無(wú)線通信技術(shù)在消防通信系統(tǒng)中的應(yīng)用發(fā)展

劉緯天

摘要：對(duì)比分析無(wú)線通信技術(shù)和傳統(tǒng)通信技術(shù)可知，前者融合了大量先進(jìn)科學(xué)技術(shù)理論，加快了人們溝通交流的速度，方便了人們的生活工作形式，現(xiàn)已得到了廣泛普及。尤其是在消防救援工作中，無(wú)線通信技術(shù)可以在構(gòu)建消防通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為救援人員提供精準(zhǔn)及時(shí)的信息，持續(xù)優(yōu)化救援現(xiàn)場(chǎng)工作效率?；诖?，在了解消防無(wú)線通信系統(tǒng)構(gòu)成和原理的基礎(chǔ)上，探討無(wú)線通信技術(shù)在消防救援工作中的合理應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信技術(shù)；消防救援；無(wú)線通信系統(tǒng)；無(wú)線同頻同波網(wǎng)

中圖分類號(hào)：D035.36? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-1227（2023）03-0040-03

無(wú)線通信是指由多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間不經(jīng)過(guò)導(dǎo)體或纜線傳播的遠(yuǎn)距離傳輸通信，其中包含了固定式、移動(dòng)式、便攜式等多種方法，最具代表性的產(chǎn)品有手機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等。而通信系統(tǒng)是指完成信息傳輸?shù)募夹g(shù)系統(tǒng)總稱，現(xiàn)代通信系統(tǒng)主要是借助電磁波在自由空間傳播信息，因此也被稱之為無(wú)線通信系統(tǒng)。從現(xiàn)代消防救援角度來(lái)看，無(wú)線通信系統(tǒng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在線路規(guī)劃、行動(dòng)指導(dǎo)、消息傳遞、確認(rèn)火情等方面，既可以幫助消防人員快速掌握現(xiàn)場(chǎng)的災(zāi)情信息，加快滅火速度，又可以通過(guò)隊(duì)友之間的溝通交流方便現(xiàn)場(chǎng)人員疏散，是目前消防滅火行動(dòng)中非常有力的技術(shù)方式。因此，本文主要研究無(wú)線通信技術(shù)在消防通信系統(tǒng)中的應(yīng)用方向和具體措施。

1 無(wú)線通信系統(tǒng)分析

1.1? 主要構(gòu)成

無(wú)線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包含三項(xiàng)內(nèi)容：第一是衛(wèi)星通信。通過(guò)在衛(wèi)星上安裝一定功率的轉(zhuǎn)發(fā)器，在科學(xué)處理地面輸送的聲音或信號(hào)后，向另一地點(diǎn)傳遞播放，以此保障兩地或多地之間有效通信?，F(xiàn)如今，衛(wèi)星通信已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到軍事、海洋、地質(zhì)、水文、搶險(xiǎn)救災(zāi)等多方面工作中，只需要擁有三顆同步通信衛(wèi)星就可以實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間任何地點(diǎn)利用地面站溝通交流，以此方便各項(xiàng)活動(dòng)的有序開(kāi)展。由于衛(wèi)星通信不會(huì)受氣候變化、自然條件等因素限制，因此在處理復(fù)雜的消防事故時(shí)，能方便工作人員更快掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，加快實(shí)踐救援工作的效率。第二是集群通信。利用動(dòng)態(tài)信道指配的方式，實(shí)現(xiàn)多用戶共享多信道的無(wú)線電移動(dòng)通信系統(tǒng)，被稱之為集群通信系統(tǒng)。其中整體設(shè)計(jì)包含了中心控制站、基站、終端設(shè)備等內(nèi)容，具備虛擬專用網(wǎng)、調(diào)度、優(yōu)先呼叫等多項(xiàng)功能，是目前科研探討的高級(jí)移動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)，擁有功能多樣和信息保密等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在消防救援活動(dòng)中應(yīng)用可以提供有效幫助。第三是移動(dòng)通信。其作為移動(dòng)用戶和固定用戶之間的通信方式，通信雙方或一方將會(huì)處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，目前可以在海洋、陸地、天空這三者之間進(jìn)行有效通信[1]。與衛(wèi)星通信、集群通信相比，移動(dòng)通信可以在移動(dòng)狀態(tài)下便利交換信息，真正實(shí)現(xiàn)消防工作的實(shí)時(shí)溝通交流，對(duì)消防救援和行動(dòng)指導(dǎo)具有重要意義。外界指揮人員可以實(shí)時(shí)幫助消防人員滅火救援，不會(huì)因?yàn)橄⒀舆t錯(cuò)過(guò)最佳的救援時(shí)機(jī)。

