天地空融合通信在消防應急通信的應用

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摘要：隨著我國城市化和工業化的不斷推進，在提升人們物質生活水平的同時也使得消防救援面臨極為嚴峻的形勢，救援的難度不斷增加。同時我國幅員遼闊，地形地勢多樣，發生自然災害的概率較大，一旦出現災害，須立即投入救援才能最大限度地降低損失，保證人民生命財產安全不受損失。而在開展應急救援的過程中，通信順暢可保障救援有序開展，提升救援效率。隨著我國科學技術水平的不斷提高，我國已經搭建出天地空融合通信系統，極大地提升了消防應急通信能力。本文分析天地空融合通信的含義，并提出天地空融合通信系統搭建策略，以期為今后開展相關研究提供參考。

關鍵詞：天地空融合通信；消防應急通信；應用策略

天地空融合通信技術相較于傳統通信技術來說，其在具體應用的過程中受外界因素影響較小，通信保障能力較好，可將救援現場的信息及時有效地進行傳輸，屬于立體通信系統，可以極大地提升我國消防應急救援能力。

1.天地空融合通信概述

1.1天地空融合通信含義

在開展消防救援的過程中，保障通信能力可及時將救援現場情況傳遞給指揮部，便于更好地制定救援計劃，更可以根據實際情況靈活調整救援計劃，來提升救援效率。但在部分救援現場中，由于受到多種因素影響，如缺乏通信基礎設備設施或由于災害導致通信系統受到破壞等，都會導致其喪失通信保障能力，影響救援工作的順利開展。隨著我國科學技術水平的不斷提高，我國開始組建天地空融合通信系統，來保障消防應急救援工作的順利進行。從含義來看，其指的是在救援現場打造出現場應急通信的網絡，該網絡需全面覆蓋救援現場，并具有一定的靈活性和機動性。而在天地空融合通信中，由各種軌道衛星來打造出的天基網絡，由各種飛行器打造出的空基網絡，再結合傳統地面通信設備而形成的融合消防應急通信網絡，立體性極強。在地基網絡中，還包括蜂窩無線網絡、衛星地面基站、移動衛星終端和地面數據與處理中心等[1]。相較于傳統地面通信網絡，天地空融合通信在開展救援的過程中可根據實際情況，來布置空置網絡，靈活設置飛行器，整合傳統地面通信技術的優勢以及空基網絡技術的優勢，更好地保障地面救援順利進行，滿足其對通信保障的更高要求。與此同時，由于天地空融合通信系統在通信路徑上較多，即使地面的通信基站由于災情而受到破壞，也可立即啟動空基網絡和天基網絡來繼續保障通信，利用其中的發射裝置以及接收裝置來進行信息數據的傳輸，降低由災害所導致的通信受阻情況，保障救援順利進行[2]。

