羅濤

摘要：水下通信技術(shù)的發(fā)展對(duì)促進(jìn)消防水域救援具有重要價(jià)值和意義，此技術(shù)可應(yīng)用于水面救援、水下搜救等救援作業(yè)，促進(jìn)消防救援事業(yè)良好發(fā)展。水下通信的新技術(shù)與新裝備在消防救援領(lǐng)域有著較為廣闊的應(yīng)用前景，不僅能夠有效降低水域救援人員的安全風(fēng)險(xiǎn)，還可以提升救援隊(duì)伍的綜合救援效率，有利于更好完成救援任務(wù)?；诖?，本文針對(duì)目前的消防救援水下通信技術(shù)進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：水下通信；消防救援；通信；水域救援

引言

水域救援是消防救援中的重要任務(wù)種類，水下通信技術(shù)是展開水下救援任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，將其應(yīng)用到水下救援工作中能夠提升水下救援工作質(zhì)量與效率。目前我國消防救援任務(wù)繁重，逐漸向出全災(zāi)種、大應(yīng)急方向發(fā)展，對(duì)相關(guān)通信技術(shù)的要求也日益提高。就目前而言，水聲通信技術(shù)、電磁通信技術(shù)與光學(xué)通信技術(shù)是水下通信技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展相對(duì)成熟的技術(shù)。不同技術(shù)類型有著不同的應(yīng)用優(yōu)劣勢(shì)，其中水聲通信技術(shù)因具備較長的通信距離，近年來受到廣泛關(guān)注，同樣也是目前消防水下救援應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)。

一、消防救援水下通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)種類

（一）消防救援水下作業(yè)存在的困難

2020年我國溺水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，全世界每年有超過32萬人因溺水而亡，我國每年約有5.7萬人溺亡[1]。消防救援領(lǐng)域的水下通信技術(shù)在未來發(fā)展過程中需要攻克技術(shù)性難題，目前的水下通信作業(yè)尚存在諸多困難，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。第一，防水要求高。水下救援大多存在復(fù)雜水下環(huán)境，對(duì)各項(xiàng)設(shè)備和終端的防水要求較高，特殊救援情況需要通信設(shè)備長時(shí)間浸泡或接觸水環(huán)境。水下通信設(shè)備包括水下信標(biāo)、水下對(duì)講機(jī)、水下便攜電腦等。因此，通信設(shè)備需要做好專業(yè)防水，避免結(jié)構(gòu)進(jìn)水影響通信聯(lián)通[2]。第二，水面通信依賴性強(qiáng)。水下救援活動(dòng)需要水面的指揮統(tǒng)領(lǐng)，水下通信需要水面通信作為支持，需要連接水面的通信設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)水下信號(hào)，但水面通信的移動(dòng)性較強(qiáng)，無法提供固定的通信地點(diǎn)，這就表明整個(gè)水下救援活動(dòng)無法長時(shí)間使用有線通信設(shè)備，大多數(shù)情況需要依靠無線通信。第三，環(huán)境影響明顯。環(huán)境對(duì)水下通信信號(hào)的影響較為明顯，電磁波信號(hào)在水環(huán)境中出現(xiàn)信號(hào)衰減，且信號(hào)傳遞與水體渾濁程度、水體溫度等因素相關(guān)，使得通信信號(hào)無法實(shí)現(xiàn)在水環(huán)境中的有效傳播，容易出現(xiàn)信號(hào)故障問題[3]。消防水下救援多發(fā)生于河流、湖泊等天然開放水域，此類水域多存在雜亂樹枝、水面垃圾等，有線通信設(shè)備容易被水中物體纏繞，無線通信容易被水環(huán)境障礙物影響，不利于消防救援通信。