1.2? 基本原理

無(wú)線通信系統(tǒng)為了達(dá)到高速率傳輸目標(biāo)，在近幾年技術(shù)研發(fā)中提出利用多單元天線的架構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)也被稱之為多輸入多輸出系統(tǒng)（MIMO），能在不增加帶寬的條件下，成倍提升通信系統(tǒng)的容量和頻譜應(yīng)用效率，是新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)必須要掌握的關(guān)鍵技術(shù)。傳輸信息流在空時(shí)編碼構(gòu)成多個(gè)信息子流，這些子流將會(huì)由多個(gè)無(wú)線天線發(fā)射出去，在經(jīng)過(guò)空間信道之后，由多個(gè)接收天線獲取。多天線接收機(jī)會(huì)運(yùn)用先進(jìn)的空時(shí)編碼分開(kāi)處理這些數(shù)據(jù)子流，以此達(dá)到最佳的處理效果[2]。其中，空時(shí)編碼技術(shù)會(huì)運(yùn)用多天線陣提供的并行信道傳輸信息，能在保障系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，提升信息傳輸?shù)乃俣取?/p>

根據(jù)如圖1所示的系統(tǒng)架構(gòu)圖分析，利用列矩陣X代表每個(gè)符號(hào)周期內(nèi)包含的發(fā)射信號(hào)，其中第i個(gè)元素Xi代表第i根天線發(fā)射的信號(hào)：

發(fā)射信號(hào)的協(xié)方差矩陣計(jì)算公式如下所示：

在上述公式中，E{.｝代表平均數(shù)值，xH代表矩陣x的厄米特轉(zhuǎn)制矩陣，也就是x的復(fù)共軛轉(zhuǎn)制矩陣。其中，總體發(fā)射功率的性質(zhì)是R，具體公式如下所示：

在上述公式中，tr（R）代表矩陣R的軌跡，可以根據(jù)R的對(duì)角元素進(jìn)行求和分析。結(jié)合奇異值分解理論研究，所有矩陣H都可以表示為：

D的對(duì)角元素代表H矩陣的特征數(shù)值的恢復(fù)平方根，相應(yīng)的定義公式如下所示：

其中，HHH特征數(shù)值的非負(fù)平方根也被看作是H的奇異值，λy的列矢量代表HHH的特征矢量，整合研究上述公式可知，接收矢量R如下所示：

在引入之后可以得到如下變換公式：

根據(jù)如下述公式所示的矩陣關(guān)系圖分析可知，三者的協(xié)方差矩陣具有相同的對(duì)角元素和與功率，但原始信號(hào)和該信號(hào)并不一致：

在上述公式中，U和V分別代表兩大矩陣，在滿足上述條件的情況下，可以準(zhǔn)確計(jì)算各自性質(zhì)，兩者的列分別稱為輸入和輸出的奇異矢量。

根據(jù)本文研究提出的等價(jià)MIMO信道模型分析，信道經(jīng)過(guò)了去O處理，因此實(shí)際容量可以直接計(jì)算到一起。假設(shè)在這一信道模型中，結(jié)合香農(nóng)公式估算總體性到容量，具體公式如下所示：

在上述公式中，W代表子信道的帶寬， Pri代表第i個(gè)子信道中獲取的信號(hào)功率，σ2代表噪聲的方差，具體計(jì)算公式如下所示：

在上述公式中，代表信道矩陣H的奇異數(shù)值，λi代表信道H的第i個(gè)奇異數(shù)值，nT代表接收天線，由此可以得到信道容量的計(jì)算公式如下所示：

2 消防通信系統(tǒng)中的無(wú)線通信技術(shù)分析

2.1? 無(wú)線同頻同波網(wǎng)

這種網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前城市消防系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用最常見(jiàn)的內(nèi)容之一，在實(shí)踐工作中具有組網(wǎng)靈活、成本較低、操作便捷等優(yōu)勢(shì)。從消防救援角度來(lái)看，無(wú)線同頻同波網(wǎng)要在相關(guān)區(qū)域內(nèi)安裝同頻中轉(zhuǎn)站，以此擴(kuò)大無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積，并構(gòu)建相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。比如，同波技術(shù)和語(yǔ)言推遲技術(shù)等可以保障現(xiàn)場(chǎng)指揮中心擁有充足的時(shí)間了解和判斷現(xiàn)場(chǎng)狀況，而救援人員可以根據(jù)指揮中心提出的方案進(jìn)行有效操作。為了達(dá)到這一工作效果，要建立與之相關(guān)的操作界面，以此方便工作人員靈活管理和有效通信[3]。

2.2? 集群通信技術(shù)