1.2天地空融合通信系統構建思路

天地空融合通信系統屬于綜合性較強的一種通信保障系統之一，各個系統之間需保持同步通信才能最大限度地發揮其積極作用。從構建思路來看，需要做好天層、地層以及空層三個方面的構建工作，來適應當下復雜的救援形勢給消防應急通信所提出的更高要求。1.2.1天層在當下開展消防救援的過程中，無人機的普及率不斷增加，在情況較為復雜且危險程度較高的救援現場，無人機可為救援任務提供數據和圖像上的傳輸工作，操作簡單，使用效果好。與常規無人機相比，運用在消防救援過程中的無人機，在構成上以動力系統、飛行系統、大數據系統、發射平臺、回收平臺以及機身構成。無人機在使用優勢上具有便捷、操作簡單且靈活性強的特點，在復雜救援現場中可發揮至關重要的作用[3]。在天地空融合通信過程中，無人機屬于天層的重要組成部分，由于其搭載的動態監測設備以及傳感器，可及時升空來拍攝完整的救援現場，并將現場的圖像信息以及數據信息及時進行回傳，便于指揮部門及時制定符合要求的救援計劃，并且無人機該可搭載音響設備，可及時在救援現場播報信息，發揮其傳播信息的功能。而在具體應用的過程中，需在無人機的設置上根據所劃分出的片區的不同，合理配置無人機數量，在無人機升空之后，需在飛行高度上有所差別，防止無人機之間互相碰撞導致無人機損壞。無人機在直播推流上分辨率需較高，一般需在1080P左右，并為無人機配備充足的電池，盡量保障其工作時間在9小時左右，來更好地為指揮部門提供視頻以及圖像數據等素材[4]。如圖1所示。1.2.2地層在天地空融合通信系統中，傳統的地面通信設備仍舊占據重要組成部分，其可承擔接收信息并接收救援計劃的重要職能，為開展天層中的無人機通信保障以及空層中的衛星指明運行狀態和運行方向。在具體的天地空融合系統中，地面通信設備一般包括地面信息發射裝備、地面對講裝備以及終端顯示設備等。從具體的設備功能來看，終端顯示設備可將空層中的衛星以及天層中的無人機所回傳的現場信息以及圖像數據資料等清晰展示給指揮人員，便于指揮人員根據現場實際情況來制定救援計劃。而地面對講裝備中的主要設備為數字對講機，可實現不同位置的救援人員及時開展交流，其延時較少，且效率較高，在清晰度上也較高，可實現現場救援人員的互聯互通，更好地進行救援情況的交流工作。地面發射裝備中的主要設備是為救援人員配備的移動通信設備，救援人員可借助這種移動通信設備來接收與發射信號，并利用空層中的衛星來實時傳遞信號。與此同時，移動通信設備還可將圖像利用專門網絡即時進行傳輸，其傳輸速度較快且效率較高，可有效降低傳統救援過程中的信息延遲等情況的發生概率，提升救援效率[5]。而在具體應用上，地面設備一般包括Go-Pro結合穩定器、4G圖傳以及350M對講機等通信設備。Go-Pro結合穩定器可在救援人員的頭盔上進行安裝，利用無線網絡來與現場中的CPE設備來進行連接，開展視頻直播的推流工作，視頻分辨率為1080P，并配備穩定器，實現一邊充電一邊使用，工作時間可延長到12小時，而視頻也可在直播的服務器中保存。4G圖傳可架設在救援現場的制高點上，利用一鍵開機的形式啟動，并利用專網將圖像直接進行回傳，全過程可自動完成，無需配備專門的工作人員，同時圖像的處理也可由指揮人員進行，極大地降低了前線人員的工作壓力。350M數字對講機在應急救援中十分常用，其便攜性、穩定性較好，且待機時間較長，受外界影響較少，在當下的應急救援中十分普及[6]。1.2.3空層隨著我國通信技術在近年來的不斷發展，空中衛星數量在不斷增加，在類型上也得到了大幅度的增加，極大地提升了我國消防應急救援的通信能力。并且衛星具有天然的廣播性，可以在很大的地理范圍內向大量終端廣播數據，節省傳輸帶寬，并且各終端之間收到廣播信息的時延差較小。衛星的覆蓋受地形地勢限制較小，大面積覆蓋所需投入的成本較小。而隨著我國救援難度的不斷增加，在衛星基站的搭建上也出現了專門為消防應急救援通信保障而設置的衛星便攜基站。這種專門為消防應急通信所設計的衛星裝備在頻帶上更寬，天線的性能更好，可更好地滿足消防應急救援中對于數據傳輸以及音視頻傳輸的更高要求。并且這種衛星設備的兼容性較好，可直接與無人機等通信裝備進行接入，來對不同距離的圖像進行拍攝并將信息及時回傳。在空層設備中，除衛星便攜站之外，衛星平板以及衛星電話等也較多，這些衛星裝備在功能上有著一定的不同之處，不僅可保障音視頻信息以及數據圖片的即時傳輸，在通話能力以及交互能力上也較好，在救援現場原來配備的通信網絡出現癱瘓之后，可將其作為備用系統來保障通信正常進行[7]。在具體的應用中，衛星便攜基站選用KU頻段，衛星的選擇上選用亞洲9號，其可增益較高，頻帶較寬，可滿足實時數據采集回傳以及實時音視頻采集回傳的更高要求。在視頻的接入口上，一般由有HDMI、GNC，前端視頻采集終端可以接入帶HDMI輸出的無人以及無線網絡版本的DV，可以很好地解決終端圖像拉遠拍攝中存在的問題。衛星電話采取天通衛星和海事衛星共同使用，若公網癱瘓，可立即啟用進行通信。衛星平板可將一些數據量較小的圖片和視頻進行傳輸，由于其體積、重量較小，便攜性較好[8]。在設計天地空融合通信的過程中，由于救援現場較為復雜，經常出現網絡癱瘓的問題，在設計時，還需針對不同公網狀態進行天地空融合系統的設計工作。一方面，當通信網絡還能正常使用時，可利用4G圖傳、無人機、Go-Pro等設備將音視頻通過圖像綜合管理平臺和直播平臺回傳，指揮部門可直接利用終端顯示設備進行觀看；另一方面，若通信網絡出現癱瘓，可搭建衛星便攜站以及衛星平板來作為傳輸渠道，利用無人機以及無線DV音視頻采集終端來進行通信，保障在通信網絡癱瘓的情況下也可實現信息接收與回傳[9]。

