消防通信系統(tǒng)中無線通信技術的應用研究

劉華賓，文 艷

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

無線電波、電磁波作為特殊的信息載體，具有可復用性、穩(wěn)定性等多種特征。在無線通信網(wǎng)絡中，兩端主機元件之間距離須處在網(wǎng)絡所允許的通信范圍內(nèi)，且隨著網(wǎng)絡覆蓋面積的增大以及傳輸需求的增加，遠距離節(jié)點與節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸行為也會變得越來越頻繁。從功能性角度來看，雖然所有無線通信節(jié)點都屬于暫時性連接節(jié)點，但是節(jié)點與節(jié)點之間的連接關系卻可以長期保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。將無線通信用于消防通信系統(tǒng)，既能夠確保現(xiàn)場情況被實時反饋給指揮中心，又可以保證指揮中心所下達命令被準確傳遞到火災現(xiàn)場，對提高救援成功率具有重大意義[1]。

1 基本原理

目前，無線通信系統(tǒng)在技術研發(fā)中為達到高速率傳輸信息的目標，提出構建多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）系統(tǒng)結構。該結構能夠在不增加帶寬的條件下，成倍提升通信系統(tǒng)的容量和頻譜應用效率，是新一代移動通信系統(tǒng)必須掌握的關鍵技術。傳輸信息流經(jīng)過空時編碼后可以形成多個信息子流，并由多個無線天線發(fā)射出去，經(jīng)過空間信道后，再由多個接收天線獲取。多天線接收機運用先進的空時編碼技術分別處理這些數(shù)據(jù)子流，以達到最佳的處理效果。

2 消防通信系統(tǒng)中無線通信技術的應用

2.1 衛(wèi)星通信

消防通信系統(tǒng)中，主要用到衛(wèi)星通信的以下2個部分。

（1）甚小天線地球站（Very Small Aperture Terminal，VSAT）。VSAT 通信網(wǎng)由小型地球站、主站共同構成，具有質(zhì)量輕、構成簡單以及體積小的特點，同時覆蓋范圍極大，可滿足實時監(jiān)控消防現(xiàn)場的需求，增強消防指揮的針對性和有效性。VSAT 通信網(wǎng)可被拆分成轉發(fā)器、主站以及小站等部分，由主站、小站構成拓撲結構，與消防通信系統(tǒng)契合度極高。其中，主站搭載的天線口徑較大，具有發(fā)射功率高、接收天線增益/天線噪聲溫度值較大的特征；小站搭載小口徑天線，可經(jīng)由轉發(fā)器與主站相連，確保指揮中心能夠時刻與現(xiàn)場保持通信，為消防工作有序開展提供先決條件。

（2）動中通。動中通系統(tǒng)結構如圖1 所示。該系統(tǒng)主要分為3 個部分，分別是管理子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)以及收發(fā)信號的子系統(tǒng)。將該項技術用于消防通信，可降低由通信載體運動或位置改變給信號強度帶來的影響，避免出現(xiàn)信號中斷等情況。此外，該技術具有能夠適配不同通信模式、可靠安全地傳輸信號以及覆蓋范圍廣的優(yōu)點，即使在信息化程度較低的山區(qū)或農(nóng)村，工作人員仍然可以借助該系統(tǒng)確定衛(wèi)星方位，從而建立起更加完整且科學的傳輸網(wǎng)絡，徹底打破時空給消防通信帶來的制約，使視頻會議、遠程指揮等設想成為現(xiàn)實[2]。

