幾點(diǎn)核心要求：

（1）網(wǎng)絡(luò)部署簡單、即開即用、可臨時組網(wǎng)通信：災(zāi)害和事故發(fā)生時，時間就是生命，要求設(shè)備集成度高，一鍵開機(jī)，無須配置和更改參數(shù)，指揮調(diào)度操作簡單，啟動時間短，可支持多種供電方式。

（2）輕型化、尺寸小、重量輕：應(yīng)急通信車不能到達(dá)的地方，需要背負(fù)式森林消防通信設(shè)備，要盡可能尺寸小、重量輕、單人可以背負(fù)，在尺寸盡可能小的基礎(chǔ)上支持內(nèi)置大容量電池。

（3）可視化通信、業(yè)務(wù)豐富：森林消防通信網(wǎng)絡(luò)需提供語音、短信、定位等多種業(yè)務(wù)。讓指揮中心領(lǐng)導(dǎo)不僅能“聽得見”，還要能“看得見”，便于指揮中心能更好地安排救災(zāi)和決策。

（4）自組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、自修復(fù)、安全可靠：森林消防通信需要能自行組網(wǎng)、不能依賴公網(wǎng)、微波等任何外部鏈路資源，到位即展開，展開就自動握手聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建森林消防通信專網(wǎng)。設(shè)備需要有很高的環(huán)境適應(yīng)性，可承受超級臺風(fēng)、地震、洪水等造成山體垮塌、大面積城市和村鎮(zhèn)被淹、部分既設(shè)基站受損等特大自然災(zāi)害事故考驗(yàn)。系統(tǒng)自行修復(fù)，動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淅^續(xù)保障通信救援。

3 總體框架

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計

森林消防指揮調(diào)度自組網(wǎng)系統(tǒng)是森林消防或應(yīng)急救援隊伍可使用的各類通信系統(tǒng)中最基礎(chǔ)方式，是應(yīng)急過程中的“保底”通信，關(guān)系到應(yīng)急指揮、應(yīng)急協(xié)同、應(yīng)急救援等各方面。按照應(yīng)急管理部“統(tǒng)籌規(guī)劃、公?；パa(bǔ)、固移結(jié)合、共建共用”的原則，該系統(tǒng)由固定基站、移動基站和調(diào)度指揮系統(tǒng)三部分組成。

（1）高山覆蓋網(wǎng)。以轄區(qū)內(nèi)的高點(diǎn)為基礎(chǔ)，如高山瞭望塔或建筑高樓，采用自組網(wǎng)無線連接方式，形成一個覆蓋目標(biāo)區(qū)域的無中心、多路由、強(qiáng)抗毀、快自愈的骨干通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對轄區(qū)大部分區(qū)域的通信覆蓋，保障重點(diǎn)區(qū)域通信信號、滿足特大型災(zāi)害發(fā)生后的“保底”通信需求。

（2）加強(qiáng)覆蓋網(wǎng)。以城市和較大林區(qū)為對象，采用“自組網(wǎng)+PDT”組網(wǎng)方式，建設(shè)城市和林區(qū)加強(qiáng)通信網(wǎng)。滿足森林消防隊伍滅火作戰(zhàn)時，現(xiàn)場前方指揮部與救援一線之間的通信需求。

（3）戰(zhàn)隊覆蓋網(wǎng)。以有值班任務(wù)的各級指揮中心、值班室為基礎(chǔ)，采用“自組網(wǎng)+值班臺”組網(wǎng)方式，建設(shè)站隊周邊區(qū)域覆蓋網(wǎng)。滿足值班區(qū)域、接警調(diào)度等通信需求。

（4）現(xiàn)場覆蓋網(wǎng)。以災(zāi)害現(xiàn)場為中心，采用快速部署方式，建設(shè)森林消防通信網(wǎng)。滿足高層、地下、大跨度建筑、石油化工和地質(zhì)性災(zāi)害現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)延伸、補(bǔ)盲，以及前方指揮部大集中、多方向等通信保障需求。

（5）融合指揮平臺。在指揮中心建設(shè)應(yīng)急通信融合平臺，接入衛(wèi)星通信網(wǎng)、公安、武警、軍隊和公眾通信網(wǎng)等各種通信手段，在各級的指揮中心建設(shè)系統(tǒng)功能平臺，并按照權(quán)限實(shí)施通信調(diào)度，實(shí)現(xiàn)“一張圖”指揮。

3.2 系統(tǒng)層級設(shè)計

系統(tǒng)總體劃分為兩大部分：一、二級指揮中心（應(yīng)急指揮調(diào)度定位平臺）和各林區(qū)無線自組網(wǎng)。應(yīng)急指揮調(diào)度定位平臺根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模進(jìn)行劃分。一級指揮中心為總隊級別、二級指揮中心為支隊級別、同時系統(tǒng)也可根據(jù)任務(wù)需求，開設(shè)局為最高級指揮中心，形成“局—總隊—支隊”三層架構(gòu)指揮調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，各層次網(wǎng)絡(luò)之間按需互聯(lián)或獨(dú)立布局。轄區(qū)無線自組網(wǎng)主要針對城區(qū)、林區(qū)等人員密集或需要管護(hù)的野外森林等環(huán)境采用無線自組網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行通信覆蓋，采用超短波無線鏈路實(shí)現(xiàn)各基站的互聯(lián)互通，覆蓋全轄區(qū)，不依賴公網(wǎng)、衛(wèi)星、微波、光纖IP等任何第三方鏈路資源，具備超強(qiáng)抗毀抗災(zāi)能力。

