衛(wèi)星通信技術(shù)在消防救援中的應(yīng)用研究

李朋朋

（山西省運(yùn)城市消防救援支隊(duì)，山西 運(yùn)城 044000）

0 引言

傳統(tǒng)技術(shù)背景下，消防通信手段包含集群通信、短波通信、公網(wǎng)無線通信、超短波通信幾種方式，但這些通信方式容易受到環(huán)境影響因素的干擾，不僅信號不穩(wěn)定，而且無法滿足當(dāng)前遠(yuǎn)距離通信需求。因此，衛(wèi)星通信開始被用于消防救援中。由于衛(wèi)星通信功能豐富，技術(shù)在應(yīng)用中可以滿足滅火現(xiàn)場與指揮中心的視頻與語音通信需求，可完成數(shù)據(jù)和圖像的高速傳輸，為雙方信息傳輸提供保障，盡可能地降低火災(zāi)帶來的損失。

1 衛(wèi)星通信技術(shù)與消防衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信主要以人造衛(wèi)星作為中轉(zhuǎn)站向接收端轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，確保所有信息源都能在地球和衛(wèi)星之間順利傳輸。與過去的通信技術(shù)比較，衛(wèi)星通信的信號中轉(zhuǎn)站沒有在地球上建設(shè)，而是在地球之外搭建，因此不會受山脈或高原等地形地勢的阻擋，可以保證地球內(nèi)的通信不被地理空間限制。不僅如此，人造衛(wèi)星具有較大的輻射范圍和通信范圍，可以較好地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，信號能夠在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)，信息傳輸效率極高[1]?，F(xiàn)如今衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展日益成熟，國內(nèi)也建立起了消防衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，旨在依靠衛(wèi)星通信解決消防救援難題。消防衛(wèi)星通信包含衛(wèi)星移動站與地面站兩部分，通過衛(wèi)星建立連接。在整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)中，地面站將地面系統(tǒng)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)相連，使衛(wèi)星頻率資源被統(tǒng)一調(diào)配，以便對全網(wǎng)設(shè)備集中控制。衛(wèi)星移動站依靠射頻系統(tǒng)和跟蹤系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)等為地面站的通信提供技術(shù)支持[2]。

2 衛(wèi)星通信技術(shù)的特點(diǎn)

衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢大致體現(xiàn)為以下 兩點(diǎn)：

（1）衛(wèi)星通信的覆蓋范圍廣，支持遠(yuǎn)距離傳輸，在地理位置方面具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢，不管通信雙方之間的距離有多遠(yuǎn)，只要是在信號覆蓋范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)通信[3]。

（2）消防救援過程中利用衛(wèi)星通信技術(shù)，以短波通信與超短波通信為主要形式。在消防救援指揮期間，受距離因素的影響，傳統(tǒng)的通信技術(shù)面臨通信傳輸不穩(wěn)定的問題，而衛(wèi)星通信技術(shù)則不會，可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采取相應(yīng)的解決措施，從而完善消防通信體系，為接下來消防救援任務(wù)的開展奠定基礎(chǔ)。

3 衛(wèi)星通信技術(shù)在消防救援中的應(yīng)用

3.1 語音業(yè)務(wù)應(yīng)用

語音業(yè)務(wù)是消防救援的基礎(chǔ)性業(yè)務(wù)，救援期間各方人員的對話必須保證穩(wěn)定。語音業(yè)務(wù)實(shí)施時(shí)應(yīng)做好相應(yīng)準(zhǔn)備工作，救援人員和指揮人員之間建立語音溝通橋梁，及時(shí)和指揮中心保持聯(lián)絡(luò)[4]。由于事故地點(diǎn)存在不可預(yù)測性，且部分事故發(fā)生地點(diǎn)較偏遠(yuǎn)，通信質(zhì)量較差，這會對消防救援工作的開展產(chǎn)生不利影響。因此，可以應(yīng)用衛(wèi)星通信技術(shù)將無線語音通信和消防救援連接起來，采用這種信息交互的方式保證救援過程中語音交流的流暢性。不僅如此，衛(wèi)星通信技術(shù)還能支持各種移動衛(wèi)星站電話的溝通交流。將衛(wèi)星通信技術(shù)用于消防救援，不僅打破了技術(shù)在時(shí)間和空間上的限制，也在一定程度上提升了救援效率。語音信號接入后，所有類型的信號將被統(tǒng)一整合在一起，達(dá)到移動語音通信實(shí)時(shí)交流的目的[5]。

