天地空融合通信在消防應急通信中的運用

歐陽加俊

（云南省大理州消防救援支隊指揮中心，云南 大理 671000）

0 引言

通信是消防應急救援工作及時、準確、有效開展的保障，然而在現(xiàn)實的消防應急救援作業(yè)中，往往會因為通信基礎設施配備不到位或者遭受破壞等原因而無法實現(xiàn)基本的通信，延遲甚至耽誤了消防應急救援工作的開展，增加了救援的風險。雖然近年來我國不斷加強通信技術研究，以及通信基礎設施的建設，為消防應急救援提供了強有力的通信保障，但與消防應急救援現(xiàn)場復雜的通信需求相比，消防應急通信能力仍然顯得滯后，其中最為突出的就是通信保障能力欠缺。例如，近年來發(fā)生的地震、煤礦等應急救援現(xiàn)場，或多或少因為通信條件受限而影響了消防應急救援的效率和效果。考慮到消防應急救援中通信需求的復雜性和多樣性，除了在地面設置相應的通信基礎設施以外，還要借助無人機等空中通信保障技術來提高移動、立體通信保障能力，而這就是天地空融合通信系統(tǒng)的構建。

1 天地空融合通信概述

所謂天地空融合通信，就是在消防應急救援現(xiàn)場構建一個機動靈活的現(xiàn)場應急通信覆蓋網(wǎng)絡，以解決消防應急救援現(xiàn)場指揮和救援中的通信傳輸問題，實現(xiàn)信息的實時、快速、有效傳輸。根據(jù)目前的研究，天地空融合通信實際上是由各種軌道衛(wèi)星構成的天基網(wǎng)絡、由飛行器構成的空基網(wǎng)絡以及傳統(tǒng)的地基網(wǎng)絡共同構建的立體、融合通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。其中，地基網(wǎng)絡主要包括蜂窩無線網(wǎng)絡、衛(wèi)星地面基站、移動衛(wèi)星終端和地面數(shù)據(jù)與處理中心等。

與傳統(tǒng)通信技術和模式相比，天地空融合的通信系統(tǒng)具有明顯的靈活性，消防應急救援主體可以根據(jù)消防應急救援的實際需要，靈活布置飛行器對應的空基網(wǎng)絡，實現(xiàn)天地空通信的融合和通信優(yōu)勢整合，滿足現(xiàn)場救援的通信保障需要。同時，天地空融合通信具有多條通信路徑，即使現(xiàn)場的地面通信基站遭受破壞，消防應急救援主體也可以在天基網(wǎng)絡、空基網(wǎng)絡和地面的移動通信接收和發(fā)射裝置實現(xiàn)便捷、實時的通信，從而保證消防應急救援的通信功能實現(xiàn)。

2 天地空融合通信系統(tǒng)構建的思路

天地空融合通信實際上是天地空在通信方面的一體化，其實現(xiàn)需要天上的無人機、地面的通信基站和通信終端，以及太空中的衛(wèi)星網(wǎng)絡在通信方面保持同步性。結合當前消防應急救援實踐的現(xiàn)狀，天地空融合通信系統(tǒng)的構建的思路主要包括天、地、空三個方面，以及天地空融合通信系統(tǒng)對消防應急救援現(xiàn)場的適應。

2.1 天層：無人機的音視頻傳輸

隨著具有通信功能的無人機在消防應急救援通信方面應用的深入推廣，構建以無人機組為載體的天層通信，來保障消防應急救援現(xiàn)場的通信能力，逐漸成為消防應急救援通信保障能力建設中的重點。用于消防應急救援保障的無人機通常由機身、飛行系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、發(fā)射回收平臺、動力系統(tǒng)等部分構成，無人機本身具有便捷系數(shù)高、靈活性強、操作簡單等優(yōu)勢，成為復雜環(huán)境下消防應急救援通信保障中的重要設備。

無人機之所以能夠承擔天地空融合通信中“天層”通信的功能，主要在于其可以搭設相應的傳感器及其他動態(tài)監(jiān)測設備，能夠在第一時間以適宜高度俯瞰整個救援現(xiàn)場，傳回救援現(xiàn)場實時圖像信息。同時，無人機設備還可以搭載相應的簡易音響設備，對救援現(xiàn)場區(qū)域進行信息播報，實現(xiàn)消防救援中信息傳播的功能。

2.2 地層：終端的信息顯示與對講

在天地空融合通信中，地面主要承擔信息接收、救援決策的職能，其直接決定天層無人機和空層衛(wèi)星的運行方向、狀態(tài)。在實際的天地空融合通信系統(tǒng)構建中，地面主要設置有終端顯示設備、地面對講裝備和地面信息發(fā)射裝備，其中，終端顯示裝備主要是借助一系列LED顯示屏、移動終端顯示屏對天層、空層回傳的消防應急救援現(xiàn)場的音視頻資料進行直觀展示，供指揮中心和現(xiàn)場作業(yè)人員決策參考；地面對講裝備是通過數(shù)字對講機實現(xiàn)不同救援地點人員的現(xiàn)場無延時、高效率、高清晰語音對講通信，實現(xiàn)地面救援人員的實時互通；地面發(fā)射裝備主要通過地面應急救援人員隨身攜帶的移動通信裝備實現(xiàn)通信信號的發(fā)射與接收，信號通過空中衛(wèi)星實現(xiàn)信號的實時傳遞，同時該裝備還可以實現(xiàn)圖像的專網(wǎng)直傳，減少了信息傳遞的延遲情況。

