基于PDT無線自組網技術的森林消防指揮調度系統

狄濟云

（內蒙古森林消防總隊大興安嶺支隊 內蒙古 呼倫貝爾 022150）

0 引言

森林消防通信是森林防火工作的紐帶，是保證發現火情后能及時報警、迅速傳遞火災信息、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，只有建立了穩定可靠、機動快速部署、迅速響應的林火通信網絡，才能充分發揮林火預報、林火監測等防火系統的功能，才能實施有效的撲火指揮[1]。在研究林區通信環境、通信現狀及林區撲火救援模式，把握林區通信需求及應急通信的發展趨勢，在數字超短波技術的基礎上、結合自主知識產權無線鏈路組網技術，按“統一指揮、專常兼備、反應靈敏、上下聯動、平戰結合”的中國特色應急管理體制，提出本套森林消防指揮調度自組網系統，針對林區實情采用高架式、便攜式、背負式、車載式等多款自組網基站和終端、調度指揮定位平臺、應急電源構建森林防火數字超短波通信專網。

1 森林消防通信現有問題

（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字集群、窄帶常規、模擬常規、公網集群、POC手機、公網手機等。設備制式、頻段等不統一，設備聚集后難以實現互聯互通，導致救援隊伍各自為戰。

（2）頻率資源有限，缺乏統一管控。救援力量集中后，窄帶及寬帶應急網絡逐步搭建，頻率缺乏統一管控；并且工作頻段相同的設備產生干擾，導致裝備無法使用；社會救援力量頻率使用混亂，無法滿足現場協同通信需要。

（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備。

（4）部分救援隊伍以民用設備為主，設備體積過大，防護等級低。災區道路交通阻斷，電力中斷，公網通信設施癱瘓，大型通信裝備無法進入災區。此外，災區氣候會多雨、多風、多灰塵，設備防水、防震、防塵等級低，易損。

（5）現場網絡覆蓋不足。現有的應急通信網絡架設方案難以滿足遠距離、大面積覆蓋的需要。深入現場工作的一線救援隊伍容易與現場指揮失去聯系，導致救援工作無法正常開展，甚至威脅到救援隊伍安全[2]。

（6）公網通信缺少“保底”網絡覆蓋手段。廣域覆蓋基本依靠公網，獨立性不高，沒有任何管控措施，最起碼的應急優先級通信都不能保證，一旦出現有線鏈路中斷、斷電或中心站損壞，全網癱瘓，無法使用。

2 森林消防通信需求分析

森林防火通信系統建設的總體需求是：一是構建無線通信基礎——以單頻自組網技術為基礎，基站之間通過無線鏈路自動組網通信網絡，采用大區制覆蓋，以固定基站為主，便攜基站深度延伸輔助的方式，實現全林區90%-95%的專網無線信號覆蓋。二是構建指揮調度定位平臺——在指揮調度管理平臺，通過調度管理系統可以實現通話錄音、人員定位顯示、基站聯網狀態監測等功能，有效提高防火的管理效率。充分考慮各種應急場景的實際環境及需求，面臨各種復雜的情況都能迅速建網保障通信。具體可分為以下幾點核心要求：

（1）網絡部署簡單、即開即用、可臨時組網通信：災害和事故發生時，時間就是生命，要求設備集成度高，一鍵開機，無須配置和更改參數，指揮調度操作簡單，啟動時間短，可支持多種供電方式。

（2）輕型化、尺寸小、重量輕：應急通信車不能到達的地方，需要背負式森林消防通信設備，要盡可能尺寸小、重量輕、單人可以背負，在尺寸盡可能小的基礎上支持內置大容量電池。

（3）可視化通信、業務豐富：森林消防通信網絡需提供語音、短信、定位等多種業務。讓指揮中心領導不僅能“聽得見”，還要能“看得見”，便于指揮中心能更好地安排救災和決策。

（4）自組網、網絡穩定、自修復、安全可靠：森林消防通信需要能自行組網、不能依賴公網、微波等任何外部鏈路資源，到位即展開，展開就自動握手聯網，構建森林消防通信專網。設備需要有很高的環境適應性，可承受超級臺風、地震、洪水等造成山體垮塌、大面積城市和村鎮被淹、部分既設基站受損等特大自然災害事故考驗。系統自行修復，動態調整網絡拓撲繼續保障通信救援。

3 總體框架

3.1 總體架構設計

森林消防指揮調度自組網系統是森林消防或應急救援隊伍可使用的各類通信系統中最基礎方式，是應急過程中的“保底”通信，關系到應急指揮、應急協同、應急救援等各方面。按照應急管理部“統籌規劃、公專互補、固移結合、共建共用”的原則，該系統由固定基站、移動基站和調度指揮系統三部分組成。

（1）高山覆蓋網。以轄區內的高點為基礎，如高山瞭望塔或建筑高樓，采用自組網無線連接方式，形成一個覆蓋目標區域的無中心、多路由、強抗毀、快自愈的骨干通信網，實現對轄區大部分區域的通信覆蓋，保障重點區域通信信號、滿足特大型災害發生后的“保底”通信需求。