3.2 視頻業(yè)務(wù)應(yīng)用

和單純的語音業(yè)務(wù)相比，視頻業(yè)務(wù)可以用于現(xiàn)場指揮環(huán)節(jié)，衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在視頻連接會議中。人們依據(jù)視頻內(nèi)容可以準(zhǔn)確地了解事故現(xiàn)場的實(shí)際情況，以便及時(shí)完成救援信息上報(bào)，便于指揮人員對現(xiàn)場做出正確決策[6]。在接收視頻時(shí)，應(yīng)保證視頻信息的清晰度，防止指揮人員看到模糊不清的視頻內(nèi)容從而影響指揮判斷，避免消防救援工作出現(xiàn)延誤。一般情況下，公用網(wǎng)絡(luò)在開放的狀態(tài)下，視頻支持4G、5G傳輸，同時(shí)采用動態(tài)化的方式采集圖像信息，建議采用衛(wèi)星通信中的視頻業(yè)務(wù)，憑借衛(wèi)星的高帶寬技術(shù)優(yōu)勢，保證現(xiàn)場上傳的視頻畫面清晰[7]。

3.3 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用

在消防救援任務(wù)中，數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的實(shí)踐應(yīng)用具體體現(xiàn)為地理信息數(shù)據(jù)和文件傳輸數(shù)據(jù)通信兩方面。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用使地理信息數(shù)據(jù)成為救援工作開展的重要參考依據(jù)，它能夠?qū)Φ乩硇畔?shù)據(jù)進(jìn)行高效整合，使指揮人員可以對事故現(xiàn)場有全面的了解，從而制定出針對性的救援方案。救援期間，所有文字圖片、音頻視頻資料可以實(shí)時(shí)傳輸，這是衛(wèi)星通信技術(shù)在消防救援的一大應(yīng)用優(yōu)勢[8]。

3.4 移動式救援

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的構(gòu)成中，消防應(yīng)急通信指揮車實(shí)質(zhì)上是一個(gè)地面站。在最短時(shí)間內(nèi)，在事故現(xiàn)場周圍搭建移動指揮站，可以有效提高對火災(zāi)事故的處理效果。應(yīng)用衛(wèi)星通信技術(shù)后，指揮中心內(nèi)的工作人員能夠全方位控制衛(wèi)星指揮車，使用衛(wèi)星信道做出科學(xué)指揮，實(shí)現(xiàn)指揮中心和消防中心的高效溝通，及時(shí)接收來自對方的指令，并快速發(fā)送指揮車實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)[9]。

以火災(zāi)事故為例，要保證火災(zāi)現(xiàn)場控制工作的有效性，應(yīng)用衛(wèi)星通信技術(shù)時(shí)，應(yīng)及時(shí)掌握火災(zāi)現(xiàn)場所有情況，使用衛(wèi)星通信指揮車拍攝火災(zāi)現(xiàn)場照片，并將視頻和錄音傳送到指揮部門[10]。衛(wèi)星指揮車采集到的火災(zāi)信息經(jīng)過調(diào)制解碼、封裝加密處理后，包含視頻與音頻的信息，采用交互傳輸?shù)姆绞?，?shí)現(xiàn)地球站與空間站之間的信息高效傳輸，完成衛(wèi)星通信過程。消防人員在火災(zāi)救援期間采集到的數(shù)據(jù)信息也會被自動傳送到指揮中心，指揮人員以此作為判斷依據(jù)，掌握火勢大小和火災(zāi)危害程度，分析火源大概位置，找出火災(zāi)的產(chǎn)生原因，從而更加科學(xué)地把控火情，合理調(diào)配消防力量，保證消防救援工作的人性化，防止救援資源的不合理消耗，盡可能地將火災(zāi)危害降到最低。消防衛(wèi)星車主要用于前方事故現(xiàn)場，便捷站用于后方指揮中心，以此實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與交流，確?，F(xiàn)場救援秩序[11]。

