具有光纖信道的救生照明線裝備研發實踐

王佩青

（江西省消防救援總隊，江西 南昌 330009）

1 研究背景

在地下、建筑內部滅火行動中，消防救援人員與外部現場指揮部的通信聯系一般依靠無線電臺聯絡，但地下、建筑內部情況復雜，對無線電波有屏蔽和干擾，通信效果差，且不穩定。為保證通信暢通，需要架設中繼，或是鋪設光纜、通信電纜等通信線路。

而因普通照明電路被切斷或損壞，消防救援行動中，偵查首攻人員進入地下、建筑內部等區域時，需從入口處開始沿搜索進入路徑鋪設一條“消防救生照明線”[1]，這條“消防救生照明線”既能為偵查首攻人員提供照明，又能在發生緊急情況時，保證偵查首攻人員順著“消防救生照明線”安全撤退，還能為后續增援人員進入現場指路。

為解決地下、建筑內部與外部現場指揮部的通信聯系難題，探索研發一種“通信型救生照明線裝備”，讓“消防救生照明線”同時具有“光纖傳輸通道”，將“信息傳輸通道”與“消防救生照明線”合為一體。既保證了救生照明，又實現地下、建筑內部與外部的穩定可靠的數據、語音和圖像傳輸。

2 研發實踐

裝備的詳細研發探索如下。

2.1 總體結構

本裝備為一種具有光纖信道的消防救生照明線設備，總體結框架構圖如圖1，包括通信型救生照明線單元[2]、發光驅動電源、光纖收發單元A、光纖收發單元B、光纖跳線A以及光纖跳線B。

圖1的標注為：11-通信與救生照明復合線；12-前端接盒；121-光纖連接器接口A；122-電極連接接口；13-繞線盤[3]；131-盤芯；132-端板A；133-端板B；134-搖柄；135-線盤支架；14-線盤端接盒；141-光纖連接器接口B；21-整流穩壓電路C；22-發光驅動電路；23-充電電路C；24-電池C；25-輸出接口；3-光纖收發單元A；31-光口A；32-電口A；33-光纖收發電路A；34-整流穩壓電路A；35-充電電路A；36-電池A；41-光口B；42-電口B；43-光纖收發電路B；44-整流穩壓電路B；45-充電電路B；46-電池B。圖中未畫出采用現有通用技術的繞線盤的搖柄和線盤支架。

圖1 通信救生照明線設備的總體框架架構

2.2 通信型救生照明線單元

通信型救生照明線單元組成示意圖如圖2，由通信救生照明復合線、前端接盒、繞線盤、線盤端接盒組成。繞線盤包括盤芯、端板A、端板B、搖柄、線盤支架等組件；端板A、端板B固定在盤芯兩端，線盤端接盒和搖柄固定在端板A上。

圖2 通信型救生照明線單元組成示意圖

如圖1所示，通信救生照明復合線一端，接入固定在前端接盒12，并分別將通信救生照明復合線中的光纖A和光纖B連接到光纖連接器接口A 121，將導線電極A和導線電極B連接到電極連接接口122；通信救生照明復合線的另一端，先固定于繞線盤的盤芯緊靠端板A處，之后穿過端板A，再接入固定在線盤端接盒14，并將通信救生照明復合線的光纖A和光纖B連接到光纖連接器接口B 141。

2.3 通信救生照明復合線

通信型救生照明線單元的重要組成部分為通信救生照明復合線，救生照明功能采用電致發光線實現，具有輕盈、低耗電特點，信息傳輸功能采用光纖實現，兩者均可彎曲，緾繞。

通信救生照明復合線的結構如圖3所示，導線電極A布設在通信救生照明復合線的中心軸線位置，光纖A和光纖B平行分布于導線電極A兩邊；導線電極A、光纖A和光纖B由絕緣層包裹，絕緣層的外表噴涂一層電致發光材料形成發光層，發光層的外表覆蓋一層透光導電層，透光導電層外表螺旋狀纏繞導線電極B，導線電極B外包裹一層透明保護層。

