無線通信技術在消防通信系統中的應用發展

劉緯天

摘要：對比分析無線通信技術和傳統通信技術可知，前者融合了大量先進科學技術理論，加快了人們溝通交流的速度，方便了人們的生活工作形式，現已得到了廣泛普及。尤其是在消防救援工作中，無線通信技術可以在構建消防通信系統的基礎上，為救援人員提供精準及時的信息，持續優化救援現場工作效率。基于此，在了解消防無線通信系統構成和原理的基礎上，探討無線通信技術在消防救援工作中的合理應用。

關鍵詞：無線通信技術；消防救援；無線通信系統；無線同頻同波網

中圖分類號：D035.36? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）03-0040-03

無線通信是指由多個節點之間不經過導體或纜線傳播的遠距離傳輸通信，其中包含了固定式、移動式、便攜式等多種方法，最具代表性的產品有手機、個人數碼助理、無線網絡等。而通信系統是指完成信息傳輸的技術系統總稱，現代通信系統主要是借助電磁波在自由空間傳播信息，因此也被稱之為無線通信系統。從現代消防救援角度來看，無線通信系統的應用主要體現在線路規劃、行動指導、消息傳遞、確認火情等方面，既可以幫助消防人員快速掌握現場的災情信息，加快滅火速度，又可以通過隊友之間的溝通交流方便現場人員疏散，是目前消防滅火行動中非常有力的技術方式。因此，本文主要研究無線通信技術在消防通信系統中的應用方向和具體措施。

1 無線通信系統分析

1.1? 主要構成

無線通信系統結構主要包含三項內容：第一是衛星通信。通過在衛星上安裝一定功率的轉發器，在科學處理地面輸送的聲音或信號后，向另一地點傳遞播放，以此保障兩地或多地之間有效通信。現如今，衛星通信已經被廣泛運用到軍事、海洋、地質、水文、搶險救災等多方面工作中，只需要擁有三顆同步通信衛星就可以實現在任何時間任何地點利用地面站溝通交流，以此方便各項活動的有序開展。由于衛星通信不會受氣候變化、自然條件等因素限制，因此在處理復雜的消防事故時，能方便工作人員更快掌握現場情況，加快實踐救援工作的效率。第二是集群通信。利用動態信道指配的方式，實現多用戶共享多信道的無線電移動通信系統，被稱之為集群通信系統。其中整體設計包含了中心控制站、基站、終端設備等內容，具備虛擬專用網、調度、優先呼叫等多項功能，是目前科研探討的高級移動調度系統，擁有功能多樣和信息保密等技術優勢，在消防救援活動中應用可以提供有效幫助。第三是移動通信。其作為移動用戶和固定用戶之間的通信方式，通信雙方或一方將會處在運動狀態下，目前可以在海洋、陸地、天空這三者之間進行有效通信[1]。與衛星通信、集群通信相比，移動通信可以在移動狀態下便利交換信息，真正實現消防工作的實時溝通交流，對消防救援和行動指導具有重要意義。外界指揮人員可以實時幫助消防人員滅火救援，不會因為消息延遲錯過最佳的救援時機。

1.2? 基本原理

無線通信系統為了達到高速率傳輸目標，在近幾年技術研發中提出利用多單元天線的架構，這一結構也被稱之為多輸入多輸出系統（MIMO），能在不增加帶寬的條件下，成倍提升通信系統的容量和頻譜應用效率，是新一代移動通信系統必須要掌握的關鍵技術。傳輸信息流在空時編碼構成多個信息子流，這些子流將會由多個無線天線發射出去，在經過空間信道之后，由多個接收天線獲取。多天線接收機會運用先進的空時編碼分開處理這些數據子流，以此達到最佳的處理效果[2]。其中，空時編碼技術會運用多天線陣提供的并行信道傳輸信息，能在保障系統性能的基礎上，提升信息傳輸的速度。

根據如圖1所示的系統架構圖分析，利用列矩陣X代表每個符號周期內包含的發射信號，其中第i個元素Xi代表第i根天線發射的信號：

發射信號的協方差矩陣計算公式如下所示：

在上述公式中，E{.｝代表平均數值，xH代表矩陣x的厄米特轉制矩陣，也就是x的復共軛轉制矩陣。其中，總體發射功率的性質是R，具體公式如下所示：

在上述公式中，tr（R）代表矩陣R的軌跡，可以根據R的對角元素進行求和分析。結合奇異值分解理論研究，所有矩陣H都可以表示為：

D的對角元素代表H矩陣的特征數值的恢復平方根，相應的定義公式如下所示：

其中，HHH特征數值的非負平方根也被看作是H的奇異值，λy的列矢量代表HHH的特征矢量，整合研究上述公式可知，接收矢量R如下所示：

在引入之后可以得到如下變換公式：

根據如下述公式所示的矩陣關系圖分析可知，三者的協方差矩陣具有相同的對角元素和與功率，但原始信號和該信號并不一致：

在上述公式中，U和V分別代表兩大矩陣，在滿足上述條件的情況下，可以準確計算各自性質，兩者的列分別稱為輸入和輸出的奇異矢量。

根據本文研究提出的等價MIMO信道模型分析，信道經過了去O處理，因此實際容量可以直接計算到一起。假設在這一信道模型中，結合香農公式估算總體性到容量，具體公式如下所示：