4 消防救援衛(wèi)星通信“雙?！睉?yīng)用

4.1 消防救援專網(wǎng)應(yīng)用

現(xiàn)有的消防救援衛(wèi)星通信地球站多數(shù)只是單模的，只能接入消防救援局專網(wǎng)。公網(wǎng)接入可以為救援現(xiàn)場和無人機(jī)、其他平臺建立有效連接。在消防救援局內(nèi)建立衛(wèi)星通信系統(tǒng)主站，搭建衛(wèi)星通信專網(wǎng)，主站應(yīng)具有網(wǎng)管功能，可以對通信網(wǎng)遠(yuǎn)端站統(tǒng)一管理[12]。主站通過地面線路連接衛(wèi)星通信專網(wǎng)與指揮調(diào)度內(nèi)網(wǎng)，便攜站和車載站等遠(yuǎn)端站及時(shí)與消防救援中心站建立業(yè)務(wù)連接，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援現(xiàn)場與消防指揮調(diào)度內(nèi)網(wǎng)的相互連通。語音、視頻以及數(shù)據(jù)終端經(jīng)過衛(wèi)星鏈路接入圖像管理平臺和指揮平臺，再通過指揮平臺實(shí)現(xiàn)事故救援現(xiàn)場和救援中心間的視頻指揮。地球站配置調(diào)制解調(diào)器，消防支隊(duì)經(jīng)過衛(wèi)星鏈路與指揮調(diào)度網(wǎng)連接，完成現(xiàn)場和指揮中心的實(shí)時(shí)通信。

4.2 消防救援公網(wǎng)應(yīng)用

消防救援現(xiàn)場地球站在運(yùn)行期間配置公網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器，經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)與指揮調(diào)度網(wǎng)相連，類似于5G移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入方式。地球站與關(guān)口站確立衛(wèi)星鏈路，經(jīng)過關(guān)口站與互聯(lián)網(wǎng)連接，將地球站和數(shù)據(jù)傳輸裝置連接起來，為設(shè)備運(yùn)行提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。傳輸設(shè)備內(nèi)的數(shù)據(jù)先與互聯(lián)網(wǎng)圖像傳輸平臺連接，再使用安全隔離裝置進(jìn)入消防指揮調(diào)度內(nèi)網(wǎng)，經(jīng)過內(nèi)部與外部的現(xiàn)場圖傳平臺接入圖像綜合管理平臺。這種連接方式可以和無人機(jī)組合應(yīng)用，將事故現(xiàn)場采集到的音頻和視頻內(nèi)容及時(shí)回傳到指揮調(diào)度網(wǎng)中。

無論是專網(wǎng)還是公網(wǎng)，這兩種應(yīng)用模式在組網(wǎng)、接入方式等方面都具有不同的技術(shù)特點(diǎn)，比如專網(wǎng)應(yīng)用接入專用網(wǎng)絡(luò)，在應(yīng)用期間需建立主站與專網(wǎng)網(wǎng)管。而公網(wǎng)應(yīng)用不會受到該限制，但是為了與互聯(lián)網(wǎng)相連接，公網(wǎng)應(yīng)用需通過互聯(lián)網(wǎng)接入關(guān)口站。