圖3 通信救生照明復合線結構圖

2.4 發光驅動電源

發光驅動電源，由整流穩壓電路C 21、發光驅動電路22、充電電路C 23、電池C 24、輸出接口25組成，為保證能在救援現場獨立使用，發光驅動電源設有電池和充電電路。

如圖1所示，發光驅動電源的工作原理及工作過程為：外接交流或直流電源經整流穩壓電路21處理后分兩路，一路給發光驅動電路22供電，發光驅動電路22產生發光驅動電源由輸出接口25輸出，在通信救生照明復合線11的導線電極A、和導線電極B之間施加發光驅動電壓，使電致發光材料發光層發光，并通過調節發光驅動電壓的波形，控制常亮、頻閃等發光方式；另一路經充電電路23對電池24進行充電，無外接電源時，充電電路23能控制電池24進行供電。

2.5 光纖收發單元

光纖收發單元A，由光口A 31、電口A 32、光纖收發電路A 33、整流穩壓電路A 34、充電電路A 35、電池A 36組成；光纖收發單元B，由光口B 41、電口B 42、光纖收發電路B 43、整流穩壓電路B 44、充電電路B 45、電池B 46組成，為保證能在救援現場獨立使用，光纖收發單元設有電池和充電電路。

如圖1所示，光纖收發單元A 3的工作原理及工作過程為：外接交流或直流電源經整流穩壓電路34處理后分兩路，一路給光纖收發電路A 33供電，光纖收發電路A 33將光口A 31與電口B 32的光電信號進行光電互轉；另一路經充電電路A 35對電池A 36進行充電，無外接電源時，充電電路A 35控制電池A 36進行供電。光電收發單元B和光電收發單元A的結構相同。

3 系統連接和工作模式

3.1 通信功能連接與工作模式

如圖1所示，通過光纖跳線A，將前端接盒的光纖連接器接口連接到光纖收發單元A的光口A；通過光纖跳線B，將線盤端接盒的光纖連接器接口連接到光纖收發單元B的光口B，經光纖收發單元A和光纖收發單元B實現光電信號互轉，在電口A和電口B兩端可用電信號通信，方便目前大部分IP數據及音視頻設備直接使用，為地下、建筑內部等災害救援現場與外部現場指揮部提供穩定可靠的高帶寬通信通道。

3.2 救生照明功能連接與工作模式。

如圖1所示，發光驅動電源2的輸出接口25與前端接盒12的電極連接接口122連接，為救生照明的電致發光提供驅動電源，并控制常亮、頻閃等發光方式。

4 探索成果

本裝備的應用場景如圖4所示，在現場和前方指揮部部署“具有光纖信道的救生照明線設備”，通過“現場有/無線接入網關”和“前方指揮部有/無線接入網關”將現場與前方指揮部網絡互聯。現場的視頻、語音和數據均可實時穩定可靠地傳送到前方指揮部，通過前方指揮部傳輸到支隊、總隊、消防救援局和應急管理部指揮中心。

圖4 應用場景示意圖

該裝備將“信息傳輸通道”與“消防救生照明線”復合為一體，在不損失現有“消防救生照明線”的便攜性、不增加太多成本，并且不改變原工作模式的前提下，實現“信息傳輸通道”和“消防救生照明線”一體化同步布設，保證消防首戰力量一進入現場，就能在現場與前方指揮部之間建立起高帶寬通信信道，保證數據、語音、圖像高速可靠傳輸。“消防救生照明線”鋪設到哪，“信息傳輸通道”同時也部署到哪，甚至可以邊鋪設，邊進行通信。

通過一個“通信型救生照明線單元”的“前端接盒”與另一個“通信型救生照明線單元”的“線盤端接盒”用“光纖跳線”連接，可將多個“通信型救生照明線單元”進行串聯，以靈活方便地增加通信距離，同時兼顧便攜性。該成果已獲國家專利，專利號：202122649985.9。