簡述浮空器在公共安全工作中的應用

摘要：利用浮空器搭載通信設備建立高空通信系統，具有部署快速、使用靈活、覆蓋范圍廣等特點，提出了基于浮空器建立通信平臺的構想，及其在警務工作中的應用方向。

關鍵詞：浮空器;公共安全;應用;展望

一、前言

近年來，我國和周邊國家自然災害和安全事故頻繁發生，給人民群眾的生命和財產造成了巨大的損失，尤其是2008年汶川地震及2011年日本大地震，更是使震區變成了災區孤島，巨大的地震及震后次生災害使得災區的通信基礎設施破壞殆盡，使震區失去了與外界的一切聯系，給搶險救災工作帶來極大的困難。因此，如何在基礎設施遭到嚴重破壞的災區快速恢復通信能力，成為搶險救災部門亟待解決的問題。利用浮空器搭載通信設備建立高空通信系統，具有部署快速、使用靈活、覆蓋范圍廣等特點，相對于陸地通信系統在自然災害面前的脆弱性，浮空器通信平臺在突發自然災害時的應急通信能力優勢明顯

二、浮空器概述

當今，世界各國都正在開展浮空器在警務、軍事和國民經濟領域中的應用研究，其主要原因是浮空器有著其他飛行器無法比擬的優勢，這些特點決定了浮空器有著重要的使用價值。

1. 設計制造簡單，成本低

飛機是以高速和空氣動力學為基礎的，而浮空器則是建立在空氣靜力學和低速飛行基礎上。與高技術密集的飛機相比，浮空器在技術上更容易實現，因此，研發生產周期相應縮短，建造成本低。

2. 有效載荷大

浮空器具有較大的有效載荷，能根據實際需求搭載多種監控和通信設備，其有效載荷和重量結構尺寸受限制小，并且穩定性好，能為機載設備提供一個好的工作環境。

3. 滯空時間長，能耗低

由于浮空器是靠空氣靜升力升空的，理論上講，只要結構和材料強度允許，它僅依靠自身浮力就可以無限期的懸停在空中而無需消耗燃料和電力。

4. 安全性高

由于浮空器主要依靠氦氣等惰性氣體的浮力懸停在空中，因此安全系數較高，對于地面城市設施和人員不會構成危險。

5.起降場地簡單靈活，維護費用低

浮空器飛行主要方式是垂直起降，無需長的跑道，只要求系留柱和艇庫以及適當的飛艇回旋場地即可。在運行和維護方面，維修保養費用相對較低，能源消耗也很少。

此外，浮空器還具有飛行高度范圍大（從幾十米的超低空到幾萬米的平流層）、飛行平穩、噪聲小等優點。根據搭載重量的不同，浮空器型號及技術指標可作相應調整。

三、浮空器在警務工作中的應用

使用浮空器搭載通信設備建立空中警務通信平臺，一是可與地面無線通信網絡、視頻監控系統互聯互通，延伸地面通信系統的覆蓋范圍，有效提高警務實戰的通信保障能力;二是可以為治安事件、刑偵案件、反恐處突、警衛路線、消防火災等警務工作提供空中視頻監控，實現重大案件、突發事件任務區域內的“立體化”視頻監控;三是遇重大自然災害致使地面通信系統癱瘓時，可獨立工作，支撐搶險救災、維持社會秩序等警務工作指揮調度話音、視頻通信暢通。與地面無線電通信相比，浮空器平臺通信方式覆蓋面積大，不會受到地面建筑物對無線電波的干擾。與衛星通信相比，浮空器距離地面近，無線電波的往返距離短，電波損失小，傳播時間大為縮短。對地面終端所需功率的要求也小得多，有利于終端設備實現便攜、手持和小型化。

綜上所述，在城市警務工作方面，可以依托浮空器搭載通信設備建立空中通信平臺，承擔空中圖像采集與傳輸、無線通信中繼、空中紅外熱成像航拍、空中交通流量監視、空中環境監測等任務，與地面通信系統構成天地一體的全方位、立體通信網絡。突發公共事件的應急保障工作，既涉及安全防控體系建設，也需要現代高新技術提供保障。浮空器在公共安全領域大有可為。隨著需求的深化，這個項目已不再只是單純的視頻監控信息管理系統，而應成為平安城市防控體系數字化建設工程的一部分。可以為災區、震區、通信盲區等區域提供全方位全天時的無線通信信號，實現應急通信、應急指揮和電視直播。

四、浮空器搭載通信設備實測

使用浮空器平臺搭載通信設備，可以實現大范圍的覆蓋，根據無線電波傳輸損耗工程實用公式：LM（dB）=88.1+20lgF-20lgh1h2+40lgd

式中：F為通訊工作頻率（MHz），h1為通訊對象A點天線高度（m），h2為通訊對象B點天線高度（m），d為A點和B點的通訊距離（m）。通過這個公式可以計算出 A、B兩點理論通信距離。假設系統參數（以公安350M常規系統為例）如下：

發射功率：15W（41.8dBm）

接收靈敏度：-117dBm

全向天線增益：4dBi

天線架設高度：1000m（以浮空器升空1000m計算）

發射功率：4W（36dBm）

接收靈敏度：-117dBm

對講機天線增益：0dBi

對講機高度：1.5m

將各項參數代入公式，可以估算出理想通信距離約為72km（不考慮大氣和系統周圍的物體對無線電波的吸收、反射、衍射、干擾等造成的損耗）。那實際情況又是怎樣呢？首先我們將350M常規轉信臺安裝在浮空器任務艙內，地面測試人員分為兩組，一組人員在浮空器下方，另一組人員采用機動車進行覆蓋測試，兩組人員均使用手臺通信。然后將浮空器升空1000m，機動車以每小時60-80km的速度進行拉鋸測試。經過測試，手臺覆蓋半徑最遠達到45km（近似于北京南、北六環之間的直線距離）。因此，使用浮空器作為空中通信平臺，可以滿足重大自然災害下公安無線通信的需求。

五、前景展望

當前，浮空器在全國公安領域中的應用處于起步階段，甚至可以說相關的研究還是一片空白。為此，必須做好浮空器應用的頂層設計和長遠規劃，從實際情況出發，進行方案的可行性論證及數據的測試論證工作;同時進一步加強與業務實戰部門的溝通，將其作為現有通信系統及常規飛行器的重要補充和應急手段，發揮最大功效，為公安實戰服務。

參考文獻

[1]淺析臨近空間平臺的軍事應用[J].何彥峰.國防科技.2017（06）

[2]浮空器在軍事斗爭中的應用及發展趨勢[J].侯東興，劉東紅.航空兵器.2016（03）

[3]令人刮目相看的預警浮空器[J].周義.現代軍事.2018（02）

作者簡介：韋劍生（1984.8—）安徽合肥人，高級工，主要從事浮空器全工藝流程研究