圖1 動中通結構

2.2 無線網(wǎng)格網(wǎng)絡的建筑物內(nèi)消防應急通信組網(wǎng)技術

以無線網(wǎng)格網(wǎng)絡推動建筑物內(nèi)消防應急通信組網(wǎng)技術改革，需要建立細致的組網(wǎng)建設架構，并按照既定計劃搭建技術平臺。組網(wǎng)建設階段，應對路由器與無線接入點進行多對一連接，從而擴大信號覆蓋范圍。連接完成后，需要在客戶端與路由器端建立連接關系，進而在多重連接操作下，促使多方網(wǎng)絡主體共同組建網(wǎng)格結構，即無線柵格狀結構。此外，完成連接后，需要智能化改造無線接入點，使其具備自動化連接與網(wǎng)絡延展功能。在網(wǎng)絡服務區(qū)域內(nèi)連接網(wǎng)絡設備，可自動化識別網(wǎng)絡接入點，確保在發(fā)生火災時，能快速實現(xiàn)網(wǎng)絡通暢。為提高通信效果，還可以采用分布式路由器，在該路由器輔助下削弱通信網(wǎng)絡服務中的信號干擾。組網(wǎng)建設架構設計期間，除按照上述內(nèi)容細化處理網(wǎng)絡結構之外，還要注重網(wǎng)絡連接的靈活性。

組網(wǎng)技術的應用對象可以分為2 類，即終端用戶和基礎設施。其中：終端用戶可以實現(xiàn)網(wǎng)絡接入點的有效連接，由于網(wǎng)絡架構內(nèi)分布的網(wǎng)絡節(jié)點具有可調(diào)節(jié)性，該網(wǎng)絡結構能夠不受時間因素的影響自由使用通信網(wǎng)絡，通信速率與其他網(wǎng)絡通信結構相比，得到適當提升，但是需注意該結構下容易出現(xiàn)局部不覆蓋狀況；基礎設施可以實現(xiàn)網(wǎng)絡接入點與移動端連接路徑的自由選擇，因此連接渠道更加多樣，可以避免在通信中出現(xiàn)信息異常傳遞的問題[3]。

2.3 計算機技術應用

2.3.1 火警受理

隨著現(xiàn)代化城市建設任務的全面推進，為促進消防工作的順利開展，要重新審視傳統(tǒng)消防通信業(yè)務模式中存在的現(xiàn)實問題，找到計算機技術與消防通信系統(tǒng)的完美融合點，構建功能完善的消防指揮系統(tǒng)。在計算機技術的支持下，可以進一步實現(xiàn)智能化處理火災警情，系統(tǒng)能夠自動完成信息分析與調(diào)派工作，并根據(jù)火災現(xiàn)場的具體情況有序開展滅火救援工作。

處理分散接警任務時，信息技術能夠根據(jù)警情信息火災現(xiàn)場進行合理化的區(qū)域劃分。接到119 報警電話后，計算機系統(tǒng)可以同步啟用交換設備，將其轉接到火災險情所屬區(qū)域內(nèi)，有效避免出現(xiàn)跨區(qū)域報警情況，大幅度提高火災險情的處理效率。目前，直轄市通常采用集中接警方式。該接警方式下，接警中心可以集中管理警力，在出現(xiàn)火災險情后的第一時間集中調(diào)動警力，并根據(jù)火災險情的具體情況與嚴重等級合理確定資源調(diào)動方案，保證高效落實防災救災任務。集中接警與分散接警相結合的方式，更適用于一線城市與超一線城市。在城市中設立一個總的警情受理中心，主要負責集中管理與統(tǒng)一調(diào)度，同時在各個區(qū)域內(nèi)設立多個警情受理部門，合理分散接警壓力，保證消防調(diào)度指揮工作的靈活性和消防救援工作的正常開展[4]。

2.3.2 智能樓宇通信

目前，現(xiàn)代建筑體系呈現(xiàn)出高度智能化的特點，涉及較多的計算機通信系統(tǒng)元素。如果能夠?qū)⒅悄軜怯钔ㄐ畔到y(tǒng)與區(qū)域內(nèi)的消防聯(lián)動中心相結合，那么勢必能夠大幅提高消防通信效率。智能樓宇通信系統(tǒng)的主要功能包括視頻監(jiān)控、語音呼叫、紅外線探測以及緊急報警等，將該功能與消防系統(tǒng)高效融合，能夠在發(fā)生火災險情時有效縮短出警時間，提升救援成功率。例如，智能樓宇通信系統(tǒng)中的高清攝像頭可以實時記錄火災現(xiàn)場的具體情況，并遠程傳輸至消防控制中心，工作人員可根據(jù)現(xiàn)場回傳畫面對火災險情做出準確分析，并同步完成火災監(jiān)測，全面縮短火災原因的排查時間；系統(tǒng)中的紅外探測儀器可以實時記錄建筑的具體情況，準確判斷火災現(xiàn)場是否存在活體生命，并將探測結果反饋到消防指揮中心，幫助消防隊員在最短時間內(nèi)到達救援現(xiàn)場。