在新時(shí)代背景下，城市消防通信管理既要處理現(xiàn)場(chǎng)獲取的語(yǔ)音信息，又要全面掌握現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，從而方便指揮中心提出具有針對(duì)性的解決方案。為了保障音頻和視頻等信息反饋具有及時(shí)性，實(shí)踐工作要利用集群通信系統(tǒng)和通信技術(shù)，傳輸接收?qǐng)D形、文字、視頻等信息，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，還要基于無(wú)線數(shù)字的集群通信技術(shù)讓不同終端設(shè)備傳輸信息，以此提升城市消防工作的效率，保障現(xiàn)場(chǎng)救援的安全質(zhì)量。

2.3? VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)

這項(xiàng)技術(shù)作為新時(shí)代下城市消防通信系統(tǒng)建設(shè)推廣的重要內(nèi)容，會(huì)根據(jù)大小口徑的天線中小型地球站和大站進(jìn)行有效協(xié)調(diào)，以此構(gòu)建衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。在系統(tǒng)構(gòu)成中，應(yīng)用設(shè)備比較簡(jiǎn)單，實(shí)踐操作體積較小，方便工作人員隨時(shí)隨地?cái)y帶，信號(hào)的覆蓋范圍較廣，符合不同地區(qū)城市消防救援需求，因此是目前科研學(xué)者實(shí)證探究的核心內(nèi)容[4]。利用VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以對(duì)消防現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面監(jiān)控，幫助救援人員進(jìn)行有效的救援指揮工作，確?，F(xiàn)場(chǎng)指揮中心的信息通信具有實(shí)時(shí)性。

3 無(wú)線通信技術(shù)在消防救援中的應(yīng)用

3.1? 基于監(jiān)控設(shè)備了解現(xiàn)場(chǎng)情況

在城市建筑或公共環(huán)境出現(xiàn)火災(zāi)事故時(shí)，因?yàn)樗巿?chǎng)地和發(fā)生火災(zāi)的原因存在差異，所以對(duì)消防救援行動(dòng)也有不同要求。在無(wú)線通信技術(shù)全面推廣中，消防部門(mén)在接到群眾救援電話之后，可以直接利用無(wú)線通信系統(tǒng)調(diào)取現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控視頻，大致了解火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，以此準(zhǔn)確判斷派遣車(chē)輛類型和數(shù)量，選擇適合的救援滅火設(shè)備，并提出具有針對(duì)性的救援方案。整合運(yùn)用無(wú)線通信技術(shù)，對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面監(jiān)控，有助于救援人員在快速了解起火原因后，提出具有針對(duì)性的出境應(yīng)對(duì)方案，避免因?yàn)闇?zhǔn)備不充分而延誤救援工作。

3.2? 基于通信技術(shù)連接現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)

因?yàn)橄谰仍顒?dòng)具有多變性和及時(shí)性的特征，所以救援人員在進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)之后，必須要全面掌控火災(zāi)，將火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)和指揮中心的信號(hào)連接到一起，確保救援人員和指揮中心可以無(wú)阻礙溝通交流。其中最具代表性的通信技術(shù)就是無(wú)線同頻同波網(wǎng)，實(shí)際組網(wǎng)設(shè)計(jì)非常靈活，能讓不同信息相互傳輸應(yīng)用，便于指揮中心統(tǒng)一調(diào)度管理。同時(shí)，災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)的狀況時(shí)刻發(fā)生變化，為了在短時(shí)間內(nèi)控制災(zāi)情和救助被困人員，救援人員必須要實(shí)時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)信息，并將其傳遞給指揮中心，方便指揮中心的工作人員制定有效預(yù)案，以此保障現(xiàn)場(chǎng)救援工作有序進(jìn)行。同時(shí)，在開(kāi)展滅火救援行動(dòng)之后，指揮中心可以將建筑物或設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖提供給救援人員，方便他們?cè)诳焖倭私猬F(xiàn)場(chǎng)情況的同時(shí)，提升滅火和救援的速度。

3.3? 基于衛(wèi)星定位實(shí)時(shí)勘測(cè)路況

在進(jìn)行消防救援工作時(shí)，需要盡快到達(dá)事故地點(diǎn)，全面掌控災(zāi)情變化，有序救助現(xiàn)場(chǎng)群眾，而運(yùn)用衛(wèi)星定位技術(shù)能夠縮短到達(dá)時(shí)間，實(shí)時(shí)掌握災(zāi)情。由于我國(guó)城市居民數(shù)量較多，道路擁堵現(xiàn)象頻繁，因此消防車(chē)很難快速通過(guò)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)[5]。在這一背景下，將救援行動(dòng)和定位系統(tǒng)整合到一起，利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)科學(xué)規(guī)劃消防車(chē)的有效路徑，實(shí)時(shí)觀察道路交通信息，既可以讓消防車(chē)提前避開(kāi)擁堵通道，又能保障救援人員預(yù)先了解現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情變化。如果所有道路都存在擁堵現(xiàn)象，那么依舊可以整合運(yùn)用交通信息系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，在提前規(guī)劃好出行路線之后，交給交通管理部門(mén)為消防車(chē)疏導(dǎo)車(chē)輛，以此方便開(kāi)展救援工作。

