天地空融合通信在消防应急通信中的运用

欧阳加俊

（云南省大理州消防救援支队指挥中心，云南 大理 671000）

0 引言

通信是消防应急救援工作及时、准确、有效开展的保障，然而在现实的消防应急救援作业中，往往会因为通信基础设施配备不到位或者遭受破坏等原因而无法实现基本的通信，延迟甚至耽误了消防应急救援工作的开展，增加了救援的风险。虽然近年来我国不断加强通信技术研究，以及通信基础设施的建设，为消防应急救援提供了强有力的通信保障，但与消防应急救援现场复杂的通信需求相比，消防应急通信能力仍然显得滞后，其中最为突出的就是通信保障能力欠缺。例如，近年来发生的地震、煤矿等应急救援现场，或多或少因为通信条件受限而影响了消防应急救援的效率和效果。考虑到消防应急救援中通信需求的复杂性和多样性，除了在地面设置相应的通信基础设施以外，还要借助无人机等空中通信保障技术来提高移动、立体通信保障能力，而这就是天地空融合通信系统的构建。

1 天地空融合通信概述

所谓天地空融合通信，就是在消防应急救援现场构建一个机动灵活的现场应急通信覆盖网络，以解决消防应急救援现场指挥和救援中的通信传输问题，实现信息的实时、快速、有效传输。根据目前的研究，天地空融合通信实际上是由各种轨道卫星构成的天基网络、由飞行器构成的空基网络以及传统的地基网络共同构建的立体、融合通信网络系统。其中，地基网络主要包括蜂窝无线网络、卫星地面基站、移动卫星终端和地面数据与处理中心等。

与传统通信技术和模式相比，天地空融合的通信系统具有明显的灵活性，消防应急救援主体可以根据消防应急救援的实际需要，灵活布置飞行器对应的空基网络，实现天地空通信的融合和通信优势整合，满足现场救援的通信保障需要。同时，天地空融合通信具有多条通信路径，即使现场的地面通信基站遭受破坏，消防应急救援主体也可以在天基网络、空基网络和地面的移动通信接收和发射装置实现便捷、实时的通信，从而保证消防应急救援的通信功能实现。

2 天地空融合通信系统构建的思路

天地空融合通信实际上是天地空在通信方面的一体化，其实现需要天上的无人机、地面的通信基站和通信终端，以及太空中的卫星网络在通信方面保持同步性。结合当前消防应急救援实践的现状，天地空融合通信系统的构建的思路主要包括天、地、空三个方面，以及天地空融合通信系统对消防应急救援现场的适应。

2.1 天层：无人机的音视频传输

随着具有通信功能的无人机在消防应急救援通信方面应用的深入推广，构建以无人机组为载体的天层通信，来保障消防应急救援现场的通信能力，逐渐成为消防应急救援通信保障能力建设中的重点。用于消防应急救援保障的无人机通常由机身、飞行系统、大数据系统、发射回收平台、动力系统等部分构成，无人机本身具有便捷系数高、灵活性强、操作简单等优势，成为复杂环境下消防应急救援通信保障中的重要设备。

无人机之所以能够承担天地空融合通信中“天层”通信的功能，主要在于其可以搭设相应的传感器及其他动态监测设备，能够在第一时间以适宜高度俯瞰整个救援现场，传回救援现场实时图像信息。同时，无人机设备还可以搭载相应的简易音响设备，对救援现场区域进行信息播报，实现消防救援中信息传播的功能。

2.2 地层：终端的信息显示与对讲

在天地空融合通信中，地面主要承担信息接收、救援决策的职能，其直接决定天层无人机和空层卫星的运行方向、状态。在实际的天地空融合通信系统构建中，地面主要设置有终端显示设备、地面对讲装备和地面信息发射装备，其中，终端显示装备主要是借助一系列LED显示屏、移动终端显示屏对天层、空层回传的消防应急救援现场的音视频资料进行直观展示，供指挥中心和现场作业人员决策参考；地面对讲装备是通过数字对讲机实现不同救援地点人员的现场无延时、高效率、高清晰语音对讲通信，实现地面救援人员的实时互通；地面发射装备主要通过地面应急救援人员随身携带的移动通信装备实现通信信号的发射与接收，信号通过空中卫星实现信号的实时传递，同时该装备还可以实现图像的专网直传，减少了信息传递的延迟情况。

