自組網系統在消防應急通信中的運用

摘要：消防救援隊伍作為應急救援的重要力量，其現代化信息建設需求是非常高的，由于消防救援隊伍在參與各種搶險救援工作時常面臨斷網、斷路、斷電等諸多不利環境因素影響，導致其通信系統無法正常工作，因此消防應急通信是消防救援隊伍現代化體系建設的重要內容。自組網系統是當前應急通信的重要形式，可實現復雜惡劣環境下的綜合通信聯系。鑒于自組網系統整體技術內容相對復雜，本文將針對自組網系統以及該系統在消防應急通信中的具體運用情況進行詳細分析。

關鍵詞：消防救援隊伍;應急通信;自組網系統;運用研究

一方面來看，消防救援工作環境較為復雜，可能在任何場景下實施救援和搶險工作，另一方面來看，森林火災所引發的濃煙、高溫等不利因素會直接對傳統通信指揮系統產生影響，而且原始森林的公共信號覆蓋不全，存在信號弱或無公共網絡信號的問題，這將導致現場情況回傳以及指揮命令下達等工作無法順利進行。除此之外，諸如地鐵、礦山、涵洞救援這類需要在地下進行指揮和聯絡的搶險救災工作，其作業空間也存在信號不佳的問題。在這種情況下必須建立相應的應急通信系統。自組網系統不僅能夠依托于各級子技術設備實現較好的平行通信連接，而且也能夠克服復雜不利環境因素實現較快的通信傳出速率，不僅能夠進行傳統音頻信息傳遞，在較高的帶寬下亦能實現高清視頻及文件資料等不同模式的信息傳輸，應用自組網系統實現較為完善的消防應急通信能力至關重要。

一、自組網系統概述

傳統通信體系下任何數據傳輸均需要經由既定的通道進行，包括有線通信和無線通信，而這樣的傳統通信體系其在緊急情況下的自我應變能力比較差，一旦某條線路或者某個通信節點出現問題將對整個通信體系造成較大影響。自組網系統憑借較為先進的底層數字化網絡設備以及先進的通信信息自我傳輸功能，能夠實現通信網絡自建以及通信通道的自我選擇等功能，這使得應用自組網系統進行通信聯系的過程中技術人員無需進行復雜的調試和維保，實現了隨時組建、隨時聯網、隨時通信的優勢功能。自組網系統不完全依賴于通信中樞，必要情況下單兵設備也可成為相應的信息傳遞節點，而且在前期組建過程中由于其具備自組網功能，因而也無需進行復雜的網絡拓撲和前期網絡通信規劃，這些都是其在應急通信領域所能展現的優勢功能。自組網系統采用無中心同頻通信的模式，所有在通信體系內的通信節點地位一致，均可在必要情況下進行雙向多格式的通信信息傳輸，應用這樣的自組網系統能夠較好地達成消防應急通信所需的快速展開、快速組建以及快速應用目標[1]。在消防救援工作中，消防救援隊伍經常要面對一些無法依托于公共網絡來進行整體指揮的情況，此時利用自組網系統能夠快速搭建應急網絡通信通道，實現不通公共網絡覆蓋狀態下的全域救援目的。

二、消防應急通信需求

在各種不同類型的消防救援工作中，消防隊員和指揮中心必須保持無間斷實時通信，以提供前沿災情給指揮中心，在這種情況下，應急通信系統必須具備以下幾方面特征，從而滿足整個搶險救援指控工作需求。

第一，設備必須具備強大的信號穩定性。由于環境比較惡劣，所以常規通信手段很可能在這種環境下受到影響，因此要求應急通信系統應能保持穩定的網絡信號連接。第二，設備必須具備便攜特征，面對不同類型的消防救援工作，中繼節點可能架設在任何具備通信指揮優勢的位置，而單兵設備作為其救災過程中的負重內容，如果其重量過大也會直接影響消防隊員的正常活動，因此應急通信系統下的各級設備必須具備較好的便攜性[2]。第三，必須具備多樣化功能。應急通信系統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，也應具備相應的圖片、文字信息傳輸能力。除此之外，整個系統必須滿足不同的通信網絡應用功能，包括衛星通信、微波通信、移動端5G微基站通信等。

