自組網(wǎng)系統(tǒng)在消防應(yīng)急通信中的運用

摘要：消防救援隊伍作為應(yīng)急救援的重要力量，其現(xiàn)代化信息建設(shè)需求是非常高的，由于消防救援隊伍在參與各種搶險救援工作時常面臨斷網(wǎng)、斷路、斷電等諸多不利環(huán)境因素影響，導(dǎo)致其通信系統(tǒng)無法正常工作，因此消防應(yīng)急通信是消防救援隊伍現(xiàn)代化體系建設(shè)的重要內(nèi)容。自組網(wǎng)系統(tǒng)是當前應(yīng)急通信的重要形式，可實現(xiàn)復(fù)雜惡劣環(huán)境下的綜合通信聯(lián)系。鑒于自組網(wǎng)系統(tǒng)整體技術(shù)內(nèi)容相對復(fù)雜，本文將針對自組網(wǎng)系統(tǒng)以及該系統(tǒng)在消防應(yīng)急通信中的具體運用情況進行詳細分析。

關(guān)鍵詞：消防救援隊伍;應(yīng)急通信;自組網(wǎng)系統(tǒng);運用研究

一方面來看，消防救援工作環(huán)境較為復(fù)雜，可能在任何場景下實施救援和搶險工作，另一方面來看，森林火災(zāi)所引發(fā)的濃煙、高溫等不利因素會直接對傳統(tǒng)通信指揮系統(tǒng)產(chǎn)生影響，而且原始森林的公共信號覆蓋不全，存在信號弱或無公共網(wǎng)絡(luò)信號的問題，這將導(dǎo)致現(xiàn)場情況回傳以及指揮命令下達等工作無法順利進行。除此之外，諸如地鐵、礦山、涵洞救援這類需要在地下進行指揮和聯(lián)絡(luò)的搶險救災(zāi)工作，其作業(yè)空間也存在信號不佳的問題。在這種情況下必須建立相應(yīng)的應(yīng)急通信系統(tǒng)。自組網(wǎng)系統(tǒng)不僅能夠依托于各級子技術(shù)設(shè)備實現(xiàn)較好的平行通信連接，而且也能夠克服復(fù)雜不利環(huán)境因素實現(xiàn)較快的通信傳出速率，不僅能夠進行傳統(tǒng)音頻信息傳遞，在較高的帶寬下亦能實現(xiàn)高清視頻及文件資料等不同模式的信息傳輸，應(yīng)用自組網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)較為完善的消防應(yīng)急通信能力至關(guān)重要。

一、自組網(wǎng)系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)通信體系下任何數(shù)據(jù)傳輸均需要經(jīng)由既定的通道進行，包括有線通信和無線通信，而這樣的傳統(tǒng)通信體系其在緊急情況下的自我應(yīng)變能力比較差，一旦某條線路或者某個通信節(jié)點出現(xiàn)問題將對整個通信體系造成較大影響。自組網(wǎng)系統(tǒng)憑借較為先進的底層數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及先進的通信信息自我傳輸功能，能夠?qū)崿F(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)自建以及通信通道的自我選擇等功能，這使得應(yīng)用自組網(wǎng)系統(tǒng)進行通信聯(lián)系的過程中技術(shù)人員無需進行復(fù)雜的調(diào)試和維保，實現(xiàn)了隨時組建、隨時聯(lián)網(wǎng)、隨時通信的優(yōu)勢功能。自組網(wǎng)系統(tǒng)不完全依賴于通信中樞，必要情況下單兵設(shè)備也可成為相應(yīng)的信息傳遞節(jié)點，而且在前期組建過程中由于其具備自組網(wǎng)功能，因而也無需進行復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓撲和前期網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)劃，這些都是其在應(yīng)急通信領(lǐng)域所能展現(xiàn)的優(yōu)勢功能。自組網(wǎng)系統(tǒng)采用無中心同頻通信的模式，所有在通信體系內(nèi)的通信節(jié)點地位一致，均可在必要情況下進行雙向多格式的通信信息傳輸，應(yīng)用這樣的自組網(wǎng)系統(tǒng)能夠較好地達成消防應(yīng)急通信所需的快速展開、快速組建以及快速應(yīng)用目標[1]。在消防救援工作中，消防救援隊伍經(jīng)常要面對一些無法依托于公共網(wǎng)絡(luò)來進行整體指揮的情況，此時利用自組網(wǎng)系統(tǒng)能夠快速搭建應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通信通道，實現(xiàn)不通公共網(wǎng)絡(luò)覆蓋狀態(tài)下的全域救援目的。

