自组网系统在消防应急通信中的运用

摘要：消防救援队伍作为应急救援的重要力量，其现代化信息建设需求是非常高的，由于消防救援队伍在参与各种抢险救援工作时常面临断网、断路、断电等诸多不利环境因素影响，导致其通信系统无法正常工作，因此消防应急通信是消防救援队伍现代化体系建设的重要内容。自组网系统是当前应急通信的重要形式，可实现复杂恶劣环境下的综合通信联系。鉴于自组网系统整体技术内容相对复杂，本文将针对自组网系统以及该系统在消防应急通信中的具体运用情况进行详细分析。

关键词：消防救援队伍;应急通信;自组网系统;运用研究

一方面来看，消防救援工作环境较为复杂，可能在任何场景下实施救援和抢险工作，另一方面来看，森林火灾所引发的浓烟、高温等不利因素会直接对传统通信指挥系统产生影响，而且原始森林的公共信号覆盖不全，存在信号弱或无公共网络信号的问题，这将导致现场情况回传以及指挥命令下达等工作无法顺利进行。除此之外，诸如地铁、矿山、涵洞救援这类需要在地下进行指挥和联络的抢险救灾工作，其作业空间也存在信号不佳的问题。在这种情况下必须建立相应的应急通信系统。自组网系统不仅能够依托于各级子技术设备实现较好的平行通信连接，而且也能够克服复杂不利环境因素实现较快的通信传出速率，不仅能够进行传统音频信息传递，在较高的带宽下亦能实现高清视频及文件资料等不同模式的信息传输，应用自组网系统实现较为完善的消防应急通信能力至关重要。

一、自组网系统概述

传统通信体系下任何数据传输均需要经由既定的通道进行，包括有线通信和无线通信，而这样的传统通信体系其在紧急情况下的自我应变能力比较差，一旦某条线路或者某个通信节点出现问题将对整个通信体系造成较大影响。自组网系统凭借较为先进的底层数字化网络设备以及先进的通信信息自我传输功能，能够实现通信网络自建以及通信通道的自我选择等功能，这使得应用自组网系统进行通信联系的过程中技术人员无需进行复杂的调试和维保，实现了随时组建、随时联网、随时通信的優势功能。自组网系统不完全依赖于通信中枢，必要情况下单兵设备也可成为相应的信息传递节点，而且在前期组建过程中由于其具备自组网功能，因而也无需进行复杂的网络拓扑和前期网络通信规划，这些都是其在应急通信领域所能展现的优势功能。自组网系统采用无中心同频通信的模式，所有在通信体系内的通信节点地位一致，均可在必要情况下进行双向多格式的通信信息传输，应用这样的自组网系统能够较好地达成消防应急通信所需的快速展开、快速组建以及快速应用目标[1]。在消防救援工作中，消防救援队伍经常要面对一些无法依托于公共网络来进行整体指挥的情况，此时利用自组网系统能够快速搭建应急网络通信通道，实现不通公共网络覆盖状态下的全域救援目的。

二、消防应急通信需求

在各种不同类型的消防救援工作中，消防队员和指挥中心必须保持无间断实时通信，以提供前沿灾情给指挥中心，在这种情况下，应急通信系统必须具备以下几方面特征，从而满足整个抢险救援指控工作需求。

第一，设备必须具备强大的信号稳定性。由于环境比较恶劣，所以常规通信手段很可能在这种环境下受到影响，因此要求应急通信系统应能保持稳定的网络信号连接。第二，设备必须具备便携特征，面对不同类型的消防救援工作，中继节点可能架设在任何具备通信指挥优势的位置，而单兵设备作为其救灾过程中的负重内容，如果其重量过大也会直接影响消防队员的正常活动，因此应急通信系统下的各级设备必须具备较好的便携性[2]。第三，必须具备多样化功能。应急通信系统必须具备多种不同格式的信息传递功能，这其中最主要的就是音视频传输功能，另外为了保障各种信息资料的顺利传输，也应具备相应的图片、文字信息传输能力。除此之外，整个系统必须满足不同的通信网络应用功能，包括卫星通信、微波通信、移动端5G微基站通信等。

