摘要：消防救援隊(duì)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(duì)伍在參與各種搶險(xiǎn)救援工作時(shí)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(duì)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(dāng)前應(yīng)急通信的重要形式，可實(shí)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(duì)復(fù)雜，本文將針對(duì)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(yùn)用情況進(jìn)行詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：消防救援隊(duì)伍;應(yīng)急通信;自組網(wǎng)系統(tǒng);運(yùn)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(chǎng)景下實(shí)施救援和搶險(xiǎn)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(huì)直接對(duì)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(hào)覆蓋不全，存在信號(hào)弱或無公共網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的問題，這將導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)情況回傳以及指揮命令下達(dá)等工作無法順利進(jìn)行。除此之外，諸如地鐵、礦山、涵洞救援這類需要在地下進(jìn)行指揮和聯(lián)絡(luò)的搶險(xiǎn)救災(zāi)工作，其作業(yè)空間也存在信號(hào)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(jí)子技術(shù)設(shè)備實(shí)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(shí)現(xiàn)較快的通信傳出速率，不僅能夠進(jìn)行傳統(tǒng)音頻信息傳遞，在較高的帶寬下亦能實(shí)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(shí)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(jìn)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(gè)通信節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題將對(duì)整個(gè)通信體系造成較大影響。自組網(wǎng)系統(tǒng)憑借較為先進(jìn)的底層數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及先進(jìn)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(jìn)行通信聯(lián)系的過程中技術(shù)人員無需進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)試和維保，實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)組建、隨時(shí)聯(lián)網(wǎng)、隨時(shí)通信的優(yōu)勢(shì)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(diǎn)，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(jìn)行復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜颓捌诰W(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(shì)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(diǎn)地位一致，均可在必要情況下進(jìn)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(dá)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(biāo)[1]。在消防救援工作中，消防救援隊(duì)伍經(jīng)常要面對(duì)一些無法依托于公共網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行整體指揮的情況，此時(shí)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(shí)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(duì)員和指揮中心必須保持無間斷實(shí)時(shí)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(gè)搶險(xiǎn)救援指控工作需求。

第一，設(shè)備必須具備強(qiáng)大的信號(hào)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(hào)連接。第二，設(shè)備必須具備便攜特征，面對(duì)不同類型的消防救援工作，中繼節(jié)點(diǎn)可能架設(shè)在任何具備通信指揮優(yōu)勢(shì)的位置，而單兵設(shè)備作為其救災(zāi)過程中的負(fù)重內(nèi)容，如果其重量過大也會(huì)直接影響消防隊(duì)員的正?；顒?dòng)，因此應(yīng)急通信系統(tǒng)下的各級(jí)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(gè)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(dòng)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(yùn)用

（一）方案設(shè)計(jì)規(guī)劃

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求及自身技術(shù)情況，設(shè)計(jì)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(duì)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(chǎng)景。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中具備網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)連接和路徑自動(dòng)尋找功能，能夠支持高帶寬數(shù)據(jù)信息通信，同時(shí)具有極強(qiáng)的抗摧毀能力，某一通信節(jié)點(diǎn)因故無法繼續(xù)進(jìn)行通信時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)選擇其他可用路徑繼續(xù)進(jìn)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(shí)際通信質(zhì)量選擇最優(yōu)通信路徑。結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用從方案規(guī)劃設(shè)計(jì)上來看，系統(tǒng)所含硬件設(shè)備應(yīng)包括無人機(jī)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(shí)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(jì)參數(shù)可達(dá)到如下狀態(tài)。首先從單跳通信距離上來看，可達(dá)到1-3KM的通信距離，另外點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息傳輸速率可以達(dá)到40Mbps（最大傳輸速率），可以進(jìn)行高清視頻錄像以及視頻回傳。其次，從節(jié)點(diǎn)數(shù)量上來看，可容納超過50個(gè)獨(dú)立通信節(jié)點(diǎn)，每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)都可對(duì)各級(jí)通信終端進(jìn)行信息上傳和部分信息獲取，多節(jié)點(diǎn)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(hào)質(zhì)量，單個(gè)節(jié)點(diǎn)故障后，其自我重組分配功能可以實(shí)現(xiàn)故障自愈[4]。另外，在選擇不同基礎(chǔ)通信信號(hào)時(shí)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)路徑選擇的過程中其選擇時(shí)間一般在100ms以內(nèi)，即使單一節(jié)點(diǎn)故障一般也不會(huì)對(duì)整體通信造成直接影響，如有新節(jié)點(diǎn)并入整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，從其節(jié)點(diǎn)設(shè)備開機(jī)到連接網(wǎng)絡(luò)整體時(shí)長約為1s左右。而且總設(shè)備開機(jī)到通信網(wǎng)絡(luò)建立這段時(shí)間上來看，整體系統(tǒng)耗時(shí)理論上小于1min，設(shè)備自主尋網(wǎng)能力較強(qiáng)。

2.自組網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)用分析

本設(shè)計(jì)方案下自組網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備主要包含背負(fù)式自組網(wǎng)單兵設(shè)備、中繼基站、機(jī)載臺(tái)、車載臺(tái)、應(yīng)急通信指揮終端、手持智能終端、無人機(jī)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(duì)講和定位功能，可接收GPS信號(hào)和北斗定位信號(hào)，同時(shí)也能夠進(jìn)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(hào)覆蓋范圍在30km左右，在進(jìn)行無線數(shù)字通信時(shí)，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(yán)重的情況下也可達(dá)1km左右。