二、消防應(yīng)急通信需求

在各種不同類型的消防救援工作中，消防隊員和指揮中心必須保持無間斷實時通信，以提供前沿災(zāi)情給指揮中心，在這種情況下，應(yīng)急通信系統(tǒng)必須具備以下幾方面特征，從而滿足整個搶險救援指控工作需求。

第一，設(shè)備必須具備強大的信號穩(wěn)定性。由于環(huán)境比較惡劣，所以常規(guī)通信手段很可能在這種環(huán)境下受到影響，因此要求應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)能保持穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)信號連接。第二，設(shè)備必須具備便攜特征，面對不同類型的消防救援工作，中繼節(jié)點可能架設(shè)在任何具備通信指揮優(yōu)勢的位置，而單兵設(shè)備作為其救災(zāi)過程中的負重內(nèi)容，如果其重量過大也會直接影響消防隊員的正?；顒?，因此應(yīng)急通信系統(tǒng)下的各級設(shè)備必須具備較好的便攜性[2]。第三，必須具備多樣化功能。應(yīng)急通信系統(tǒng)必須具備多種不同格式的信息傳遞功能，這其中最主要的就是音視頻傳輸功能，另外為了保障各種信息資料的順利傳輸，也應(yīng)具備相應(yīng)的圖片、文字信息傳輸能力。除此之外，整個系統(tǒng)必須滿足不同的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用功能，包括衛(wèi)星通信、微波通信、移動端5G微基站通信等。

三、自組網(wǎng)系統(tǒng)在消防應(yīng)急通信中的運用

（一）方案設(shè)計規(guī)劃

根據(jù)實際應(yīng)用需求及自身技術(shù)情況，設(shè)計以MESH無線自組網(wǎng)為核心的消防應(yīng)急通信方案，主要針對公共網(wǎng)絡(luò)癱瘓這樣的規(guī)模較大、常規(guī)通信體系可能無法正常使用的災(zāi)害場景。該系統(tǒng)設(shè)計過程中具備網(wǎng)絡(luò)自動連接和路徑自動尋找功能，能夠支持高帶寬數(shù)據(jù)信息通信，同時具有極強的抗摧毀能力，某一通信節(jié)點因故無法繼續(xù)進行通信時系統(tǒng)將自動選擇其他可用路徑繼續(xù)進行正常的信息通信工作[3]。另外，單兵設(shè)備能夠同步組成相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)，而且能夠根據(jù)實際通信質(zhì)量選擇最優(yōu)通信路徑。結(jié)合實踐應(yīng)用從方案規(guī)劃設(shè)計上來看，系統(tǒng)所含硬件設(shè)備應(yīng)包括無人機系統(tǒng)、單兵通信設(shè)備、微型中繼設(shè)備以及應(yīng)急通信指揮終端等。而從軟件角度上來看，各設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)較好的網(wǎng)絡(luò)自組以及網(wǎng)絡(luò)自檢功能，設(shè)備將能夠?qū)崿F(xiàn)交叉信息傳遞，同時包括音頻通信、音視頻回傳以及數(shù)據(jù)信息獲取上傳等功能。

1.系統(tǒng)整體參數(shù)

應(yīng)用MESH無線自組網(wǎng)系統(tǒng)后其設(shè)計參數(shù)可達到如下狀態(tài)。首先從單跳通信距離上來看，可達到1-3KM的通信距離，另外點對點信息傳輸速率可以達到40Mbps（最大傳輸速率），可以進行高清視頻錄像以及視頻回傳。其次，從節(jié)點數(shù)量上來看，可容納超過50個獨立通信節(jié)點，每個通信節(jié)點都可對各級通信終端進行信息上傳和部分信息獲取，多節(jié)點同步在線的情況下系統(tǒng)能夠自行匹配最佳通信線路，既保障通信速率也保障信號質(zhì)量，單個節(jié)點故障后，其自我重組分配功能可以實現(xiàn)故障自愈[4]。另外，在選擇不同基礎(chǔ)通信信號時其通信延遲情況不同，但理論延遲均控制在1-3ms左右。除此之外在進行網(wǎng)絡(luò)路徑選擇的過程中其選擇時間一般在100ms以內(nèi)，即使單一節(jié)點故障一般也不會對整體通信造成直接影響，如有新節(jié)點并入整個通信網(wǎng)絡(luò)，從其節(jié)點設(shè)備開機到連接網(wǎng)絡(luò)整體時長約為1s左右。而且總設(shè)備開機到通信網(wǎng)絡(luò)建立這段時間上來看，整體系統(tǒng)耗時理論上小于1min，設(shè)備自主尋網(wǎng)能力較強。

