卫星通信技术在消防救援中的应用研究

李朋朋

（山西省运城市消防救援支队，山西 运城 044000）

0 引言

传统技术背景下，消防通信手段包含集群通信、短波通信、公网无线通信、超短波通信几种方式，但这些通信方式容易受到环境影响因素的干扰，不仅信号不稳定，而且无法满足当前远距离通信需求。因此，卫星通信开始被用于消防救援中。由于卫星通信功能丰富，技术在应用中可以满足灭火现场与指挥中心的视频与语音通信需求，可完成数据和图像的高速传输，为双方信息传输提供保障，尽可能地降低火灾带来的损失。

1 卫星通信技术与消防卫星通信

卫星通信主要以人造卫星作为中转站向接收端转发无线电信号，确保所有信息源都能在地球和卫星之间顺利传输。与过去的通信技术比较，卫星通信的信号中转站没有在地球上建设，而是在地球之外搭建，因此不会受山脉或高原等地形地势的阻挡，可以保证地球内的通信不被地理空间限制。不仅如此，人造卫星具有较大的辐射范围和通信范围，可以较好地实现远距离通信，信号能够在短时间内到达，信息传输效率极高[1]。现如今卫星通信技术的发展日益成熟，国内也建立起了消防卫星通信网络，旨在依靠卫星通信解决消防救援难题。消防卫星通信包含卫星移动站与地面站两部分，通过卫星建立连接。在整个通信网络中，地面站将地面系统和卫星网络相连，使卫星频率资源被统一调配，以便对全网设备集中控制。卫星移动站依靠射频系统和跟踪系统、调制解调系统等为地面站的通信提供技术支持[2]。

2 卫星通信技术的特点

卫星通信技术的应用优势大致体现为以下 两点：

（1）卫星通信的覆盖范围广，支持远距离传输，在地理位置方面具有较大的应用优势，不管通信双方之间的距离有多远，只要是在信号覆盖范围内都能实现通信[3]。

（2）消防救援过程中利用卫星通信技术，以短波通信与超短波通信为主要形式。在消防救援指挥期间，受距离因素的影响，传统的通信技术面临通信传输不稳定的问题，而卫星通信技术则不会，可以根据现场实际情况采取相应的解决措施，从而完善消防通信体系，为接下来消防救援任务的开展奠定基础。

3 卫星通信技术在消防救援中的应用

3.1 语音业务应用

语音业务是消防救援的基础性业务，救援期间各方人员的对话必须保证稳定。语音业务实施时应做好相应准备工作，救援人员和指挥人员之间建立语音沟通桥梁，及时和指挥中心保持联络[4]。由于事故地点存在不可预测性，且部分事故发生地点较偏远，通信质量较差，这会对消防救援工作的开展产生不利影响。因此，可以应用卫星通信技术将无线语音通信和消防救援连接起来，采用这种信息交互的方式保证救援过程中语音交流的流畅性。不仅如此，卫星通信技术还能支持各种移动卫星站电话的沟通交流。将卫星通信技术用于消防救援，不仅打破了技术在时间和空间上的限制，也在一定程度上提升了救援效率。语音信号接入后，所有类型的信号将被统一整合在一起，达到移动语音通信实时交流的目的[5]。

3.2 视频业务应用

和单纯的语音业务相比，视频业务可以用于现场指挥环节，卫星通信技术的应用主要体现在视频连接会议中。人们依据视频内容可以准确地了解事故现场的实际情况，以便及时完成救援信息上报，便于指挥人员对现场做出正确决策[6]。在接收视频时，应保证视频信息的清晰度，防止指挥人员看到模糊不清的视频内容从而影响指挥判断，避免消防救援工作出现延误。一般情况下，公用网络在开放的状态下，视频支持4G、5G传输，同时采用动态化的方式采集图像信息，建议采用卫星通信中的视频业务，凭借卫星的高带宽技术优势，保证现场上传的视频画面清晰[7]。

3.3 数据业务应用

在消防救援任务中，数据通信业务的实践应用具体体现为地理信息数据和文件传输数据通信两方面。数据业务的应用使地理信息数据成为救援工作开展的重要参考依据，它能够对地理信息数据进行高效整合，使指挥人员可以对事故现场有全面的了解，从而制定出针对性的救援方案。救援期间，所有文字图片、音频视频资料可以实时传输，这是卫星通信技术在消防救援的一大应用优势[8]。

3.4 移动式救援

在卫星通信系统的构成中，消防应急通信指挥车实质上是一个地面站。在最短时间内，在事故现场周围搭建移动指挥站，可以有效提高对火灾事故的处理效果。应用卫星通信技术后，指挥中心内的工作人员能够全方位控制卫星指挥车，使用卫星信道做出科学指挥，实现指挥中心和消防中心的高效沟通，及时接收来自对方的指令，并快速发送指挥车实际运行状态[9]。

