衛星通信技術在消防救援中的應用研究

李朋朋

（山西省運城市消防救援支隊，山西 運城 044000）

0 引言

傳統技術背景下，消防通信手段包含集群通信、短波通信、公網無線通信、超短波通信幾種方式，但這些通信方式容易受到環境影響因素的干擾，不僅信號不穩定，而且無法滿足當前遠距離通信需求。因此，衛星通信開始被用于消防救援中。由于衛星通信功能豐富，技術在應用中可以滿足滅火現場與指揮中心的視頻與語音通信需求，可完成數據和圖像的高速傳輸，為雙方信息傳輸提供保障，盡可能地降低火災帶來的損失。

1 衛星通信技術與消防衛星通信

衛星通信主要以人造衛星作為中轉站向接收端轉發無線電信號，確保所有信息源都能在地球和衛星之間順利傳輸。與過去的通信技術比較，衛星通信的信號中轉站沒有在地球上建設，而是在地球之外搭建，因此不會受山脈或高原等地形地勢的阻擋，可以保證地球內的通信不被地理空間限制。不僅如此，人造衛星具有較大的輻射范圍和通信范圍，可以較好地實現遠距離通信，信號能夠在短時間內到達，信息傳輸效率極高[1]。現如今衛星通信技術的發展日益成熟，國內也建立起了消防衛星通信網絡，旨在依靠衛星通信解決消防救援難題。消防衛星通信包含衛星移動站與地面站兩部分，通過衛星建立連接。在整個通信網絡中，地面站將地面系統和衛星網絡相連，使衛星頻率資源被統一調配，以便對全網設備集中控制。衛星移動站依靠射頻系統和跟蹤系統、調制解調系統等為地面站的通信提供技術支持[2]。

2 衛星通信技術的特點

衛星通信技術的應用優勢大致體現為以下 兩點：

（1）衛星通信的覆蓋范圍廣，支持遠距離傳輸，在地理位置方面具有較大的應用優勢，不管通信雙方之間的距離有多遠，只要是在信號覆蓋范圍內都能實現通信[3]。

（2）消防救援過程中利用衛星通信技術，以短波通信與超短波通信為主要形式。在消防救援指揮期間，受距離因素的影響，傳統的通信技術面臨通信傳輸不穩定的問題，而衛星通信技術則不會，可以根據現場實際情況采取相應的解決措施，從而完善消防通信體系，為接下來消防救援任務的開展奠定基礎。

3 衛星通信技術在消防救援中的應用

3.1 語音業務應用

語音業務是消防救援的基礎性業務，救援期間各方人員的對話必須保證穩定。語音業務實施時應做好相應準備工作，救援人員和指揮人員之間建立語音溝通橋梁，及時和指揮中心保持聯絡[4]。由于事故地點存在不可預測性，且部分事故發生地點較偏遠，通信質量較差，這會對消防救援工作的開展產生不利影響。因此，可以應用衛星通信技術將無線語音通信和消防救援連接起來，采用這種信息交互的方式保證救援過程中語音交流的流暢性。不僅如此，衛星通信技術還能支持各種移動衛星站電話的溝通交流。將衛星通信技術用于消防救援，不僅打破了技術在時間和空間上的限制，也在一定程度上提升了救援效率。語音信號接入后，所有類型的信號將被統一整合在一起，達到移動語音通信實時交流的目的[5]。

3.2 視頻業務應用

和單純的語音業務相比，視頻業務可以用于現場指揮環節，衛星通信技術的應用主要體現在視頻連接會議中。人們依據視頻內容可以準確地了解事故現場的實際情況，以便及時完成救援信息上報，便于指揮人員對現場做出正確決策[6]。在接收視頻時，應保證視頻信息的清晰度，防止指揮人員看到模糊不清的視頻內容從而影響指揮判斷，避免消防救援工作出現延誤。一般情況下，公用網絡在開放的狀態下，視頻支持4G、5G傳輸，同時采用動態化的方式采集圖像信息，建議采用衛星通信中的視頻業務，憑借衛星的高帶寬技術優勢，保證現場上傳的視頻畫面清晰[7]。

3.3 數據業務應用

在消防救援任務中，數據通信業務的實踐應用具體體現為地理信息數據和文件傳輸數據通信兩方面。數據業務的應用使地理信息數據成為救援工作開展的重要參考依據，它能夠對地理信息數據進行高效整合，使指揮人員可以對事故現場有全面的了解，從而制定出針對性的救援方案。救援期間，所有文字圖片、音頻視頻資料可以實時傳輸，這是衛星通信技術在消防救援的一大應用優勢[8]。

3.4 移動式救援

在衛星通信系統的構成中，消防應急通信指揮車實質上是一個地面站。在最短時間內，在事故現場周圍搭建移動指揮站，可以有效提高對火災事故的處理效果。應用衛星通信技術后，指揮中心內的工作人員能夠全方位控制衛星指揮車，使用衛星信道做出科學指揮，實現指揮中心和消防中心的高效溝通，及時接收來自對方的指令，并快速發送指揮車實際運行狀態[9]。

