消防新裝備在救援現場的應用研究

鄒方勇 李玉亮

摘要：本文以城市重大事故及地質性災害事故救援應急通信系統建設為研究方向，基于Mesh無線寬帶通信作為應急通信的重要組成部分，采用“公專互補、寬窄融合、固移結合”的多維組網形態研究，結果表明本文研究的Mesh無線寬帶通信可以快速部署，實現現場應急通信系統區域覆蓋，連接后方指揮中心確保災情上報和指揮調度暢通;各級按需配備專業無線通信終端，解決語音對講、可視化指揮、數據傳輸需求。

關鍵詞：應急救援通信調度箱系統;Mesh自組網;指揮調度系統

中圖分類號：TU998.13? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2021）06-0044-02

現代化應急通信保障能力的建設以及消防隊伍作戰方式的改變需立足“綜合性、全災種”的救援實戰需求，需樹立“作戰指揮通信保障先行”理念，同時要滿足“組成網、隨人走、不中斷、聯得上、聽得見、看得清、能圖傳、能分析”通信工作總要求。強化頂層設計、高點定位謀劃，依托兩大應急通信系統與實戰指揮平臺建設技術方案需求，深入研討解決當前應急通信保障工作存在的難點。

一、建設思路

應急救援通信指揮調度系統的建立，包含的設備及業務系統的建設思路如下幾點：

多網融合及網絡互補：4G/5G公網、Mesh、Wifi、窄帶對講等多種網絡完成交融并用，使用空口協議減少設備之間的聯接和轉發消耗，加強冗余通信效果，實現通信保障作用。在野外空曠地、城市建筑群、信號屏蔽場所分別能進行半徑不小于2-5km、800m的專網信號覆蓋;

形成體系：在災害救援現場按照災害事故類型以及救援現場網絡通信的實際情況，快速自動地展開網絡，保障現場通信聯絡和指揮信息支撐、互動的業務鏈;

統一標準：依據消防隊伍救援作戰及現場應急通信的特性，利用統一網絡協議、數據格式、電源接口、通信模塊等標準，統一人員裝備編成標準，統一系統傳輸能力、覆蓋范圍和共享展現等功能和性能標準;

注重兼容：能充分利舊，保障原有設備的接入問題，避免造成浪費。

二、系統實現目標

（一）完整的應急通信保障

應急救援通信調度箱系統包含了一組無中心、自組織、自愈型無線應急通信網絡設備，采用同頻組網的技術，網絡內的所有設備節點都在同一頻點的寬帶上工作，減少頻率資源的占用，使其高效的實現在應急救援現場網絡的快速組網。設備最大可支持20Mhz帶寬，實現最大40Mbps數據傳輸。最小可支持5Mhz帶寬，從而使其網絡覆蓋能力達到最優的效果，達到在山地、市區、地下室等復雜地形環境下的通信效果。

網絡內的所有節點都具有主動多跳接力能力，可完成在16個節點組成的鏈狀網絡中15跳接力傳輸，擴展其網絡傳輸距離。在任意的兩個節點之前因距離、地形等多種因素限制無法直接進行信息傳輸時，可通過在其中增加其他節點進行接力中繼傳輸。除此之外，在同一網絡內數據傳輸時具備路由路徑自動選擇及自動管理等功能，保證了信息傳輸時的路徑擇優選擇，保障通信質量，并可實時確定節點之間的連接狀態來確定是否進行接力中繼傳輸和最優接力中繼路徑。

此網絡是全IP無線局域專網，網絡中的所有節點都具備有線IP接口和無線WIFI接口連接能力，可通過Wi-fi接口實現與手機終端或掌上電腦等終端的互聯互通，同時與4G、地面網絡、衛星、短波等其他網絡形式對接時也可通過IP接口來融合，實現現場音視頻通過其他網絡的傳遞。

（二）快速組網，多網融合

移動通信由于其機動靈活的特性，在火場現代化指揮系統中的應用占據著重要的地位。

移動化通信指揮的方式可以突破地點、時間的限制對消防救援現場進行指揮調度，并根據救援現場情況及時調動相關消防力量，并根據災害類型及時止損，與指揮中心進行信息交換等等。

多種網絡完成交融并用，使用空口協議減少設備之間的聯接和轉發消耗，加強冗余通信效果，達到救援現場應急通信保障的目的。具備實時傳輸抗干擾和高清晰度的視頻圖像的能力;同時可結合時下逐漸成熟的第五代移動通信技術、衛星通信技術、微波等實現救援現場與后方指揮中心的寬帶數據傳輸的效果。