以火灾事故为例，要保证火灾现场控制工作的有效性，应用卫星通信技术时，应及时掌握火灾现场所有情况，使用卫星通信指挥车拍摄火灾现场照片，并将视频和录音传送到指挥部门[10]。卫星指挥车采集到的火灾信息经过调制解码、封装加密处理后，包含视频与音频的信息，采用交互传输的方式，实现地球站与空间站之间的信息高效传输，完成卫星通信过程。消防人员在火灾救援期间采集到的数据信息也会被自动传送到指挥中心，指挥人员以此作为判断依据，掌握火势大小和火灾危害程度，分析火源大概位置，找出火灾的产生原因，从而更加科学地把控火情，合理调配消防力量，保证消防救援工作的人性化，防止救援资源的不合理消耗，尽可能地将火灾危害降到最低。消防卫星车主要用于前方事故现场，便捷站用于后方指挥中心，以此实现信息的传输与交流，确保现场救援秩序[11]。

4 消防救援卫星通信“双模”应用

4.1 消防救援专网应用

现有的消防救援卫星通信地球站多数只是单模的，只能接入消防救援局专网。公网接入可以为救援现场和无人机、其他平台建立有效连接。在消防救援局内建立卫星通信系统主站，搭建卫星通信专网，主站应具有网管功能，可以对通信网远端站统一管理[12]。主站通过地面线路连接卫星通信专网与指挥调度内网，便携站和车载站等远端站及时与消防救援中心站建立业务连接，从而实现应急救援现场与消防指挥调度内网的相互连通。语音、视频以及数据终端经过卫星链路接入图像管理平台和指挥平台，再通过指挥平台实现事故救援现场和救援中心间的视频指挥。地球站配置调制解调器，消防支队经过卫星链路与指挥调度网连接，完成现场和指挥中心的实时通信。

4.2 消防救援公网应用

消防救援现场地球站在运行期间配置公网调制解调器，经过互联网与指挥调度网相连，类似于5G移动通信系统网络接入方式。地球站与关口站确立卫星链路，经过关口站与互联网连接，将地球站和数据传输装置连接起来，为设备运行提供网络接入服务。传输设备内的数据先与互联网图像传输平台连接，再使用安全隔离装置进入消防指挥调度内网，经过内部与外部的现场图传平台接入图像综合管理平台。这种连接方式可以和无人机组合应用，将事故现场采集到的音频和视频内容及时回传到指挥调度网中。

无论是专网还是公网，这两种应用模式在组网、接入方式等方面都具有不同的技术特点，比如专网应用接入专用网络，在应用期间需建立主站与专网网管。而公网应用不会受到该限制，但是为了与互联网相连接，公网应用需通过互联网接入关口站。

4.3 双模应用系统优化设计

在消防管理局下达的消防救援任务中，专网应用模式具有显著优势。在消防支队的日常训练中，推荐使用公网应用模式。由此，推荐消防救援卫星通信的双模应用。在卫星通信地球站集成专网，安装公网调制解调器，利用合分路器构建双模应用系统，从而满足消防救援的多样化需求。比如一辆用于消防救援现场的卫星通信车，采用双模应用系统，可以有效提高通信车的工作效率，保证通信质量。卫星通信车应用双模系统后的系统架构如图1 所示。

图1 消防通信车双模应用系统架构

消防通信车顶部安装0.8 m动中通卫星天线，配置40 W Ku波段功放与LNB，车外为共用部分。车内机架安装专网与公网卫星调制解调器，设备射频出入口应用线缆连接到有源合分路器中，与车顶功放连接后，使专网与公网两台卫星调制解调器能够共用一套射频系统。有源分路器包含合路器与分路器两部分，其中合路器主要用在发射端，由2个输入端口和1个输出端口组成；输入端口中一个与专网卫星调制解调器连接，另一个与公网卫星调制解调器连接，而合路器的输出端口与功放连接。该装置可以将公网和专网卫星调制解调器发出的射频信号合成一路信号，将信号送到射频器件内，并对不同解调器进行信号隔离，避免信号之间产生不必要的干扰。分路器主要用在接收端，共有1个输入端口与2个输出端口，输出端口中一个与专网卫星调制解调器相连，另一个与公网卫星调制解调器相连，输入端口负责接收LNB信号。

5 未来消防救援中卫星通信技术应用展望

未来人类将会从以下三方面探索卫星通信技术在消防救援过程中的有效应用.

（1）减少技术传输时延，规避回声效应和信号视距传播现象发生，以新的网络架构推进网络 融合。

（2）实现消防救援过程中各部门通信互通与兼容，防止重复建设，节约资源，从而达到部门协调运作，使卫星通信技术的应用更加合理。

（3）对消防救援卫星通信统一规划，提升卫星在任何情境下的抗干扰能力，完善网络融合期间频谱分配策略，发挥高效切换技术的作用，提升通信服务质量，提高带宽控制水平。

未来卫星通信技术的发展进程中，将会面临相应技术人才紧缺的局面，消防部门编制与人才队伍建设将会对消防救援效率与装备操作体系产生影响。因此，有必要加强对人才的培养力度，制定消防通信人才培养计划，提升消防通信人才综合素质，引入先进的技术方法提升消防通信水平。

6 结语

人们在日常生活中难免会遇到各类意外事故。为了降低事故给人们带来的灾害损失，消防救援部门需要不断提升救援能力。将卫星通信技术用于消防救援通信中，利用语音业务将救援现场和无线通信系统相连，保持现场和指挥调度中心间语音通话畅通，借助视频业务将现场实时影像资料和救援进展传输到指挥台，可以方便指挥台做出及时响应，编制救援计划，保障救援工作科学开展。