三、自组网系统在消防应急通信中的运用

（一）方案设计规划

根据实际应用需求及自身技术情况，设计以MESH无线自组网为核心的消防应急通信方案，主要针对公共网络瘫痪这样的规模较大、常规通信体系可能无法正常使用的灾害场景。该系统设计过程中具备网络自动连接和路径自动寻找功能，能够支持高带宽数据信息通信，同时具有极强的抗摧毁能力，某一通信节点因故无法继续进行通信时系统将自动选择其他可用路径继续进行正常的信息通信工作[3]。另外，单兵设备能够同步组成相应的通信网络，而且能够根据实际通信质量选择最优通信路径。结合实践应用从方案规划设计上来看，系统所含硬件设备应包括无人机系统、单兵通信设备、微型中继设备以及应急通信指挥终端等。而从软件角度上来看，各设备能够实现较好的网络自组以及网络自检功能，设备将能够实现交叉信息传递，同时包括音频通信、音视频回传以及数据信息获取上传等功能。

1.系统整体参数

应用MESH无线自组网系统后其设计参数可达到如下状态。首先从单跳通信距离上来看，可达到1-3KM的通信距离，另外点对点信息传输速率可以达到40Mbps（最大传输速率），可以进行高清视频录像以及视频回传。其次，从节点数量上来看，可容纳超过50个独立通信节点，每个通信节点都可对各级通信终端进行信息上传和部分信息获取，多节点同步在线的情况下系统能够自行匹配最佳通信线路，既保障通信速率也保障信号质量，单个节点故障后，其自我重组分配功能可以实现故障自愈[4]。另外，在选择不同基础通信信号时其通信延迟情况不同，但理论延迟均控制在1-3ms左右。除此之外在进行网络路径选择的过程中其选择时间一般在100ms以内，即使单一节点故障一般也不会对整体通信造成直接影响，如有新节点并入整个通信网络，从其节点设备开机到连接网络整体时长约为1s左右。而且总设备开机到通信网络建立这段时间上来看，整体系统耗时理论上小于1min，设备自主寻网能力较强。

2.自组网系统设备运用分析

本设计方案下自组网系统设备主要包含背负式自组网单兵设备、中继基站、机载台、车载台、应急通信指挥终端、手持智能终端、无人机以及软件系统。其具体情况如下

（1）单兵设备支持语音对讲和定位功能，可接收GPS信号和北斗定位信号，同时也能够进行WIFI无线连接。单兵设备工作频率可以在300M-6GHz频率间定制，具备网络自选以及多跳中继、多媒体数据记录回传等功能[5]。

（2）中继基站采用锂电池供电，换电方便。该便携式中继站无需中心网关，具备完善的自组网功能，且中继信号覆盖范围在30km左右，在进行无线数字通信时，如设置在较为开阔的区域其整体传输距离较长，即使在阻挡较为严重的情况下也可达1km左右。

（3）车载台主要由汽车负载，机载台由无人机负载，机载台的整体质量比较小，而且可以在相对较高的空域实现快速通信信息传输，机载台应用于无人机上能够大幅提升空中信息采集能力，机载台和车载台的最大传输速率均大于100Mbps，且均能满足较恶劣环境下的连续正常工作。

（4）应急通信指挥终端具有高清视频显示以及强大的自组网数据整合能力，不仅不需要中心网关，而且可以作为平行节点对各单兵设备以及机载台、车载台进行联动，能够实现自主网络拓扑以及点对点、点对多、链状中继等功能。手持智能终端具备高清视频摄录功能，同时具备IP68级防护，其摄录功能具有降噪、防抖等功能，除能够进行自组网外，还具备高亮度手电筒，能够在某些情况下应急使用[6]。

（5）无人机选择6旋翼工业级机组，其稳定性好，能够应对7级左右的大风天气，具备一键返航和长时间滞空进行高清影音视频摄录的功能，该型无人机能够有效负载至少5KG的物体升空，可很好的携带机载台以及一些其他必要通信网络设备，可考虑系留无人机，满足中继的长时间置空。

（6）自组网软件系统具备开源升级能力，可实现链路状态实时监控以及网络拓扑显示，同时能够接入包括GIS系统在内的其他可用于应急救援的软件系统，同时能够满足多路径指挥，可根据实际情况分组进行指令下行。

（7）采用卫星便携站，其构成部分包括卫星天线（便携折叠型）、卫星信号调制解调器、板载无线WIFI模块等，可在海拔5000m以下区域实现较好的天基卫星信号接收与发射活动，整体重量较轻，便于应急卫星通信组网使用[7]，使远端的互联网信号，专网信号接入任务区域，完成信息的传递。

（二）应用场景

1.超高层应急救援

中国拥有全世界最多的高层建筑。高层建筑内一旦发生灾难，实施救援面临通信困难， 指挥不畅。可以利用多跳宽带自组网技术快速搭建覆盖救援现场的通信网络，同时与地面现场指挥部以及后方指挥中心之间建立通信链路。保证多点多向语音、视频传输和传感器数据传送，让指挥畅通，救援顺利。