在上述公式中，W代表子信道的帶寬， Pri代表第i個子信道中獲取的信號功率，σ2代表噪聲的方差，具體計算公式如下所示：

在上述公式中，代表信道矩陣H的奇異數值，λi代表信道H的第i個奇異數值，nT代表接收天線，由此可以得到信道容量的計算公式如下所示：

2 消防通信系統中的無線通信技術分析

2.1? 無線同頻同波網

這種網絡是當前城市消防系統建設應用最常見的內容之一，在實踐工作中具有組網靈活、成本較低、操作便捷等優勢。從消防救援角度來看，無線同頻同波網要在相關區域內安裝同頻中轉站，以此擴大無線通信網絡的覆蓋面積，并構建相應的網絡系統。比如，同波技術和語言推遲技術等可以保障現場指揮中心擁有充足的時間了解和判斷現場狀況，而救援人員可以根據指揮中心提出的方案進行有效操作。為了達到這一工作效果，要建立與之相關的操作界面，以此方便工作人員靈活管理和有效通信[3]。

2.2? 集群通信技術

在新時代背景下，城市消防通信管理既要處理現場獲取的語音信息，又要全面掌握現場的具體情況，從而方便指揮中心提出具有針對性的解決方案。為了保障音頻和視頻等信息反饋具有及時性，實踐工作要利用集群通信系統和通信技術，傳輸接收圖形、文字、視頻等信息，并建立相應的數據庫。同時，還要基于無線數字的集群通信技術讓不同終端設備傳輸信息，以此提升城市消防工作的效率，保障現場救援的安全質量。

2.3? VSAT衛星通信網

這項技術作為新時代下城市消防通信系統建設推廣的重要內容，會根據大小口徑的天線中小型地球站和大站進行有效協調，以此構建衛星通信網絡。在系統構成中，應用設備比較簡單，實踐操作體積較小，方便工作人員隨時隨地攜帶，信號的覆蓋范圍較廣，符合不同地區城市消防救援需求，因此是目前科研學者實證探究的核心內容[4]。利用VSAT衛星通信網絡系統可以對消防現場進行全面監控，幫助救援人員進行有效的救援指揮工作，確保現場指揮中心的信息通信具有實時性。

3 無線通信技術在消防救援中的應用

3.1? 基于監控設備了解現場情況

在城市建筑或公共環境出現火災事故時，因為所處場地和發生火災的原因存在差異，所以對消防救援行動也有不同要求。在無線通信技術全面推廣中，消防部門在接到群眾救援電話之后，可以直接利用無線通信系統調取現場監控視頻，大致了解火災現場的具體情況，以此準確判斷派遣車輛類型和數量，選擇適合的救援滅火設備，并提出具有針對性的救援方案。整合運用無線通信技術，對火災現場進行全面監控，有助于救援人員在快速了解起火原因后，提出具有針對性的出境應對方案，避免因為準備不充分而延誤救援工作。

3.2? 基于通信技術連接現場網絡

因為消防救援活動具有多變性和及時性的特征，所以救援人員在進入現場之后，必須要全面掌控火災，將火災現場和指揮中心的信號連接到一起，確保救援人員和指揮中心可以無阻礙溝通交流。其中最具代表性的通信技術就是無線同頻同波網，實際組網設計非常靈活，能讓不同信息相互傳輸應用，便于指揮中心統一調度管理。同時，災情現場的狀況時刻發生變化，為了在短時間內控制災情和救助被困人員，救援人員必須要實時接收現場信息，并將其傳遞給指揮中心，方便指揮中心的工作人員制定有效預案，以此保障現場救援工作有序進行。同時，在開展滅火救援行動之后，指揮中心可以將建筑物或設備的結構示意圖提供給救援人員，方便他們在快速了解現場情況的同時，提升滅火和救援的速度。

