數字微波通信在消防救援通信中的應用分析

郭 浩

（應急管理部消防救援局昆明訓練總隊，云南 昆明 650208）

0 引 言

現代通信傳輸方法常用3種，分別為衛(wèi)星通信、光纖通信以及數字微波通信。自20世紀50年代，人們便開始發(fā)展數字微波通信技術，起初是模擬微波傳輸，然后發(fā)展為準同步數字系列（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）數字微波傳輸，最終發(fā)展為同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）數字微波傳輸。微波設備也在不斷更新，更加便攜式、小型化、高效化，使得組網速度、安裝速度、維護速度越來越快。

消防救援隊伍需要承擔救援任務，處理如礦山礦難、空難搜救、重大安全生產事故、廢墟倒塌、道路交通事故以及化學品泄露事故等危險事故，還需要應對地震以及次生災害、森林火災、城市火災、地質災害以及氣象災害的搶險救援，通常會伴隨公共通信基礎設施的癱瘓，對消防應急救援的通信存在較大難題。隨著我國科學技術的發(fā)展，數字微波通信可以在大多數場景中快捷使用。消防救援隊伍在執(zhí)行現場救援任務時，需要通過微波通信、超短波通信等方式來進行，并且需要將現場情況給后方人員進行回播，但受到距離和信號影響，需要可靠的通信技術才能確保救援任務順利開展[1-3]。

消防通信支撐起消防部隊的指揮系統，在滅火救援以及其他的應急救援中，必須依賴通信來合理調度救援力量，分配物資，掌握救援現場信息。特別是在城市中的高層建筑和復雜結構建筑中，火災發(fā)生的原因、位置和可能的危險都需要后方人員進行分析，要有可靠的通信手段和救援現場的救援人員聯系來告知現場情況，科學合理地展開救援工作[4,5]。

我國目前主要使用的消防救援通信頻段為340～400 MHz的特高頻，其中包括無線語音通信設備使用的350 MHz頻段，無線圖像傳輸設備使用的340 MHz頻段等。微波頻率資源有限，需要部署才能夠使用，但是其具有不依賴中繼系統的特點，成本較低、機動性強，在各種復雜環(huán)境下也可以部署使用，這是其他通信手段沒有的優(yōu)勢[6]。

1 數字微波通信優(yōu)勢

隨著通信技術的發(fā)展和創(chuàng)新，新型技術越來越多，其中微波通信技術在各行各業(yè)中都有著重要應用。在實際應用過程中，微波通信借助電離層作為空間介質傳播信號，建立室外單元作為收發(fā)信號的處理單元。一般情況下，救援任務會將室外單元設立在較高位置，特別是視野開闊的位置，微波通信技術在實際運用中展現出了對救援任務的獨特優(yōu)勢，數字微波通信可以傳播聲音信號、畫面信號以及數據信號。

數字微波通信技術是以時分復用技術作為基礎的多線路通信體制，數字微波通信是通過模擬微波通信所演變的，2者的通信體制相同，都以多線路形式存在。數字微波通信的本質是復用技術，可以傳播電話信號、數據信號、圖像信號。各無線電波的頻段和波長如表1所示。

表1 各無線電波頻段和波長

目前，我國需要加強消防通信的建設力度，打造能夠應用在任何場景下的消防通信系統來做到救援力量快速啟動、快速部署的目的。在日常的火災防害工作中，復雜結構建筑和高層、超高層建筑對信號有屏蔽作用，必須要有可靠的信號通信手段，由此研究消防救援通信勢在必行[7]。常用通信方式的優(yōu)缺點如表2所示。

表2 常用通信方式優(yōu)缺點

在實際的消防通信中，可以有效分析采集的現場信息，確保現場信息的準確性和有效性。通過微波通信還可以實現語音溝通，確保救援任務中執(zhí)行人員相互溝通、聯系，并且建立指揮體系，讓后方的指揮員和現場救援人員有效溝通。通過微波通信可以克服救援現場的復雜環(huán)境，確保溝通的有效性。運用微波通信技術不僅能夠打破地理位置的局限性，克服復雜環(huán)境對信號的干擾，還可以確保后方指揮能夠及時聯絡現場執(zhí)行人員，實現互通互聯[8]。

在應急救援工作中，搜救機器人可以給救援人員傳遞視頻信號來幫助救援工作，特別是人們難以進入的危險位置，如倒塌的廢墟等，通過視頻畫面信號以及紅外、心跳感應等信息，可以幫助救援人員及時找到待救人員。微波通信技術可以將信號穩(wěn)定傳回給后方指揮體系，讓后方的指揮人員能夠準確且全面地判斷災害現場。在日常救援任務中，指揮體系必須確保現場的視頻信號穩(wěn)定、清晰，一旦視頻傳輸受干擾，就會導致視頻畫面失真，缺乏可靠性，直接影響指揮體系下達救援任務，安排人員調度。