2.3.3 GIS 技術的應用

（1）滅火救援處置方案的制定。消防部門在接到火災警情和出警指令后，應當由消防指揮中心在消防隊伍出動的同時，立即制定滅火救援處置方案，從而確保滅火救援行動順利進行，避免出現(xiàn)不必要的人員傷亡，將火災事故造成的破壞和損失降至最低。地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術能夠為消防通信指揮系統(tǒng)提供大量真實、有效的地理信息資源，消防指揮中心可以登錄地理信息資源庫，利用三維圖形實時觀察火災發(fā)生區(qū)域的現(xiàn)場情況，了解火災事故的具體位置、蔓延方向、蔓延速度、火災現(xiàn)場周圍的消防裝置設施配備情況和位置、火災現(xiàn)場周圍建筑物以及人口分布情況。消防指揮中心收集和分析這些數(shù)據(jù)信息資料后，便可以正確判斷火災情況。GIS 技術可以輔助消防指揮中心繪制火災現(xiàn)場的電子地圖，全部消防車輛、消防指戰(zhàn)員的具體位置都可以在電子地圖上呈現(xiàn)出來，然后根據(jù)火災實際情況，制定相應的滅火救援處置行動方案，根據(jù)道路實時情況，為消防車輛制定用時最短的行車路線，避免消防車輛在途中遭遇堵車，防止由于此類因素錯過最佳的滅火救援時機。

（2）消防通信指揮的信息化服務。目前，智慧消防是消防事業(yè)的發(fā)展重心，尤其是在推動消防隊伍專業(yè)化、職業(yè)化的發(fā)展過程中，更需要增強消防通信指揮系統(tǒng)的信息化、智能化水平。將GIS 技術應用在消防通信指揮領域，能夠顯著提升消防通信指揮系統(tǒng)的自動化、信息化以及智能化水平，尤其是在火災位置確認、火災情況監(jiān)控、火災現(xiàn)場環(huán)境調(diào)查分析、消防車輛行進路線確定以及滅火救援行動方案制定等方面。GIS 技術提供的信息化服務不僅能夠提升消防指揮中心與各個消防單元之間的信息傳遞質(zhì)量與能力，而且可以讓消防指揮中心獲取更加準確、全面的火情信息，進而在滅火救援行動中通過精準計算與精準分析，幫助消防指揮中心科學判斷火情[5]。

2.4 消防安全評估

消防安全評估是對消防安全管理、消防安全疏散、消防設施等方面進行的一項重要評價和估量。通過對檢查結果的定量計算，能夠?qū)Ρ槐O(jiān)管單位的消防安全管理程度有一個全面的了解，能夠評價現(xiàn)行的安全管理措施是否符合有關標準、規(guī)范的要求，從而為科學、合理地制定出正確的預防和補救措施奠定基礎。在展開消防安全評估時，以火災高危單位消防安全評估準則、火災高危單位消防安全評估規(guī)程、建筑防火設計規(guī)范等法規(guī)標準為依據(jù)，確定對火災隱患直接判定項（A 項）、關鍵項（B 項）和一般項（C 項）的檢查表，并將檢查結果定性為合格、部分不合格、完全不合格。評價水平結構如表1 所示。

表1 消防安全評估等級

3 結 論

為了切實提高消防通信指揮系統(tǒng)的科學性、智慧化水平，增強火災事故中消防隊伍的通信指揮能力，要將無線通信技術充分應用到消防救援事業(yè)領域，結合無線通信技術的優(yōu)勢特點，突出無線通信技術在消防通信指揮系統(tǒng)中的功能價值，確保無線通信技術可以為地理信息的分析與確認、火災現(xiàn)場區(qū)域數(shù)據(jù)信息的完整呈現(xiàn)提供支持?？傊谙谰仍ぷ髦袘脽o線通信技術是社會發(fā)展的必然趨勢，不僅能夠提升救援工作效率，而且能轉變救援思路，使救人決策更加科學、合理。