2.自組網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備運用分析

本設(shè)計方案下自組網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備主要包含背負式自組網(wǎng)單兵設(shè)備、中繼基站、機載臺、車載臺、應(yīng)急通信指揮終端、手持智能終端、無人機以及軟件系統(tǒng)。其具體情況如下

（1）單兵設(shè)備支持語音對講和定位功能，可接收GPS信號和北斗定位信號，同時也能夠進行WIFI無線連接。單兵設(shè)備工作頻率可以在300M-6GHz頻率間定制，具備網(wǎng)絡(luò)自選以及多跳中繼、多媒體數(shù)據(jù)記錄回傳等功能[5]。

（2）中繼基站采用鋰電池供電，換電方便。該便攜式中繼站無需中心網(wǎng)關(guān)，具備完善的自組網(wǎng)功能，且中繼信號覆蓋范圍在30km左右，在進行無線數(shù)字通信時，如設(shè)置在較為開闊的區(qū)域其整體傳輸距離較長，即使在阻擋較為嚴重的情況下也可達1km左右。

（3）車載臺主要由汽車負載，機載臺由無人機負載，機載臺的整體質(zhì)量比較小，而且可以在相對較高的空域?qū)崿F(xiàn)快速通信信息傳輸，機載臺應(yīng)用于無人機上能夠大幅提升空中信息采集能力，機載臺和車載臺的最大傳輸速率均大于100Mbps，且均能滿足較惡劣環(huán)境下的連續(xù)正常工作。

（4）應(yīng)急通信指揮終端具有高清視頻顯示以及強大的自組網(wǎng)數(shù)據(jù)整合能力，不僅不需要中心網(wǎng)關(guān)，而且可以作為平行節(jié)點對各單兵設(shè)備以及機載臺、車載臺進行聯(lián)動，能夠?qū)崿F(xiàn)自主網(wǎng)絡(luò)拓撲以及點對點、點對多、鏈狀中繼等功能。手持智能終端具備高清視頻攝錄功能，同時具備IP68級防護，其攝錄功能具有降噪、防抖等功能，除能夠進行自組網(wǎng)外，還具備高亮度手電筒，能夠在某些情況下應(yīng)急使用[6]。

（5）無人機選擇6旋翼工業(yè)級機組，其穩(wěn)定性好，能夠應(yīng)對7級左右的大風(fēng)天氣，具備一鍵返航和長時間滯空進行高清影音視頻攝錄的功能，該型無人機能夠有效負載至少5KG的物體升空，可很好的攜帶機載臺以及一些其他必要通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可考慮系留無人機，滿足中繼的長時間置空。

（6）自組網(wǎng)軟件系統(tǒng)具備開源升級能力，可實現(xiàn)鏈路狀態(tài)實時監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)拓撲顯示，同時能夠接入包括GIS系統(tǒng)在內(nèi)的其他可用于應(yīng)急救援的軟件系統(tǒng)，同時能夠滿足多路徑指揮，可根據(jù)實際情況分組進行指令下行。

（7）采用衛(wèi)星便攜站，其構(gòu)成部分包括衛(wèi)星天線（便攜折疊型）、衛(wèi)星信號調(diào)制解調(diào)器、板載無線WIFI模塊等，可在海拔5000m以下區(qū)域?qū)崿F(xiàn)較好的天基衛(wèi)星信號接收與發(fā)射活動，整體重量較輕，便于應(yīng)急衛(wèi)星通信組網(wǎng)使用[7]，使遠端的互聯(lián)網(wǎng)信號，專網(wǎng)信號接入任務(wù)區(qū)域，完成信息的傳遞。

（二）應(yīng)用場景

1.超高層應(yīng)急救援

中國擁有全世界最多的高層建筑。高層建筑內(nèi)一旦發(fā)生災(zāi)難，實施救援面臨通信困難， 指揮不暢。可以利用多跳寬帶自組網(wǎng)技術(shù)快速搭建覆蓋救援現(xiàn)場的通信網(wǎng)絡(luò)，同時與地面現(xiàn)場指揮部以及后方指揮中心之間建立通信鏈路。保證多點多向語音、視頻傳輸和傳感器數(shù)據(jù)傳送，讓指揮暢通，救援順利。