以火災事故為例，要保證火災現場控制工作的有效性，應用衛星通信技術時，應及時掌握火災現場所有情況，使用衛星通信指揮車拍攝火災現場照片，并將視頻和錄音傳送到指揮部門[10]。衛星指揮車采集到的火災信息經過調制解碼、封裝加密處理后，包含視頻與音頻的信息，采用交互傳輸的方式，實現地球站與空間站之間的信息高效傳輸，完成衛星通信過程。消防人員在火災救援期間采集到的數據信息也會被自動傳送到指揮中心，指揮人員以此作為判斷依據，掌握火勢大小和火災危害程度，分析火源大概位置，找出火災的產生原因，從而更加科學地把控火情，合理調配消防力量，保證消防救援工作的人性化，防止救援資源的不合理消耗，盡可能地將火災危害降到最低。消防衛星車主要用于前方事故現場，便捷站用于后方指揮中心，以此實現信息的傳輸與交流，確保現場救援秩序[11]。

4 消防救援衛星通信“雙模”應用

4.1 消防救援專網應用

現有的消防救援衛星通信地球站多數只是單模的，只能接入消防救援局專網。公網接入可以為救援現場和無人機、其他平臺建立有效連接。在消防救援局內建立衛星通信系統主站，搭建衛星通信專網，主站應具有網管功能，可以對通信網遠端站統一管理[12]。主站通過地面線路連接衛星通信專網與指揮調度內網，便攜站和車載站等遠端站及時與消防救援中心站建立業務連接，從而實現應急救援現場與消防指揮調度內網的相互連通。語音、視頻以及數據終端經過衛星鏈路接入圖像管理平臺和指揮平臺，再通過指揮平臺實現事故救援現場和救援中心間的視頻指揮。地球站配置調制解調器，消防支隊經過衛星鏈路與指揮調度網連接，完成現場和指揮中心的實時通信。

4.2 消防救援公網應用

消防救援現場地球站在運行期間配置公網調制解調器，經過互聯網與指揮調度網相連，類似于5G移動通信系統網絡接入方式。地球站與關口站確立衛星鏈路，經過關口站與互聯網連接，將地球站和數據傳輸裝置連接起來，為設備運行提供網絡接入服務。傳輸設備內的數據先與互聯網圖像傳輸平臺連接，再使用安全隔離裝置進入消防指揮調度內網，經過內部與外部的現場圖傳平臺接入圖像綜合管理平臺。這種連接方式可以和無人機組合應用，將事故現場采集到的音頻和視頻內容及時回傳到指揮調度網中。

無論是專網還是公網，這兩種應用模式在組網、接入方式等方面都具有不同的技術特點，比如專網應用接入專用網絡，在應用期間需建立主站與專網網管。而公網應用不會受到該限制，但是為了與互聯網相連接，公網應用需通過互聯網接入關口站。

4.3 雙模應用系統優化設計

在消防管理局下達的消防救援任務中，專網應用模式具有顯著優勢。在消防支隊的日常訓練中，推薦使用公網應用模式。由此，推薦消防救援衛星通信的雙模應用。在衛星通信地球站集成專網，安裝公網調制解調器，利用合分路器構建雙模應用系統，從而滿足消防救援的多樣化需求。比如一輛用于消防救援現場的衛星通信車，采用雙模應用系統，可以有效提高通信車的工作效率，保證通信質量。衛星通信車應用雙模系統后的系統架構如圖1 所示。

圖1 消防通信車雙模應用系統架構

消防通信車頂部安裝0.8 m動中通衛星天線，配置40 W Ku波段功放與LNB，車外為共用部分。車內機架安裝專網與公網衛星調制解調器，設備射頻出入口應用線纜連接到有源合分路器中，與車頂功放連接后，使專網與公網兩臺衛星調制解調器能夠共用一套射頻系統。有源分路器包含合路器與分路器兩部分，其中合路器主要用在發射端，由2個輸入端口和1個輸出端口組成；輸入端口中一個與專網衛星調制解調器連接，另一個與公網衛星調制解調器連接，而合路器的輸出端口與功放連接。該裝置可以將公網和專網衛星調制解調器發出的射頻信號合成一路信號，將信號送到射頻器件內，并對不同解調器進行信號隔離，避免信號之間產生不必要的干擾。分路器主要用在接收端，共有1個輸入端口與2個輸出端口，輸出端口中一個與專網衛星調制解調器相連，另一個與公網衛星調制解調器相連，輸入端口負責接收LNB信號。

5 未來消防救援中衛星通信技術應用展望

未來人類將會從以下三方面探索衛星通信技術在消防救援過程中的有效應用.

（1）減少技術傳輸時延，規避回聲效應和信號視距傳播現象發生，以新的網絡架構推進網絡 融合。

（2）實現消防救援過程中各部門通信互通與兼容，防止重復建設，節約資源，從而達到部門協調運作，使衛星通信技術的應用更加合理。

（3）對消防救援衛星通信統一規劃，提升衛星在任何情境下的抗干擾能力，完善網絡融合期間頻譜分配策略，發揮高效切換技術的作用，提升通信服務質量，提高帶寬控制水平。

未來衛星通信技術的發展進程中，將會面臨相應技術人才緊缺的局面，消防部門編制與人才隊伍建設將會對消防救援效率與裝備操作體系產生影響。因此，有必要加強對人才的培養力度，制定消防通信人才培養計劃，提升消防通信人才綜合素質，引入先進的技術方法提升消防通信水平。

6 結語

人們在日常生活中難免會遇到各類意外事故。為了降低事故給人們帶來的災害損失，消防救援部門需要不斷提升救援能力。將衛星通信技術用于消防救援通信中，利用語音業務將救援現場和無線通信系統相連，保持現場和指揮調度中心間語音通話暢通，借助視頻業務將現場實時影像資料和救援進展傳輸到指揮臺，可以方便指揮臺做出及時響應，編制救援計劃，保障救援工作科學開展。