2.3 空层：卫星的信息传输

近年来，我国通信技术的快速发展使空中卫星的数量和类型得以持续增加和发展为消防应急通信保障提供了强有力的支持。随着消防应急救援通信保障需求的增加，逐渐出现了可供消防应急救援保障使用的卫星便携站，该卫星装备具有天线性能优良、频带宽等优势，能够有效满足实时的语音、视频和数据传输需求，同时，该类卫星具有较强的兼容性，能够直接接入无人机等装备，实现终端图像的不同距离拍摄与回传。除了卫星便携站外，还有卫星电话、卫星平板等具有不同功能的卫星装备，这些空中卫星装备不仅能够实现图片、视频信息的实时传输，同时也具有很强的卫星通话和交互能力，可以作为备用通信系统在原有通信网络瘫痪的情况下启用。

3 天地空融合通信系统构建的策略

构建天地空融合通信系统，是满足消防应急救援作业中通信保障需求的要求和策略。虽然该系统具有天、地、空通信协同、融合的功能，但目前该系统的构建尚处于探索阶段，需要结合消防应急救援的不同场景进行相应的探索。结合当前融合通信系统构建的实际情况，在接下来的系统构建中应重点关注以下几方面的内容：

（1）注重消防应急救援通信保障演练。天地空融合通信系统是从技术层面或者理论层面提出的，目前尚没有形成固定、成熟的模式。考虑到消防应急救援作业的复杂性和多样性，为实现消防应急救援中人机结合的效果，有必要开展不同场景的天地空融合通信消防应急救援通信保障演练，通过演练来实现人与天地空不同通信系统的融合。同时，要注意对演练中出现的突发性状况进行及时捕捉、分析和模拟推测，逐步提出相应的应对解决策略，为消防应急救援通信保障工作的高效开展提供完善、成熟的经验支持。例如，消防应急救援指挥部要组织通信人员，对天地空融合通信系统的构建、运行监测、故障维修等方面进行技术性的训练与优化，使其能够在地震、矿难、森林火灾等复杂消防救援环境下迅速、高效地构建相应的通信保障系统，满足消防应急救援通信的需求。

（2）增强不同设备之间的兼容性。天地空融合通信是通过不同功能通信设备的组合来运行的，而在不同时间由不同主体生产的通信设备往往存在兼容性的问题，导致设备在现场应用中出现通信故障。例如，虽然无人机具有多样化的使用功能，但由于无人机的集成兼容性偏差以及自身承载负荷有限，导致其搭载的通信设备的兼容性往往会出现不足，难以满足地面通信设备的兼容性要求。通信设备兼容性的问题除了通过尽可能选择统一的通信设备解决外，还要通过不同设备兼容性的提升来加以解决，而这就要求通信设备供应商和消防应急救援主体根据天地空融合通信运行的实际情况，对诸如无人机等通信装备的集成性和兼容性进行严密科学调试，使设备的兼容性真正达到预期的标准。

（3）加强通信薄弱环节的建设。在发达的城市地区，通信基础设施建设相对比较完善与先进，天地空融合通信功能的实现比较容易，但是，一旦在通信基础设施不够完善的偏僻、落后区域开展救援作业时，往往会因为通信功能受限而无法很好地使用天地空融合通信系统，影响了通信的能力和效果，最终影响消防救援的效率。因此，在实际的天地空融合通信系统构建中，要通过进一步建立以卫星便携站、卫星平板为传输链路的，吸收无人机、无线DV音视频采集终端的通信系统，来弥补通信基础设施有限条件下的可视化信息传输需要，真正提升消防应急通信的能力和效果。

4 结束语

构建天地空融合通信，是解决当前复杂环境下尤其是公网瘫痪情况下应急救援作业开展中通信问题的有效策略。并且随着近年来卫星通信、5G等通信技术的发展和应用，构建天地空融合通信系统已经具备了相应的技术可行性。在这样的情况下，有必要结合消防应急救援作业的通信需求，设计和构建相应的天地空融合通信系统，通过立体、多层面的通信系统实现实时、便捷、高清的应急通信功能。