2.地下空間應(yīng)急救援

中國擁有全世界最大的地下空間。一旦發(fā)生重大安全事件，極易造成群死群傷的惡性后果。然而地下空間無線通信受到復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的影響，對講機通信不可靠，經(jīng)常遇到信號盲區(qū)，阻礙救援的順利實施。 可以利用自組網(wǎng)技術(shù)，迅速搭建覆蓋全部地下空間的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，保證救援順利展開。

3.人員密集場所應(yīng)急救援

人員密集區(qū)域一旦發(fā)生災(zāi)害事故，需要救援力量指揮現(xiàn)場群眾疏散，避免擁擠踩踏造成二次傷害。公網(wǎng)通信在這種危急情況下都可能已經(jīng)嚴重擁塞無法使用。 利用自組網(wǎng)技術(shù)迅速搭建覆蓋現(xiàn)場全域的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)是解決“通信不暢、指揮混亂” 的有效方法。

4. 野外大范圍搜救和極端條件下的突進

在野外或叢林中執(zhí)行任務(wù)時，現(xiàn)場無通信網(wǎng)絡(luò)可依托、道路可能中斷、 地形復(fù)雜。 前突隊員迅速展開，沿途尋找制高點，依次將隨身攜帶的設(shè)備迅速部署，自動組成寬帶網(wǎng)，搭建第一現(xiàn)場與指揮部之間的寬帶音視頻鏈路。還可放飛無人機到達指定區(qū)域， 作為空中中繼基站，能極大地增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，便于前突隊員和指揮員之間相互通信。 同時，利用北斗衛(wèi)星定位，指揮員全面掌握每個隊員的實時位置，隨時調(diào)度指揮，保障應(yīng)急救援任務(wù)圓滿完成。

5.自然災(zāi)害救援

我國每年都要面臨多起地震、洪水、泥石流、森林滅火等自然災(zāi)害，面對災(zāi)害帶來的三斷（斷網(wǎng)、斷電、斷路）情況，可以通過航空器攜帶自組網(wǎng)中繼基站，將通信訊號覆蓋整個任務(wù)現(xiàn)場。 實現(xiàn)救援隊與指揮中心之間音視頻實時通訊，讓指揮中心實時掌握現(xiàn)場第一手信息，最大程度保障現(xiàn)場救援人員生命安全。

6.?；窇?yīng)急處置指揮

危化品生產(chǎn)和儲運過程中一旦發(fā)生事故，均造成重大財產(chǎn)損失或者伴隨人員傷亡。 應(yīng)急救援力量攜帶自組網(wǎng)設(shè)備第一時間趕赴現(xiàn)場。搶險人員用手持融合單兵將現(xiàn)場的視頻畫面迅速傳送回前方指揮所以及后方指揮中心，并根據(jù)指揮員下達的指令，迅速開展搶險救援行動。

7.車隊通信保障

在執(zhí)行任務(wù)中，經(jīng)常有大規(guī)模車隊機動編組行進的情況。車隊經(jīng)過不同地理地貌的道路情況復(fù)雜， 突發(fā)狀況時有發(fā)生。傳統(tǒng)的對講機時常遇到通信不暢的情況，同時也難以與指揮中心保持暢通的通信聯(lián)絡(luò)。采用寬帶無線自組網(wǎng)之后，車隊中的每一輛車都可以隨時隨地保持互通。在車隊中的綜合通信車上部署寬帶 IP 衛(wèi)星通信“動中通”設(shè)備，即可與數(shù)百甚至數(shù)千公里之外的指揮中心保持暢通的聯(lián)絡(luò)。車隊的行進視頻、重要物資的安全狀況可以實時傳送到指揮部，動態(tài)行進軌跡都可以在指揮部的 GIS 系統(tǒng)上實時顯示。

四、結(jié)束語

本文針對自組網(wǎng)系統(tǒng)在消防應(yīng)急通信中的運用情況進行了詳細介紹，針對自組網(wǎng)系統(tǒng)的功能特點以及設(shè)計方案進行了分析，同時對相應(yīng)系統(tǒng)中的功能設(shè)備情況進行了分析。從當前自組網(wǎng)系統(tǒng)在一線消防隊伍中的實際應(yīng)用情況上來看，其大大提升了搶險救災(zāi)中的信息互動能力，給隊員溝通聯(lián)絡(luò)以及綜合指令下行均帶來較大的效能提升。

作者單位：王志強? ? 赤峰市森林消防支隊

王志強（1980.06-），男，漢族，河北衡水，本科，專業(yè)技術(shù)十級，研究方向：應(yīng)急通信。

參? 考? 文? 獻

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