（1）指揮中心：應(yīng)急指揮平臺具備功能：一是呼、組呼、全呼等語音通信功能；二是電量查看、監(jiān)聽、強(qiáng)插等終端管理功能；三是定位、軌跡跟蹤、實(shí)時兵力、實(shí)時火線等可視化呈現(xiàn)功能；四是動態(tài)組建多局互通、協(xié)同作戰(zhàn)，平時獨(dú)立、戰(zhàn)時統(tǒng)一、按需調(diào)度等應(yīng)用功能。

（2）轄區(qū)無線自組網(wǎng)具備功能：一是布設(shè)自組網(wǎng)高架站覆蓋重點(diǎn)林區(qū)，配套地面移動自組網(wǎng)基站與高山站點(diǎn)無線互聯(lián)；二是多跳級聯(lián)、延伸覆蓋，真正解決撲火前指到撲火隊長“最后一公里”的通信問題；三是“火場通”“動中通”；四是到位即展開、展開即覆蓋。

4 應(yīng)用特點(diǎn)

（1）全區(qū)覆蓋：應(yīng)急通信網(wǎng)必須全區(qū)域覆蓋，突發(fā)事件地點(diǎn)是沒有規(guī)則的，任意地域應(yīng)急事件需要就必須無條件覆蓋，而且必須迅速提供通信覆蓋不得延誤。

（2）防災(zāi)抗毀：應(yīng)急通信網(wǎng)必須有很強(qiáng)的生存能力，所有現(xiàn)代通信手段包括電信無線通信系統(tǒng)出現(xiàn)故障或遇到特殊情況徹底中斷，應(yīng)急通信網(wǎng)必須生存并提供穩(wěn)定通信覆蓋。各種自然災(zāi)害供電中斷，應(yīng)急通信網(wǎng)不能中斷，電源中斷維持時間大于8小時，支持配置72小時。

（3）快速部署：無線應(yīng)急通信場景需求、地形、背景千變?nèi)f化，沒有固定統(tǒng)一的模式。在特殊的覆蓋不良區(qū)域，需要提供快速部署技術(shù)設(shè)備，能夠在現(xiàn)場快速地以數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘時間內(nèi)部署現(xiàn)場通信系統(tǒng)。

（4）動態(tài)重組：應(yīng)急通信覆蓋區(qū)域，在緊急情況下多警種多部門參與協(xié)同工作，必須將不同部門、單位、團(tuán)隊按照事先安排的固定規(guī)則全自動融合成為一體進(jìn)行通信，提供單呼、組呼、緊急呼叫。因?yàn)樵诰o急情況下，沒有任何時間空間去調(diào)整通信模式，去組合各個單位、部門的通信模式，必須全自動即刻形成可以統(tǒng)一指揮的無線通信網(wǎng)絡(luò)。

（5）統(tǒng)一指揮：任何單位、任何部門，只要抵達(dá)現(xiàn)場即全自動融合為一個通信系統(tǒng)，支持現(xiàn)場前線指揮部、后方總指揮部的垂直通信指揮，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一步調(diào)協(xié)同工作的高效率。無論在何種繁忙通信狀態(tài)下，必須確保最高指揮權(quán)電臺的最高優(yōu)先級別，確保在任意時間、任意地點(diǎn)、對任意范圍（包括：轄區(qū)、地級區(qū)域、前線指揮電臺、現(xiàn)場電臺）發(fā)起語音指令。

5 系統(tǒng)場景應(yīng)用

（1）“動中通”隊伍行進(jìn)。在任務(wù)開進(jìn)途中，當(dāng)脫離高架自組網(wǎng)基站覆蓋區(qū)時，自身可以使用自組網(wǎng)通信，車載自組網(wǎng)基站之間無固定組網(wǎng)順序智能自組網(wǎng)，不同的條件下，長條形四跳覆蓋距離達(dá)到10-30km。此時隨車隊同行的單頻自組網(wǎng)基站可以互為協(xié)助中繼，只要有一臺基站的通信質(zhì)量穩(wěn)定，就可以保證通信質(zhì)量。車隊中多設(shè)備互為備份，通信質(zhì)量會更穩(wěn)定高效。

（2）一線組網(wǎng)救援。根據(jù)火場態(tài)勢分布情況，部署便攜自組網(wǎng)基站，多個便攜站之間無線聯(lián)網(wǎng)，形成專門針對火場周邊覆蓋的機(jī)動性戰(zhàn)斗通信網(wǎng)。確保一線指揮員的信息互通，對區(qū)域內(nèi)消防員進(jìn)行語音指令，為指揮滅火作戰(zhàn)任務(wù)提供有效信息支持。

（3）多梯隊任務(wù)協(xié)同。依托高架式自組網(wǎng)基站，通過無線多跳級聯(lián)的方式形成廣域覆蓋的通信網(wǎng)絡(luò)，對重點(diǎn)轄區(qū)進(jìn)行強(qiáng)化覆蓋，同時配套便攜基站、背負(fù)基站根據(jù)實(shí)際火場分布進(jìn)行組網(wǎng)延伸，深入覆蓋火場一線。通過組號劃分，有序規(guī)劃通信隊伍實(shí)現(xiàn)即可各段火線獨(dú)立通信互不干擾，又可多點(diǎn)互聯(lián)協(xié)同指揮，統(tǒng)一作戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)指揮中心對任務(wù)區(qū)域的高效精確指揮調(diào)度。