（三）公專打通，上下互通

應急救援通信調度箱系統含Mesh自組網模塊，視頻采集設備、背負臺、手持單兵以及其它通信指揮車的相關設備構成一個事故現場的移動專網，使車內人員與車外人員協同工作。應急救援調度箱嵌入一套視頻指揮調度軟件，實現了“一張圖”的可視化指揮調度。此外，應急救援調度箱系統還內置4G公網模塊，在插入公網4G卡后可在有公網信號的地方與后端指揮中心互聯互通。

（四）按需分組，智能路由

Mesh設備節點之間能夠動態探測與自己鄰近節點的網絡質量，定時同步整個網絡狀態。音視頻分組能夠根據探測到的網絡質量，動態選擇下一跳的傳輸路徑，減少時延，抖動等，從而保證端到端的通信質量。

（五）現場指揮，視頻會商

現場救援指揮部可通過現場通信網絡使用移動通信終端建立音視頻會商對各救援隊進行指揮調度，并能通過文字、圖像、語音、視頻等方式將現場情況反饋至指揮中心。指揮中心領導可根據現場反饋的情況在指揮作戰平臺上對相應的救援隊下達指令，進行救援現場的同一指揮調度，并能將救援現場的救援任務執行過程實時記錄。

（六）簡化操作，簡單實用

音視頻終端操作上應盡可能簡單，讓作戰人員以及指揮人員在復雜情況下保持精力做救援指揮任務，而不是受限于設備的操作上。調度終端全程自動接聽呼叫，掉線后自動上線并加入部署前的會話，無需任何手動操作。指揮終端，可以隨意自定義會話群組，加入人員，刪除人員。指揮終端人員可以在多個群組中自如切換，以便能夠與中隊內部人員以及中隊之間快速切換。

三、系統技術

（一）性能卓越的無線移動通信網絡，提供高速數據傳輸能力

MESH就是網狀網絡，是移動多跳網絡MANET（Mobile Ad-hoc Network）的一種。作為新一代互聯網技術，其主要目標是自動構建無中心、多跳互聯網。它有著組網快，網絡健壯性高、組網靈活和自動搜索最佳路徑等優點。MESH技術的具體優點為：

通過自動組網技術，可以實現快速部署、快速使用的效果，節省人力、物力;通過無中心的網絡技術，能夠省去中心節點對環境的依賴;通過自動路徑多跳技術，可以靈活彌補點對點覆蓋不到的范圍和區域。

（二）基于信道狀態信息（CSI）的魯棒傳輸技術

無線MESH高并發及抗干擾技術主要包括：對各種干擾環境進行建模學習，在各種環境下最大限度保證無線數據傳輸;提高信道快速衰落時無線數據傳輸的適應性。保證設備高速移動時，或有遮擋快速經過時，無線數據性能穩定;Mesh協議基礎進行擴展提高Mesh對無線鏈路的感知能力，加快拓撲變化響應;實時檢測Mesh路徑中信道變化，動態調整到最優路徑;合理調整拓撲，提高整體帶寬，減少跳數的同時降低時延。

（三）OFDM信號調制的關鍵技術

系統采用正交頻分復用技術（OFDM）。該技術與普通數字電臺的調制模式不同，是為了有效對抗在移動通信中的多徑效應而特別開發的。

OFDM把高速數據流通過串并變換，使得每個子載波上的數據符號持續長度相對增加，從而有效地減少由于無線信道的時間彌散所帶來的ISI，并通過采用插入循環前綴的方法消除ISI的不利影響，從而減小了接收機均衡的復雜度。

（四）基于鏈路狀態算法的智能路由技術

為了能夠進行智能路由音視頻分組，每個網絡節點都需要定期通報網絡拓撲結構及變化。在各自保持網絡拓撲結構的基礎上，動態測試與自己鄰節點的網絡抖動，時延，路徑MTU。最后彼此之間再次匯總測試結果。每個音視頻分組傳輸的時候會帶上發起節點計算的路徑，每經過一個路徑節點，當前節點變成發起節點，就會再次更新計算路徑，最終達到到最優路由。

（五）加強消防安全管理和社會消防宣傳教育，提高災害抵御能力

無線寬帶集群提供語音，視頻，數據接入的解決方案，同時具有定位等多種業務的并發功能，為多媒體調度奠定了相應的網絡基礎。

多媒體調度是指消防指揮員可以通過網絡同時進行語音集群，視頻調度和圖文指令傳遞，提供的多業務并發功能就可以實現多媒體調度，同樣帶來了更多應用的融合可能性。

四、結語

應急救援通信調度箱系統圍繞現場通訊調度，打通應急通信技術最后一公里屏障，保障消防隊員安全，通過這種“以專為主，公專結合”的救援戰術，實現移動無線電遠程下達命令、調取現場實時監控信息的能力，把實時數據及時傳輸給消防指揮員，提供救援數據支撐、確保人員無遺漏、保證所有人員能安全撤離，遠程指揮的方式使得后場指揮員如同親臨現場，實時助力現場的應急救援指揮工作。

參考文獻：

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