2.3 空層：衛(wèi)星的信息傳輸

近年來，我國通信技術的快速發(fā)展使空中衛(wèi)星的數(shù)量和類型得以持續(xù)增加和發(fā)展為消防應急通信保障提供了強有力的支持。隨著消防應急救援通信保障需求的增加，逐漸出現(xiàn)了可供消防應急救援保障使用的衛(wèi)星便攜站，該衛(wèi)星裝備具有天線性能優(yōu)良、頻帶寬等優(yōu)勢，能夠有效滿足實時的語音、視頻和數(shù)據(jù)傳輸需求，同時，該類衛(wèi)星具有較強的兼容性，能夠直接接入無人機等裝備，實現(xiàn)終端圖像的不同距離拍攝與回傳。除了衛(wèi)星便攜站外，還有衛(wèi)星電話、衛(wèi)星平板等具有不同功能的衛(wèi)星裝備，這些空中衛(wèi)星裝備不僅能夠實現(xiàn)圖片、視頻信息的實時傳輸，同時也具有很強的衛(wèi)星通話和交互能力，可以作為備用通信系統(tǒng)在原有通信網(wǎng)絡癱瘓的情況下啟用。

3 天地空融合通信系統(tǒng)構建的策略

構建天地空融合通信系統(tǒng)，是滿足消防應急救援作業(yè)中通信保障需求的要求和策略。雖然該系統(tǒng)具有天、地、空通信協(xié)同、融合的功能，但目前該系統(tǒng)的構建尚處于探索階段，需要結合消防應急救援的不同場景進行相應的探索。結合當前融合通信系統(tǒng)構建的實際情況，在接下來的系統(tǒng)構建中應重點關注以下幾方面的內(nèi)容：

（1）注重消防應急救援通信保障演練。天地空融合通信系統(tǒng)是從技術層面或者理論層面提出的，目前尚沒有形成固定、成熟的模式?？紤]到消防應急救援作業(yè)的復雜性和多樣性，為實現(xiàn)消防應急救援中人機結合的效果，有必要開展不同場景的天地空融合通信消防應急救援通信保障演練，通過演練來實現(xiàn)人與天地空不同通信系統(tǒng)的融合。同時，要注意對演練中出現(xiàn)的突發(fā)性狀況進行及時捕捉、分析和模擬推測，逐步提出相應的應對解決策略，為消防應急救援通信保障工作的高效開展提供完善、成熟的經(jīng)驗支持。例如，消防應急救援指揮部要組織通信人員，對天地空融合通信系統(tǒng)的構建、運行監(jiān)測、故障維修等方面進行技術性的訓練與優(yōu)化，使其能夠在地震、礦難、森林火災等復雜消防救援環(huán)境下迅速、高效地構建相應的通信保障系統(tǒng)，滿足消防應急救援通信的需求。

（2）增強不同設備之間的兼容性。天地空融合通信是通過不同功能通信設備的組合來運行的，而在不同時間由不同主體生產(chǎn)的通信設備往往存在兼容性的問題，導致設備在現(xiàn)場應用中出現(xiàn)通信故障。例如，雖然無人機具有多樣化的使用功能，但由于無人機的集成兼容性偏差以及自身承載負荷有限，導致其搭載的通信設備的兼容性往往會出現(xiàn)不足，難以滿足地面通信設備的兼容性要求。通信設備兼容性的問題除了通過盡可能選擇統(tǒng)一的通信設備解決外，還要通過不同設備兼容性的提升來加以解決，而這就要求通信設備供應商和消防應急救援主體根據(jù)天地空融合通信運行的實際情況，對諸如無人機等通信裝備的集成性和兼容性進行嚴密科學調(diào)試，使設備的兼容性真正達到預期的標準。

（3）加強通信薄弱環(huán)節(jié)的建設。在發(fā)達的城市地區(qū)，通信基礎設施建設相對比較完善與先進，天地空融合通信功能的實現(xiàn)比較容易，但是，一旦在通信基礎設施不夠完善的偏僻、落后區(qū)域開展救援作業(yè)時，往往會因為通信功能受限而無法很好地使用天地空融合通信系統(tǒng)，影響了通信的能力和效果，最終影響消防救援的效率。因此，在實際的天地空融合通信系統(tǒng)構建中，要通過進一步建立以衛(wèi)星便攜站、衛(wèi)星平板為傳輸鏈路的，吸收無人機、無線DV音視頻采集終端的通信系統(tǒng)，來彌補通信基礎設施有限條件下的可視化信息傳輸需要，真正提升消防應急通信的能力和效果。

4 結束語

構建天地空融合通信，是解決當前復雜環(huán)境下尤其是公網(wǎng)癱瘓情況下應急救援作業(yè)開展中通信問題的有效策略。并且隨著近年來衛(wèi)星通信、5G等通信技術的發(fā)展和應用，構建天地空融合通信系統(tǒng)已經(jīng)具備了相應的技術可行性。在這樣的情況下，有必要結合消防應急救援作業(yè)的通信需求，設計和構建相應的天地空融合通信系統(tǒng)，通過立體、多層面的通信系統(tǒng)實現(xiàn)實時、便捷、高清的應急通信功能。