（3）車載臺(tái)主要由汽車負(fù)載，機(jī)載臺(tái)由無人機(jī)負(fù)載，機(jī)載臺(tái)的整體質(zhì)量比較小，而且可以在相對(duì)較高的空域?qū)崿F(xiàn)快速通信信息傳輸，機(jī)載臺(tái)應(yīng)用于無人機(jī)上能夠大幅提升空中信息采集能力，機(jī)載臺(tái)和車載臺(tái)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(qiáng)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(diǎn)對(duì)各單兵設(shè)備以及機(jī)載臺(tái)、車載臺(tái)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自主網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约包c(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)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(shí)具備IP68級(jí)防護(hù)，其攝錄功能具有降噪、防抖等功能，除能夠進(jìn)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(jī)選擇6旋翼工業(yè)級(jí)機(jī)組，其穩(wěn)定性好，能夠應(yīng)對(duì)7級(jí)左右的大風(fēng)天氣，具備一鍵返航和長時(shí)間滯空進(jìn)行高清影音視頻攝錄的功能，該型無人機(jī)能夠有效負(fù)載至少5KG的物體升空，可很好的攜帶機(jī)載臺(tái)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(jī)，滿足中繼的長時(shí)間置空。

（6）自組網(wǎng)軟件系統(tǒng)具備開源升級(jí)能力，可實(shí)現(xiàn)鏈路狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滹@示，同時(shí)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(shí)能夠滿足多路徑指揮，可根據(jù)實(shí)際情況分組進(jìn)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(hào)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(hào)接收與發(fā)射活動(dòng)，整體重量較輕，便于應(yīng)急衛(wèi)星通信組網(wǎng)使用[7]，使遠(yuǎn)端的互聯(lián)網(wǎng)信號(hào)，專網(wǎng)信號(hào)接入任務(wù)區(qū)域，完成信息的傳遞。

（二）應(yīng)用場(chǎng)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(shí)施救援面臨通信困難， 指揮不暢?？梢岳枚嗵鴮拵ё越M網(wǎng)技術(shù)快速搭建覆蓋救援現(xiàn)場(chǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)與地面現(xiàn)場(chǎng)指揮部以及后方指揮中心之間建立通信鏈路。保證多點(diǎn)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(duì)講機(jī)通信不可靠，經(jīng)常遇到信號(hào)盲區(qū)，阻礙救援的順利實(shí)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(chǎng)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(chǎng)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(yán)重?fù)砣麩o法使用。 利用自組網(wǎng)技術(shù)迅速搭建覆蓋現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)

在野外或叢林中執(zhí)行任務(wù)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)無通信網(wǎng)絡(luò)可依托、道路可能中斷、 地形復(fù)雜。 前突隊(duì)員迅速展開，沿途尋找制高點(diǎn)，依次將隨身攜帶的設(shè)備迅速部署，自動(dòng)組成寬帶網(wǎng)，搭建第一現(xiàn)場(chǎng)與指揮部之間的寬帶音視頻鏈路。還可放飛無人機(jī)到達(dá)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(duì)員和指揮員之間相互通信。 同時(shí)，利用北斗衛(wèi)星定位，指揮員全面掌握每個(gè)隊(duì)員的實(shí)時(shí)位置，隨時(shí)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(duì)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(hào)覆蓋整個(gè)任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)。 實(shí)現(xiàn)救援隊(duì)與指揮中心之間音視頻實(shí)時(shí)通訊，讓指揮中心實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)第一手信息，最大程度保障現(xiàn)場(chǎng)救援人員生命安全。

6.?；窇?yīng)急處置指揮

危化品生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)過程中一旦發(fā)生事故，均造成重大財(cái)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(shí)間趕赴現(xiàn)場(chǎng)。搶險(xiǎn)人員用手持融合單兵將現(xiàn)場(chǎng)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(dá)的指令，迅速開展搶險(xiǎn)救援行動(dòng)。

7.車隊(duì)通信保障

在執(zhí)行任務(wù)中，經(jīng)常有大規(guī)模車隊(duì)機(jī)動(dòng)編組行進(jìn)的情況。車隊(duì)經(jīng)過不同地理地貌的道路情況復(fù)雜， 突發(fā)狀況時(shí)有發(fā)生。傳統(tǒng)的對(duì)講機(jī)時(shí)常遇到通信不暢的情況，同時(shí)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(duì)中的每一輛車都可以隨時(shí)隨地保持互通。在車隊(duì)中的綜合通信車上部署寬帶 IP 衛(wèi)星通信“動(dòng)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(duì)的行進(jìn)視頻、重要物資的安全狀況可以實(shí)時(shí)傳送到指揮部，動(dòng)態(tài)行進(jìn)軌跡都可以在指揮部的 GIS 系統(tǒng)上實(shí)時(shí)顯示。

四、結(jié)束語

本文針對(duì)自組網(wǎng)系統(tǒng)在消防應(yīng)急通信中的運(yùn)用情況進(jìn)行了詳細(xì)介紹，針對(duì)自組網(wǎng)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)相應(yīng)系統(tǒng)中的功能設(shè)備情況進(jìn)行了分析。從當(dāng)前自組網(wǎng)系統(tǒng)在一線消防隊(duì)伍中的實(shí)際應(yīng)用情況上來看，其大大提升了搶險(xiǎn)救災(zāi)中的信息互動(dòng)能力，給隊(duì)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(qiáng)? ? 赤峰市森林消防支隊(duì)

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

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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