4.3 雙模應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在消防管理局下達(dá)的消防救援任務(wù)中，專網(wǎng)應(yīng)用模式具有顯著優(yōu)勢。在消防支隊(duì)的日常訓(xùn)練中，推薦使用公網(wǎng)應(yīng)用模式。由此，推薦消防救援衛(wèi)星通信的雙模應(yīng)用。在衛(wèi)星通信地球站集成專網(wǎng)，安裝公網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器，利用合分路器構(gòu)建雙模應(yīng)用系統(tǒng)，從而滿足消防救援的多樣化需求。比如一輛用于消防救援現(xiàn)場的衛(wèi)星通信車，采用雙模應(yīng)用系統(tǒng)，可以有效提高通信車的工作效率，保證通信質(zhì)量。衛(wèi)星通信車應(yīng)用雙模系統(tǒng)后的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 消防通信車雙模應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)

消防通信車頂部安裝0.8 m動中通衛(wèi)星天線，配置40 W Ku波段功放與LNB，車外為共用部分。車內(nèi)機(jī)架安裝專網(wǎng)與公網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，設(shè)備射頻出入口應(yīng)用線纜連接到有源合分路器中，與車頂功放連接后，使專網(wǎng)與公網(wǎng)兩臺衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器能夠共用一套射頻系統(tǒng)。有源分路器包含合路器與分路器兩部分，其中合路器主要用在發(fā)射端，由2個(gè)輸入端口和1個(gè)輸出端口組成；輸入端口中一個(gè)與專網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器連接，另一個(gè)與公網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器連接，而合路器的輸出端口與功放連接。該裝置可以將公網(wǎng)和專網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器發(fā)出的射頻信號合成一路信號，將信號送到射頻器件內(nèi)，并對不同解調(diào)器進(jìn)行信號隔離，避免信號之間產(chǎn)生不必要的干擾。分路器主要用在接收端，共有1個(gè)輸入端口與2個(gè)輸出端口，輸出端口中一個(gè)與專網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器相連，另一個(gè)與公網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器相連，輸入端口負(fù)責(zé)接收LNB信號。

5 未來消防救援中衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用展望

未來人類將會從以下三方面探索衛(wèi)星通信技術(shù)在消防救援過程中的有效應(yīng)用.

（1）減少技術(shù)傳輸時(shí)延，規(guī)避回聲效應(yīng)和信號視距傳播現(xiàn)象發(fā)生，以新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)推進(jìn)網(wǎng)絡(luò) 融合。

（2）實(shí)現(xiàn)消防救援過程中各部門通信互通與兼容，防止重復(fù)建設(shè)，節(jié)約資源，從而達(dá)到部門協(xié)調(diào)運(yùn)作，使衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用更加合理。

（3）對消防救援衛(wèi)星通信統(tǒng)一規(guī)劃，提升衛(wèi)星在任何情境下的抗干擾能力，完善網(wǎng)絡(luò)融合期間頻譜分配策略，發(fā)揮高效切換技術(shù)的作用，提升通信服務(wù)質(zhì)量，提高帶寬控制水平。

未來衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，將會面臨相應(yīng)技術(shù)人才緊缺的局面，消防部門編制與人才隊(duì)伍建設(shè)將會對消防救援效率與裝備操作體系產(chǎn)生影響。因此，有必要加強(qiáng)對人才的培養(yǎng)力度，制定消防通信人才培養(yǎng)計(jì)劃，提升消防通信人才綜合素質(zhì)，引入先進(jìn)的技術(shù)方法提升消防通信水平。

6 結(jié)語

人們在日常生活中難免會遇到各類意外事故。為了降低事故給人們帶來的災(zāi)害損失，消防救援部門需要不斷提升救援能力。將衛(wèi)星通信技術(shù)用于消防救援通信中，利用語音業(yè)務(wù)將救援現(xiàn)場和無線通信系統(tǒng)相連，保持現(xiàn)場和指揮調(diào)度中心間語音通話暢通，借助視頻業(yè)務(wù)將現(xiàn)場實(shí)時(shí)影像資料和救援進(jìn)展傳輸?shù)街笓]臺，可以方便指揮臺做出及時(shí)響應(yīng)，編制救援計(jì)劃，保障救援工作科學(xué)開展。