4 未來(lái)消防通信系統(tǒng)及無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)今，隨著無(wú)線通信技術(shù)在城市消防通信中的應(yīng)用效果越發(fā)顯著，消防救援人員對(duì)無(wú)線通信技術(shù)的關(guān)注度越來(lái)越高，促使消防領(lǐng)域逐漸加強(qiáng)了有關(guān)無(wú)線通信技術(shù)的研究管理力度，在未來(lái)發(fā)展中主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，在消防領(lǐng)域中制定技術(shù)方案。由于消防方案制定具有較高的速度要求，且多數(shù)情況是在應(yīng)急條件下應(yīng)用，為此整合運(yùn)用無(wú)線通信技術(shù)，既能快速制定消防方案，又能保障其在實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)揮作用[6]。比如說(shuō)消防通信系統(tǒng)中，基于無(wú)線通信技術(shù)制定應(yīng)急疏散方案、模擬火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)一指揮過(guò)程、提前整合處理消防領(lǐng)域的各項(xiàng)資源等，有助于消防救援人員盡快掌握消防演練過(guò)程和救援通信要求，確保他們?cè)趯?shí)踐發(fā)展中盡快融入到工作中。第二，在消防領(lǐng)域中實(shí)施有效演練。在當(dāng)前社會(huì)建設(shè)發(fā)展中，消防演練能幫助人們有效防范災(zāi)情，因此不管是學(xué)校還是企事業(yè)單位，每隔一定時(shí)間就要進(jìn)行規(guī)范的消防演練的活動(dòng)[7]。在這一過(guò)程中，整合運(yùn)用無(wú)線通信技術(shù)，有助于社會(huì)居民盡快掌握火災(zāi)應(yīng)急措施、自救方法、常見(jiàn)問(wèn)題等，相比傳統(tǒng)意義上的消防技術(shù)，能有效提升現(xiàn)場(chǎng)秩序維護(hù)水平，快速疏散和搶救現(xiàn)場(chǎng)人員，自主建設(shè)滅火救援指揮體系，向救援人員提供有價(jià)值的信息數(shù)據(jù)。第三，在消防領(lǐng)域中，探討全新內(nèi)容。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，各類新型建筑和基礎(chǔ)設(shè)施逐漸出現(xiàn)在人們的生活和工作中，為了保障消防系統(tǒng)有序發(fā)展，必須要對(duì)這些新產(chǎn)品進(jìn)行全面研究[8]。與此同時(shí)，利用無(wú)線通信技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮救援，確定現(xiàn)場(chǎng)消防救援人員的基本職責(zé)和主要工作，科學(xué)調(diào)整滅火應(yīng)急救援的設(shè)計(jì)方案，有效維護(hù)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境秩序，從基礎(chǔ)上保障城市居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，避免其受到人為因素和自然因素影響。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在消防通信系統(tǒng)中應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)，能在解決傳統(tǒng)通信問(wèn)題的基礎(chǔ)上，持續(xù)提升消防通信系統(tǒng)的工作效率，保障信息傳遞應(yīng)用的安全質(zhì)量。隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線通信技術(shù)開(kāi)始向著智能化和數(shù)字化的方向革新，將其融入消防通信系統(tǒng)中，可以在促進(jìn)信息交互的同時(shí)，保障通信工作的穩(wěn)定性和及時(shí)性。因此消防部門(mén)在專業(yè)人才培訓(xùn)開(kāi)展中不僅要增加無(wú)線通信技術(shù)理論培訓(xùn)工作，還要根據(jù)實(shí)際情況制定多樣化的培訓(xùn)活動(dòng)，鼓勵(lì)支持消防工作人員學(xué)習(xí)和應(yīng)用，以此提高消防救援人員的綜合素養(yǎng)，優(yōu)化原本城市消防救援的模式。

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The development of wireless communication technology in the application of firefighting communication system

Liu Weitian

（Inner Mongolia Chifeng Fire and Rescue Brigade，Inner Mongolia Chifeng 024000）

Abstract：Comparative analysis of wireless communication technology and traditional communication technology shows that the former incorporates a large number of advanced scientific and technological theories， accelerates the speed of people's communication and facilitates the form of people's life and work， and has now been widely popularized. Especially in the fire rescue work， wireless communication technology can provide accurate and timely information for rescuers on the basis of building a firefighting communication system and continuously optimizing the efficiency of the rescue scene. Based on this， the reasonable application of wireless communication technology in fire rescue work is discussed on the basis of understanding the composition and principle of firefighting wireless communication system.

Keywords：wireless communication technology; fire rescue; wireless communication system; wireless co-frequency and wave network