三、自組網系統在消防應急通信中的運用

（一）方案設計規劃

根據實際應用需求及自身技術情況，設計以MESH無線自組網為核心的消防應急通信方案，主要針對公共網絡癱瘓這樣的規模較大、常規通信體系可能無法正常使用的災害場景。該系統設計過程中具備網絡自動連接和路徑自動尋找功能，能夠支持高帶寬數據信息通信，同時具有極強的抗摧毀能力，某一通信節點因故無法繼續進行通信時系統將自動選擇其他可用路徑繼續進行正常的信息通信工作[3]。另外，單兵設備能夠同步組成相應的通信網絡，而且能夠根據實際通信質量選擇最優通信路徑。結合實踐應用從方案規劃設計上來看，系統所含硬件設備應包括無人機系統、單兵通信設備、微型中繼設備以及應急通信指揮終端等。而從軟件角度上來看，各設備能夠實現較好的網絡自組以及網絡自檢功能，設備將能夠實現交叉信息傳遞，同時包括音頻通信、音視頻回傳以及數據信息獲取上傳等功能。

1.系統整體參數

應用MESH無線自組網系統后其設計參數可達到如下狀態。首先從單跳通信距離上來看，可達到1-3KM的通信距離，另外點對點信息傳輸速率可以達到40Mbps（最大傳輸速率），可以進行高清視頻錄像以及視頻回傳。其次，從節點數量上來看，可容納超過50個獨立通信節點，每個通信節點都可對各級通信終端進行信息上傳和部分信息獲取，多節點同步在線的情況下系統能夠自行匹配最佳通信線路，既保障通信速率也保障信號質量，單個節點故障后，其自我重組分配功能可以實現故障自愈[4]。另外，在選擇不同基礎通信信號時其通信延遲情況不同，但理論延遲均控制在1-3ms左右。除此之外在進行網絡路徑選擇的過程中其選擇時間一般在100ms以內，即使單一節點故障一般也不會對整體通信造成直接影響，如有新節點并入整個通信網絡，從其節點設備開機到連接網絡整體時長約為1s左右。而且總設備開機到通信網絡建立這段時間上來看，整體系統耗時理論上小于1min，設備自主尋網能力較強。

2.自組網系統設備運用分析

本設計方案下自組網系統設備主要包含背負式自組網單兵設備、中繼基站、機載臺、車載臺、應急通信指揮終端、手持智能終端、無人機以及軟件系統。其具體情況如下

（1）單兵設備支持語音對講和定位功能，可接收GPS信號和北斗定位信號，同時也能夠進行WIFI無線連接。單兵設備工作頻率可以在300M-6GHz頻率間定制，具備網絡自選以及多跳中繼、多媒體數據記錄回傳等功能[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關，具備完善的自組網功能，且中繼信號覆蓋范圍在30km左右，在進行無線數字通信時，如設置在較為開闊的區域其整體傳輸距離較長，即使在阻擋較為嚴重的情況下也可達1km左右。

（3）車載臺主要由汽車負載，機載臺由無人機負載，機載臺的整體質量比較小，而且可以在相對較高的空域實現快速通信信息傳輸，機載臺應用于無人機上能夠大幅提升空中信息采集能力，機載臺和車載臺的最大傳輸速率均大于100Mbps，且均能滿足較惡劣環境下的連續正常工作。

（4）應急通信指揮終端具有高清視頻顯示以及強大的自組網數據整合能力，不僅不需要中心網關，而且可以作為平行節點對各單兵設備以及機載臺、車載臺進行聯動，能夠實現自主網絡拓撲以及點對點、點對多、鏈狀中繼等功能。手持智能終端具備高清視頻攝錄功能，同時具備IP68級防護，其攝錄功能具有降噪、防抖等功能，除能夠進行自組網外，還具備高亮度手電筒，能夠在某些情況下應急使用[6]。

（5）無人機選擇6旋翼工業級機組，其穩定性好，能夠應對7級左右的大風天氣，具備一鍵返航和長時間滯空進行高清影音視頻攝錄的功能，該型無人機能夠有效負載至少5KG的物體升空，可很好的攜帶機載臺以及一些其他必要通信網絡設備，可考慮系留無人機，滿足中繼的長時間置空。

（6）自組網軟件系統具備開源升級能力，可實現鏈路狀態實時監控以及網絡拓撲顯示，同時能夠接入包括GIS系統在內的其他可用于應急救援的軟件系統，同時能夠滿足多路徑指揮，可根據實際情況分組進行指令下行。

（7）采用衛星便攜站，其構成部分包括衛星天線（便攜折疊型）、衛星信號調制解調器、板載無線WIFI模塊等，可在海拔5000m以下區域實現較好的天基衛星信號接收與發射活動，整體重量較輕，便于應急衛星通信組網使用[7]，使遠端的互聯網信號，專網信號接入任務區域，完成信息的傳遞。

（二）應用場景

1.超高層應急救援

中國擁有全世界最多的高層建筑。高層建筑內一旦發生災難，實施救援面臨通信困難， 指揮不暢。可以利用多跳寬帶自組網技術快速搭建覆蓋救援現場的通信網絡，同時與地面現場指揮部以及后方指揮中心之間建立通信鏈路。保證多點多向語音、視頻傳輸和傳感器數據傳送，讓指揮暢通，救援順利。