2.天地空融合通信在消防應急通信中的應用

為保障天地空融合通信系統的順利構建，最大限度發揮其積極作用，需在進行設計的過程中結合當下實際情況以及不同救援場景對于通信的不同要求，來全面開展設計工作，提升其適用性。因此在接下來的研究中，需加大研究力度，提升其通信能力。在具體的實施過程中，可從以下幾個方面進行。

2.1加大消防應急救援通信保障系統的演練力度

天地空融合通信屬于理論層面或者說技術層面上的內容，在當下尚未形成固定的發展模式。并且由于消防救援形勢較為復雜，救援難度在當下也在不斷提高，救援現場的情況變化也較快，使得天地空融合通信系統在實際運用的過程中難度較大。針對于此，為最大限度地發揮其積極作用，需在搭建天地空融合系統之后，針對不同的救援場景，加大演習力度，可模擬救援現場來實現演練工作，促使天地空融合系統的配合度不斷提升。與此同時，由于實際救援現場中出現突發狀況概率較大，在開展演練的過程中，還需將各種可能出現的突發情況全面納入到演練范圍中，及時捕捉突發狀況，并對其進行分析和推測，有針對性地制定應急策略，來為適應應用天地空融合系統提供技術支持以及經驗支持。

2.2提升不同類型設備的兼容性

在天地空融合通信系統中，由于其屬于融合性質的系統，各類通信設備的數量和類型較多，對于各個設備之間的運行配合度上要求較高。但由于設備的類型不同，在生產主體上也存在較大的差異，這使得其在兼容性上經常出現問題，增加通信故障的出現概率。以無人機為例，無人機在具體使用中功能較為齊全，但由于無人機在集成兼容性上經常出現偏差，承載力上也具有對應的負荷，這使得其搭載的通信設備兼容性經常出現問題，無法滿足地面通信設備對于兼容性的更高要求。由于兼容性較為復雜，解決難度也較大，除盡量選擇統一的設備之外，還需不斷提升各個設備之間的兼容性，才能更好地解決設備不兼容的問題。

2.3強化薄弱地區的建設力度

從當下天地空融合通信系統的發展狀況來看，由于其整體較為復雜，涉及的環節和流程較多，在實際建設的過程中，經濟較為發達的地區，消防應急通信裝備的基礎設施建設水平較高，設備配備較為完善，實現天地空融合通信更為方便。但在部分地區，由于經濟發展水平不高，消防應急通信設備的基礎設施建設力度不足，一旦出現需要進行救援的情況，極容易出現由于通信功能不完善，使用天地空融合通信系統功能受限的問題，無法最大限度地發揮其積極作用，也在一定程度上影響了消防救援水平的提升。對此，在今后的發展方向上，需在這些經濟不發達、消防應急通信保障薄弱的地區加大投入力度，打造以衛星平板和衛星便攜站為主要傳輸渠道，結合無線音視頻采集系統以及無人機等為一體的天地空融合通信系統，全面提升其應急通信保障能力帶動其消防救援能力的不斷提升。

結語

隨著消防救援形勢的不斷復雜化，傳統單一的地面通信設備已經無法滿足復雜環境下對于通信的更高要求。對此，我國不斷加大對天地空融合通信系統的研究力度，來提升我國消防應急通信能力。由于當下的技術水平尚不成熟，在今后的發展中，須加大研究力度，加大演練力度，提升不同設備的兼容性，強化薄弱地區的通信基礎設施建設水平，來最大限度地發揮天地空融合通信的積極作用，提升我國消防救援水平。

參考文獻：

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作者：李鵬飛 單位：中國救援新疆機動專業支隊