（二）消防救援水下通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

水下通信技術(shù)為消防水下救援提供了有效支持，能夠確保水上實(shí)體與水下目標(biāo)的通信聯(lián)系，此技術(shù)的研究與應(yīng)用受到了各級(jí)消防救援隊(duì)伍的重視。水下救援場(chǎng)景與地理?xiàng)l件較為復(fù)雜，缺少通信會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)救援效率。通信技術(shù)的應(yīng)用能夠解決指揮員與救援人員、被困人員、水下機(jī)器人等信息互通問題，促使指揮員及時(shí)、全面獲得水下信息與救援情況，為水下救援活動(dòng)開展提供指導(dǎo)，促使救援活動(dòng)高效進(jìn)行。就目前而言，我國水下通信技術(shù)發(fā)展起步較晚，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用與研發(fā)尚處于初步發(fā)展階段，消防站尚未大范圍普及水下通信設(shè)備。部分單位對(duì)水下通信技術(shù)應(yīng)用較為不足，多采用手語或傳統(tǒng)繩語方式，通信方式較為傳統(tǒng)。此通信方式雖然應(yīng)用簡便，但同時(shí)也會(huì)帶來信息量小、信息傳輸易受環(huán)境影響、信息傳遞范圍小等不足，容易因?yàn)榄h(huán)境過于復(fù)雜出現(xiàn)信息傳輸錯(cuò)誤或傳輸中斷等問題，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)繩語傳遞過程中纏繞救援人員，給水下救援帶來諸多影響，不適用于復(fù)雜水下救援環(huán)境。雖然部分消防總隊(duì)配置了水下通信設(shè)備，但受到技術(shù)發(fā)展不成熟、設(shè)備研發(fā)不足等影響，在實(shí)際使用中容易出現(xiàn)故障，且應(yīng)用成本較高，無法得到大范圍普及應(yīng)用。水下空間環(huán)境極為復(fù)雜，影響水下通信技術(shù)的有效信息傳輸，如何滿足水下通信實(shí)戰(zhàn)需求已成為目前消防救援技術(shù)領(lǐng)域需要重點(diǎn)攻克的難題。為解決傳統(tǒng)通信方式不足，嘗試應(yīng)用佩戴智能穿戴設(shè)備等方式，在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)支持下，相關(guān)研究學(xué)者展開了對(duì)消防救援智能穿戴產(chǎn)品的研究。孫海信、何崇林等（2023）[4]分析了水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中通信抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)以及技術(shù)需求，未來通信技術(shù)將成為消防水下救援領(lǐng)域的重點(diǎn)研究內(nèi)容。

（三）消防救援水下通信技術(shù)常見種類分析

就目前而言，消防救援領(lǐng)域發(fā)展較為成熟的水下通信技術(shù)包括水聲通信、電磁通信和光學(xué)通信。此三類技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中各有優(yōu)劣，主要包括：第一，頻率范圍。水聲通信遠(yuǎn)程可達(dá)500Hz，中程可達(dá)50kHz；電磁通信遠(yuǎn)程可達(dá)100Hz，中程可達(dá)100kHz；光學(xué)通信近程藍(lán)綠可見光1014Hz，中程頻率不具有靈活性。第二，干擾源。水聲通信干擾源包括雨、海洋生物等；電磁通信干擾源包括電機(jī)、光照、電磁閥等；光學(xué)通信干擾源包括陽光等。第三，應(yīng)用場(chǎng)景。水聲通信可應(yīng)用于遠(yuǎn)程通信、精確導(dǎo)航、遠(yuǎn)程傳感器網(wǎng)等；電磁通信可應(yīng)用于動(dòng)力學(xué)環(huán)境、近程通信、近程傳感器網(wǎng)等；光學(xué)通信可應(yīng)用于近程高帶寬高速傳輸數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)視頻等。針對(duì)上述技術(shù)，水聲通信技術(shù)因通信范圍廣備受歡迎，其能夠應(yīng)用于超過1公里通信距離需求的場(chǎng)景，結(jié)合不同工作頻率，可達(dá)到超過幾十公里的通信距離[5]。

水聲通信技術(shù)應(yīng)用于消防救援領(lǐng)域尚存在一些技術(shù)難題，部分特性無法有效適應(yīng)消防救援工作實(shí)際，主要表現(xiàn)為以下方面。第一，救援區(qū)域噪聲干擾問題。常見的水下救援包括海洋區(qū)域、水庫區(qū)與市內(nèi)河道等，此類水域環(huán)境較為復(fù)雜，所產(chǎn)生的水下噪聲會(huì)干擾通信信號(hào)。比如河流水域存在大量的樹木、垃圾等物體，會(huì)影響水聲傳播，導(dǎo)致通信信號(hào)傳播不及時(shí)等，加之在救援過程中，救援船所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生較大噪聲，影響救援人員在水下環(huán)境獲取環(huán)境話音，如何減少噪聲干擾問題是目前水聲通信需要重點(diǎn)研究的問題。第二，信息傳輸問題。水下救援工作時(shí)間緊迫，需要在較短時(shí)間內(nèi)傳遞大量數(shù)據(jù)信息，有著高速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸需求，對(duì)相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的穩(wěn)定性要求較高。在實(shí)際使用中，救援人員借助水下攝像機(jī)、水聲傳感網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，以確保大量數(shù)據(jù)快速有效傳播，是目前水聲通信技術(shù)解決傳輸需求的重要發(fā)展方向[6]。第三，空間運(yùn)動(dòng)問題。水下救援過程對(duì)空間運(yùn)動(dòng)要求較高，不僅需要在狹小區(qū)域內(nèi)快速解救受困人員，同時(shí)還要在較短時(shí)間內(nèi)完成較大范圍的排查，此過程中水下救援人員需要不停改變姿態(tài)，姿態(tài)變化容易遮擋空間內(nèi)信號(hào)傳遞，進(jìn)而導(dǎo)致通信傳輸中斷或傳輸質(zhì)量不佳，影響信息傳輸效果。第四，低功耗需求問題。低功耗是保證通信長時(shí)間續(xù)航、通信信號(hào)不中斷的關(guān)鍵。水下救援過程往往耗費(fèi)時(shí)間較長，為盡快解救被困人員，需要縮短更換設(shè)備電源、保持長時(shí)間通信信號(hào)等，這就要求通信技術(shù)設(shè)施需要盡可能降低功耗，為水下搜救提供保障。綜上，水聲通信技術(shù)設(shè)施在未來發(fā)展中應(yīng)注重優(yōu)化傳輸效率、降低功耗、提升信號(hào)處理技術(shù)等。