2.地下空間應急救援

中國擁有全世界最大的地下空間。一旦發生重大安全事件，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雜建筑結構的影響，對講機通信不可靠，經常遇到信號盲區，阻礙救援的順利實施。 可以利用自組網技術，迅速搭建覆蓋全部地下空間的寬帶通信網絡，保證救援順利展開。

3.人員密集場所應急救援

人員密集區域一旦發生災害事故，需要救援力量指揮現場群眾疏散，避免擁擠踩踏造成二次傷害。公網通信在這種危急情況下都可能已經嚴重擁塞無法使用。 利用自組網技術迅速搭建覆蓋現場全域的寬帶通信網絡是解決“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

在野外或叢林中執行任務時，現場無通信網絡可依托、道路可能中斷、 地形復雜。 前突隊員迅速展開，沿途尋找制高點，依次將隨身攜帶的設備迅速部署，自動組成寬帶網，搭建第一現場與指揮部之間的寬帶音視頻鏈路。還可放飛無人機到達指定區域， 作為空中中繼基站，能極大地增加網絡覆蓋范圍，便于前突隊員和指揮員之間相互通信。 同時，利用北斗衛星定位，指揮員全面掌握每個隊員的實時位置，隨時調度指揮，保障應急救援任務圓滿完成。

5.自然災害救援

我國每年都要面臨多起地震、洪水、泥石流、森林滅火等自然災害，面對災害帶來的三斷（斷網、斷電、斷路）情況，可以通過航空器攜帶自組網中繼基站，將通信訊號覆蓋整個任務現場。 實現救援隊與指揮中心之間音視頻實時通訊，讓指揮中心實時掌握現場第一手信息，最大程度保障現場救援人員生命安全。

6.危化品應急處置指揮

危化品生產和儲運過程中一旦發生事故，均造成重大財產損失或者伴隨人員傷亡。 應急救援力量攜帶自組網設備第一時間趕赴現場。搶險人員用手持融合單兵將現場的視頻畫面迅速傳送回前方指揮所以及后方指揮中心，并根據指揮員下達的指令，迅速開展搶險救援行動。

7.車隊通信保障

在執行任務中，經常有大規模車隊機動編組行進的情況。車隊經過不同地理地貌的道路情況復雜， 突發狀況時有發生。傳統的對講機時常遇到通信不暢的情況，同時也難以與指揮中心保持暢通的通信聯絡。采用寬帶無線自組網之后，車隊中的每一輛車都可以隨時隨地保持互通。在車隊中的綜合通信車上部署寬帶 IP 衛星通信“動中通”設備，即可與數百甚至數千公里之外的指揮中心保持暢通的聯絡。車隊的行進視頻、重要物資的安全狀況可以實時傳送到指揮部，動態行進軌跡都可以在指揮部的 GIS 系統上實時顯示。

四、結束語

本文針對自組網系統在消防應急通信中的運用情況進行了詳細介紹，針對自組網系統的功能特點以及設計方案進行了分析，同時對相應系統中的功能設備情況進行了分析。從當前自組網系統在一線消防隊伍中的實際應用情況上來看，其大大提升了搶險救災中的信息互動能力，給隊員溝通聯絡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? ? 赤峰市森林消防支隊

王志強（1980.06-），男，漢族，河北衡水，本科，專業技術十級，研究方向：應急通信。

參? 考? 文? 獻

[1] 李文峰， 吳棟， 黃峰. 基于自組網，移動通信，集群對講的火災應急通信系統， CN212231741U[P]. 2020.

[2] 譚炳文. 無線自組網技術在消防應急救援中的應用探討[J]. 中國新通信， 2020， v.22（02）：122-122.

[3] 孟翔. 移動自組網技術在消防救援隊伍搶險救援通信保障中的應用研究[J]. 中國新通信， 2020， v.22（20）：30-31.

[4] 史俊瀟， 吳慧. 基于異構組網的電力應急通信保障研究[J]. 電力信息與通信技術， 2020（7）.

[5] 張亮. 論MESH網絡技術在消防應急通信中的應用[J]. 中國新通信， 2020， v.22（09）：40-40.

[6] 周奎翰、趙國、張瑞. 應急場景下無人機基站自組網的高效部署方案[J]. 信息與電腦（理論版）， 2020， v.32;No.456（14）：200-201.

[7] 馬鴻軍， 董云鵬， 武振振. 基于GPS北斗定位和MESH無線自組網的應急救援現場通信系統， CN211670989U[P]. 2020.