2.地下空间应急救援

中国拥有全世界最大的地下空间。一旦发生重大安全事件，极易造成群死群伤的恶性后果。然而地下空间无线通信受到复杂建筑结构的影响，对讲机通信不可靠，经常遇到信号盲区，阻碍救援的顺利实施。 可以利用自组网技术，迅速搭建覆盖全部地下空间的宽带通信网络，保证救援顺利展开。

3.人员密集场所应急救援

人员密集区域一旦发生灾害事故，需要救援力量指挥现场群众疏散，避免拥挤踩踏造成二次伤害。公网通信在这种危急情况下都可能已经严重拥塞无法使用。 利用自组网技术迅速搭建覆盖现场全域的宽带通信网络是解决“通信不畅、指挥混乱” 的有效方法。

4. 野外大范围搜救和极端条件下的突进

在野外或丛林中执行任务时，现场无通信网络可依托、道路可能中断、 地形复杂。 前突队员迅速展开，沿途寻找制高點，依次将随身携带的设备迅速部署，自动组成宽带网，搭建第一现场与指挥部之间的宽带音视频链路。还可放飞无人机到达指定区域， 作为空中中继基站，能极大地增加网络覆盖范围，便于前突队员和指挥员之间相互通信。 同时，利用北斗卫星定位，指挥员全面掌握每个队员的实时位置，随时调度指挥，保障应急救援任务圆满完成。

5.自然灾害救援

我国每年都要面临多起地震、洪水、泥石流、森林灭火等自然灾害，面对灾害带来的三断（断网、断电、断路）情况，可以通过航空器携带自组网中继基站，将通信讯号覆盖整个任务现场。 实现救援队与指挥中心之间音视频实时通讯，让指挥中心实时掌握现场第一手信息，最大程度保障现场救援人员生命安全。

6.危化品应急处置指挥

危化品生产和储运过程中一旦发生事故，均造成重大财产损失或者伴随人员伤亡。 应急救援力量携带自组网设备第一时间赶赴现场。抢险人员用手持融合单兵将现场的视频画面迅速传送回前方指挥所以及后方指挥中心，并根据指挥员下达的指令，迅速开展抢险救援行动。

7.车队通信保障

在执行任务中，经常有大规模车队机动编组行进的情况。车队经过不同地理地貌的道路情况复杂， 突发状况时有发生。传统的对讲机时常遇到通信不畅的情况，同时也难以与指挥中心保持畅通的通信联络。采用宽带无线自组网之后，车队中的每一辆车都可以随时随地保持互通。在车队中的综合通信车上部署宽带 IP 卫星通信“动中通”设备，即可与数百甚至数千公里之外的指挥中心保持畅通的联络。车队的行进视频、重要物资的安全状况可以实时传送到指挥部，动态行进轨迹都可以在指挥部的 GIS 系统上实时显示。

四、结束语

本文针对自组网系统在消防应急通信中的运用情况进行了详细介绍，针对自组网系统的功能特点以及设计方案进行了分析，同时对相应系统中的功能设备情况进行了分析。从当前自组网系统在一线消防队伍中的实际应用情况上来看，其大大提升了抢险救灾中的信息互动能力，给队员沟通联络以及综合指令下行均带来较大的效能提升。

作者单位：王志强    赤峰市森林消防支队

王志强（1980.06-），男，汉族，河北衡水，本科，专业技术十级，研究方向：应急通信。

参  考  文  献

[1] 李文峰， 吴栋， 黄峰. 基于自组网，移动通信，集群对讲的火灾应急通信系统， CN212231741U[P]. 2020.

[2] 谭炳文. 无线自组网技术在消防应急救援中的应用探讨[J]. 中国新通信， 2020， v.22（02）：122-122.

[3] 孟翔. 移动自组网技术在消防救援队伍抢险救援通信保障中的应用研究[J]. 中国新通信， 2020， v.22（20）：30-31.

[4] 史俊潇， 吴慧. 基于异构组网的电力应急通信保障研究[J]. 电力信息与通信技术， 2020（7）.

[5] 张亮. 论MESH网络技术在消防应急通信中的应用[J]. 中国新通信， 2020， v.22（09）：40-40.

[6] 周奎翰、赵国、张瑞. 应急场景下无人机基站自组网的高效部署方案[J]. 信息与电脑（理论版）， 2020， v.32;No.456（14）：200-201.

[7] 马鸿军， 董云鹏， 武振振. 基于GPS北斗定位和MESH无线自组网的应急救援现场通信系统， CN211670989U[P]. 2020.