二、消防救援水下通信技術(shù)應(yīng)用的幾點(diǎn)思考

（一）有效解決消防救援水下通信難點(diǎn)

就目前而言，在消防救援領(lǐng)域，水下通信技術(shù)尚處于應(yīng)用與探索階段，結(jié)合目前通信難點(diǎn)，提出以下幾點(diǎn)解決方法。第一，水下機(jī)器人通信。水下搜救環(huán)境惡劣，救援人員長時(shí)間進(jìn)行水下搜救存在極高風(fēng)險(xiǎn)，利用水下機(jī)器人協(xié)助完成水下救援工作，甚至代替人工完成水下長時(shí)間探潛工作，以此降低人員下水風(fēng)險(xiǎn)，提升水下排查全面性。在實(shí)際應(yīng)用中，水下機(jī)器人可配置攝像頭、水下通信系統(tǒng)等，參照指令完成水下搜尋作業(yè)，包括水下檢測(cè)、水下巡查與水下救援等，將捕捉的數(shù)據(jù)和畫面通過通信系統(tǒng)傳輸至控制面板，以此實(shí)現(xiàn)水下信息與水面控制的有效通信。目前消防救援隊(duì)多采用遙控式水下機(jī)器人，可分為有線水下機(jī)器人與無線水下機(jī)器人，其中有線水下機(jī)器人采用通信線纜連接機(jī)器人通信系統(tǒng)與控制臺(tái)，將水下拍攝信息與行動(dòng)反饋通過線纜傳輸至控制臺(tái)，水面人員通過控制面板操控機(jī)器人的動(dòng)作信號(hào)與定位信息等，完成水下搜救工作。無線機(jī)器人以水為介質(zhì)，借助電磁波等進(jìn)行信息傳輸，在水環(huán)境內(nèi)建立通信連接[7]。第二，有線水下通信系統(tǒng)。有線水下通信技術(shù)有著水下對(duì)講機(jī)功能，救援人員可佩戴具備有線通信功能的全面罩呼吸器，面罩配備耳機(jī)與麥克風(fēng)，通過信號(hào)線纜與水面人員建立通信連接，完成水下信息傳遞。此系統(tǒng)是消防救援隊(duì)伍常用的水下通信方式。第三，無線水下通信系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要由全面罩呼吸器、水下對(duì)講機(jī)、水下信標(biāo)與水面工作站組成，其借助超聲波進(jìn)行信息傳遞，救援人員所佩戴的全面罩呼吸器具備換能器功能，能夠?qū)⒙曇粜畔⑥D(zhuǎn)化為超聲波信號(hào)，再由水面接收裝置將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲音信號(hào)，水面指揮員獲得聲音信息后進(jìn)行分析研判，并發(fā)出搜救作業(yè)部署，以此實(shí)現(xiàn)信息傳遞。此系統(tǒng)能夠在水下作業(yè)人員與水面輔助人員之間建立清晰、靈活的通話和輔助信息傳遞，為水下搜救提供有效信息指引。