3.3? 基于衛星定位實時勘測路況

在進行消防救援工作時，需要盡快到達事故地點，全面掌控災情變化，有序救助現場群眾，而運用衛星定位技術能夠縮短到達時間，實時掌握災情。由于我國城市居民數量較多，道路擁堵現象頻繁，因此消防車很難快速通過到達現場[5]。在這一背景下，將救援行動和定位系統整合到一起，利用衛星定位系統科學規劃消防車的有效路徑，實時觀察道路交通信息，既可以讓消防車提前避開擁堵通道，又能保障救援人員預先了解現場災情變化。如果所有道路都存在擁堵現象，那么依舊可以整合運用交通信息系統和定位系統，在提前規劃好出行路線之后，交給交通管理部門為消防車疏導車輛，以此方便開展救援工作。

4 未來消防通信系統及無線通信技術的發展趨勢

現今，隨著無線通信技術在城市消防通信中的應用效果越發顯著，消防救援人員對無線通信技術的關注度越來越高，促使消防領域逐漸加強了有關無線通信技術的研究管理力度，在未來發展中主要體現在以下幾點：第一，在消防領域中制定技術方案。由于消防方案制定具有較高的速度要求，且多數情況是在應急條件下應用，為此整合運用無線通信技術，既能快速制定消防方案，又能保障其在實踐應用中發揮作用[6]。比如說消防通信系統中，基于無線通信技術制定應急疏散方案、模擬火災現場的統一指揮過程、提前整合處理消防領域的各項資源等，有助于消防救援人員盡快掌握消防演練過程和救援通信要求，確保他們在實踐發展中盡快融入到工作中。第二，在消防領域中實施有效演練。在當前社會建設發展中，消防演練能幫助人們有效防范災情，因此不管是學校還是企事業單位，每隔一定時間就要進行規范的消防演練的活動[7]。在這一過程中，整合運用無線通信技術，有助于社會居民盡快掌握火災應急措施、自救方法、常見問題等，相比傳統意義上的消防技術，能有效提升現場秩序維護水平，快速疏散和搶救現場人員，自主建設滅火救援指揮體系，向救援人員提供有價值的信息數據。第三，在消防領域中，探討全新內容。隨著我國社會經濟水平的不斷提升，各類新型建筑和基礎設施逐漸出現在人們的生活和工作中，為了保障消防系統有序發展，必須要對這些新產品進行全面研究[8]。與此同時，利用無線通信技術還可以實現遠程指揮救援，確定現場消防救援人員的基本職責和主要工作，科學調整滅火應急救援的設計方案，有效維護火災現場的環境秩序，從基礎上保障城市居民的生命財產安全，避免其受到人為因素和自然因素影響。

5 結語

綜上所述，在消防通信系統中應用無線通信技術，能在解決傳統通信問題的基礎上，持續提升消防通信系統的工作效率，保障信息傳遞應用的安全質量。隨著現代科技技術的不斷發展，無線通信技術開始向著智能化和數字化的方向革新，將其融入消防通信系統中，可以在促進信息交互的同時，保障通信工作的穩定性和及時性。因此消防部門在專業人才培訓開展中不僅要增加無線通信技術理論培訓工作，還要根據實際情況制定多樣化的培訓活動，鼓勵支持消防工作人員學習和應用，以此提高消防救援人員的綜合素養，優化原本城市消防救援的模式。

參考文獻：

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[3]王昌鑫.現代城市消防無線通信規劃的現狀和發展趨勢[J].中國高新科技，2021（1）：78-79.

[4]李鑫.無線通信技術在消防通信系統中的應用[J].信息技術與信息化，2020（11）：132-134.

[5]董括.無線通信技術在消防通信系統中的應用分析[J].通訊世界，2017（19）：75-76.

[6]紀志敏，李杰，胡陳君，等.基于SIM7600CE的智慧消防傳輸系統設計[J].傳感器與微系統，2021，40（12）：89-92.

[7]蔡建功.淺析電子信息技術在消防通信指揮中的應用[J].數字技術與應用，2021，39（11）：88-90.

[8]史新宇，吳新杰，楊軍，等.5G通信技術在數據中心消防系統中的應用分析[J].數字通信世界，2021（2）：201-202+261.

The development of wireless communication technology in the application of firefighting communication system

Liu Weitian

（Inner Mongolia Chifeng Fire and Rescue Brigade，Inner Mongolia Chifeng 024000）

Abstract：Comparative analysis of wireless communication technology and traditional communication technology shows that the former incorporates a large number of advanced scientific and technological theories， accelerates the speed of people's communication and facilitates the form of people's life and work， and has now been widely popularized. Especially in the fire rescue work， wireless communication technology can provide accurate and timely information for rescuers on the basis of building a firefighting communication system and continuously optimizing the efficiency of the rescue scene. Based on this， the reasonable application of wireless communication technology in fire rescue work is discussed on the basis of understanding the composition and principle of firefighting wireless communication system.

Keywords：wireless communication technology; fire rescue; wireless communication system; wireless co-frequency and wave network