（2）加強覆蓋網。以城市和較大林區為對象，采用“自組網+PDT”組網方式，建設城市和林區加強通信網。滿足森林消防隊伍滅火作戰時，現場前方指揮部與救援一線之間的通信需求。

（3）戰隊覆蓋網。以有值班任務的各級指揮中心、值班室為基礎，采用“自組網+值班臺”組網方式，建設站隊周邊區域覆蓋網。滿足值班區域、接警調度等通信需求。

（4）現場覆蓋網。以災害現場為中心，采用快速部署方式，建設森林消防通信網。滿足高層、地下、大跨度建筑、石油化工和地質性災害現場網絡延伸、補盲，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。在指揮中心建設應急通信融合平臺，接入衛星通信網、公安、武警、軍隊和公眾通信網等各種通信手段，在各級的指揮中心建設系統功能平臺，并按照權限實施通信調度，實現“一張圖”指揮。

3.2 系統層級設計

系統總體劃分為兩大部分：一、二級指揮中心（應急指揮調度定位平臺）和各林區無線自組網。應急指揮調度定位平臺根據網絡規模進行劃分。一級指揮中心為總隊級別、二級指揮中心為支隊級別、同時系統也可根據任務需求，開設局為最高級指揮中心，形成“局—總隊—支隊”三層架構指揮調度網絡，各層次網絡之間按需互聯或獨立布局。轄區無線自組網主要針對城區、林區等人員密集或需要管護的野外森林等環境采用無線自組網設備進行通信覆蓋，采用超短波無線鏈路實現各基站的互聯互通，覆蓋全轄區，不依賴公網、衛星、微波、光纖IP等任何第三方鏈路資源，具備超強抗毀抗災能力。

（1）指揮中心：應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、監聽、強插等終端管理功能；三是定位、軌跡跟蹤、實時兵力、實時火線等可視化呈現功能；四是動態組建多局互通、協同作戰，平時獨立、戰時統一、按需調度等應用功能。

（2）轄區無線自組網具備功能：一是布設自組網高架站覆蓋重點林區，配套地面移動自組網基站與高山站點無線互聯；二是多跳級聯、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 應用特點

（1）全區覆蓋：應急通信網必須全區域覆蓋，突發事件地點是沒有規則的，任意地域應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）防災抗毀：應急通信網必須有很強的生存能力，所有現代通信手段包括電信無線通信系統出現故障或遇到特殊情況徹底中斷，應急通信網必須生存并提供穩定通信覆蓋。各種自然災害供電中斷，應急通信網不能中斷，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：無線應急通信場景需求、地形、背景千變萬化，沒有固定統一的模式。在特殊的覆蓋不良區域，需要提供快速部署技術設備，能夠在現場快速地以數分鐘至數十分鐘時間內部署現場通信系統。

（4）動態重組：應急通信覆蓋區域，在緊急情況下多警種多部門參與協同工作，必須將不同部門、單位、團隊按照事先安排的固定規則全自動融合成為一體進行通信，提供單呼、組呼、緊急呼叫。因為在緊急情況下，沒有任何時間空間去調整通信模式，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一指揮的無線通信網絡。

（5）統一指揮：任何單位、任何部門，只要抵達現場即全自動融合為一個通信系統，支持現場前線指揮部、后方總指揮部的垂直通信指揮，實現統一步調協同工作的高效率。無論在何種繁忙通信狀態下，必須確保最高指揮權電臺的最高優先級別，確保在任意時間、任意地點、對任意范圍（包括：轄區、地級區域、前線指揮電臺、現場電臺）發起語音指令。

5 系統場景應用

（1）“動中通”隊伍行進。在任務開進途中，當脫離高架自組網基站覆蓋區時，自身可以使用自組網通信，車載自組網基站之間無固定組網順序智能自組網，不同的條件下，長條形四跳覆蓋距離達到10-30km。此時隨車隊同行的單頻自組網基站可以互為協助中繼，只要有一臺基站的通信質量穩定，就可以保證通信質量。車隊中多設備互為備份，通信質量會更穩定高效。

（2）一線組網救援。根據火場態勢分布情況，部署便攜自組網基站，多個便攜站之間無線聯網，形成專門針對火場周邊覆蓋的機動性戰斗通信網。確保一線指揮員的信息互通，對區域內消防員進行語音指令，為指揮滅火作戰任務提供有效信息支持。

（3）多梯隊任務協同。依托高架式自組網基站，通過無線多跳級聯的方式形成廣域覆蓋的通信網絡，對重點轄區進行強化覆蓋，同時配套便攜基站、背負基站根據實際火場分布進行組網延伸，深入覆蓋火場一線。通過組號劃分，有序規劃通信隊伍實現即可各段火線獨立通信互不干擾，又可多點互聯協同指揮，統一作戰，實現指揮中心對任務區域的高效精確指揮調度。