（二）完善水面水下應(yīng)急通信保障

水下救援工作具有緊迫性，應(yīng)為救援工作提供完善的水面水下應(yīng)急通信保障，主要可從以下方面入手。第一，提供岸際后場(chǎng)通信設(shè)施。后場(chǎng)保障是水下救援工作的關(guān)鍵內(nèi)容，應(yīng)提供充足的通信設(shè)施保障。衛(wèi)星通信車或衛(wèi)星便捷站：能夠在公網(wǎng)中斷的情況下將水域救援信息及時(shí)傳輸給指揮中心，對(duì)水下環(huán)境提供遠(yuǎn)程指導(dǎo)；音視頻布控球：對(duì)水域救援過程進(jìn)行全景拍攝與特寫拍攝，并將救援?dāng)z像頭拍攝畫面實(shí)時(shí)傳遞至指揮中心，后場(chǎng)指揮員結(jié)合畫面共同分析，做出指揮決策；發(fā)電機(jī)：水下救援多為移動(dòng)性救援工作，需發(fā)電機(jī)保障現(xiàn)場(chǎng)用電需求；音頻設(shè)備：為相關(guān)人員配備對(duì)講機(jī)、語言調(diào)度臺(tái)、喊話器等，確保語音信號(hào)通暢，保證指揮信息傳遞到位；繪圖儀：方便指揮人員對(duì)指揮方案進(jìn)行繪制部署等[8]；網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)基站：水下通信技術(shù)需要依賴網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，應(yīng)確保救援現(xiàn)場(chǎng)具備網(wǎng)絡(luò)覆蓋，為救援工作提供網(wǎng)絡(luò)保障。第二，水下通信設(shè)施。針對(duì)水下救援環(huán)境，提供完善的通信設(shè)備保障。水下機(jī)器人：由機(jī)器人完成高難度、高風(fēng)險(xiǎn)水下搜救任務(wù)；水下電腦與水下無線通信設(shè)施：為救援人員獲取通信信息提供保障；運(yùn)動(dòng)攝像機(jī)：救援人員須佩戴攝像設(shè)備，及時(shí)拍攝水下救援畫面，將其傳遞至救援指揮中心。第三，加強(qiáng)通信系統(tǒng)培訓(xùn)。水下通信系統(tǒng)運(yùn)行涉及人員較多，主要包括水下通信人員與水面通信人員，對(duì)人員的專業(yè)水平也有更高要求，各環(huán)節(jié)人員需要有效掌握通信系統(tǒng)使用方法和應(yīng)急處置措施，能夠結(jié)合救援工作分析和傳遞信息。其中水下救援人員需要熟練使用水下通信設(shè)備，能夠在救援作業(yè)過程中實(shí)時(shí)傳遞水下救援?dāng)?shù)據(jù)。水面通信人員需要時(shí)刻保持通信通暢，確保指揮輔助信息與前端救援信息的暢通傳遞。

結(jié)語

綜上所述，水下通信技術(shù)是提升水域救援效率的重要因素。大力發(fā)展水下通信技術(shù)，全面提升水下通信適用性、易用性、可靠性，能夠?yàn)樗戮仍ぷ魈峁┯辛ΡＵ?，?jié)約水下救援過程中有效信息的傳遞時(shí)間。對(duì)此，應(yīng)結(jié)合消防水下救援作業(yè)需求，推動(dòng)水下通信技術(shù)良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]劉偉琦.消防救援隊(duì)伍溺水事故救援研究[C].2023年度滅火與應(yīng)急救援技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，2023.

[2]瞿逢重，付雁冰，楊劭堅(jiān)，等.應(yīng)用于海洋物聯(lián)網(wǎng)的水聲通信技術(shù)發(fā)展綜述[J/OL].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2023.

[3]余勇冬，田逸寧，王斌.常駐型有纜遙控水下機(jī)器人水下定位與通信技術(shù)研究進(jìn)展[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2023，13（07）：25-28+33.

[4]孫海信，何崇林，王俊峰，等.水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)抗惡意干擾技術(shù)應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2023，31（01）：128-142.

[5]羅漢江，卜凡峰，王京龍，等.海洋物聯(lián)網(wǎng)水面及水下多模通信技術(shù)研究進(jìn)展[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023.

[5]粟小飛.關(guān)于常見排水搶險(xiǎn)設(shè)備在水下救援場(chǎng)景中的應(yīng)用分析[C].2022中國消防協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)年會(huì)論文集，2022.

[7]黃煒堯.關(guān)于應(yīng)急測(cè)繪技術(shù)在消防救援中的應(yīng)用初探[C].2021中國消防協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)年會(huì)論文集，2021.

[8]杜瑞赟.水上水下發(fā)力精準(zhǔn)快速救援——江西省九江市消防救援支隊(duì)防汛備汛側(cè)記[J].消防界（電子版），2021（14）：11.