此外，在應急救援場景中，公網往往會處于癱瘓狀態(tài)，微波通信是可靠、有效的通信方式，能夠確保畫面清晰。通過數字微波通信技術，可以傳輸地理信息、救援現場數據信息，深入了解一線救援力量的分布和現場情況的經濟性，指揮系統通過救援現場的情況來指揮一線救援人員了解自身的方位、周邊險情。地理信息數據支持著定位搜救和無人機航拍，能幫助指揮體系掌控現場情況，全面部署救援力量[9]。

1.1 抗干擾能力強

數字微波通信站點只需要建立在較高位置就可以實現有效信號傳播，而在消防救援工作中，由于自然災害的破壞性，很容易導致城市形成廢墟，光纖線路破斷。數字微波通信可以解決崎嶇復雜的環(huán)境，利用空間介質傳播信號，幫助應急救援工作快速建立指揮系統。此外，數字微波通信使用的空間介質是通信鏈路，便于部署和維護。在應急救援工作中，可以快速建立通信鏈路，而當次生災害破壞線路時，可以快速維修，強化通信的抗干擾能力。

1.2 快速安裝

數字微波通信系統最重要的模組是室外單元以及天線連接。室外單元需要連接中頻電纜來進行任務，其體積較小、部署方便，還可以處理中頻信號、射頻信號，進行放大、轉變等操作，是無線通信的過渡體，也是數字微波通信重要的物理層組成部分。這讓數字微波通信具有組網速度快、使用面積小、維護方便等特點[10]。

1.3 設備體積小

數字微波通信的特點之一就是大量使用集成電路，這會降低設備的體積，減少電源消耗。在應急救援時，需要通信設備盡量不對環(huán)境造成影響，如在地震所導致的倒塌等次生災害中，一旦施加過大的力，很可能導致連鎖的廢墟倒塌風險。因此，數字微波通信憑借設備體積小的優(yōu)勢可以提高在各類環(huán)境中部署的適應性，在崎嶇不平的山路、廢墟、洼地等環(huán)境中都可以快速整理出能夠部署設備的地區(qū)。在消防救援中，速度會直接影響到救援的最終成果，由此小體積設備成為了數字微波通信的優(yōu)勢之一。

2 數字微波通信在消防應急救援中的應用

隨著通信技術的發(fā)展，有效提高了消防救援工作的指揮能力。過去的通信傳輸效率慢，無論是災害情況信息，還是消防救援信息，都難以及時傳遞，導致很難抓住救援黃金時間，及時開展救援工作。20世紀80年代，隨著通信技術的發(fā)展，消防救援中通信指揮方面也得到了迅速發(fā)展，專門的火警通信可讓消防人員及時獲知災害信息，快速開展救援工作。數字微波通信的發(fā)展進一步強化了在救援中消防通信指揮系統的穩(wěn)定性，形成了效率較高的消防指揮體系。

在實際場景中，通信會受到很多的阻礙，如在高層、超高層中消防通道和電梯井內的救援工作受到封閉空間以及建筑材質的影響會干擾信號，阻礙后方指揮人員部署救援力量。在部分場所如火災場景下，溫度較高、煙霧彌漫，現場能見度低，噪聲干擾大，一線救援人員之間相互聯絡需要依靠通信手段，一旦通信聯絡功能受到干擾，不僅影響后方人員了解現場情況、規(guī)劃支援物資和人力，還會導致一線消防人員失聯，產生威脅，增加火災撲救代價。

我國城市所使用的通信方式大多是常規(guī)通信網絡，而在密閉空間內，常規(guī)通信將會受到阻隔，需要單獨給消防救援通信設置通信方式，保障一線救援力量不失聯。在復雜條件下，各級消防力量需要一種快速部署、可靠性高且能夠滿足各類場景使用的通信技術，如數字微波通信技術，其抗干擾能力強，受到周遭環(huán)境影響小。在這些場景中，需要進一步小型化微波通信設備，使得能夠快速部署，強化通信能力。

2.1 通信在救援中的效用

2.1.1 迅速識別救援信息

在開展救援工作時，需要通過通信指揮系統來調度人力物力，如倒塌的廢墟需要千斤頂等物資才能進行救援工作，而生命探測系統可以幫助消防人員找到待救人員。在火災場景中，濃煙滾滾，能見度低，同時火災常常發(fā)生在建筑物的內部結構，不利于消防人員開展救援工作，這就需要在后方的技術人員通過科學技術模擬建筑物情況搜集信息，指揮消防人員開展救援任務。

2.1.2 科學分配消防資源救援

在常見的火災救援任務中，大部分發(fā)生在市區(qū)，而城市是高密度人口聚集地，消防力量不能夠全部部署到一個救援任務中，大多數情況下，接線員通過溝通來判斷災情嚴重程度，然后分配消防力量，調用一輛或者多輛消防車。消防救援是需要實時溝通的嚴謹的科學任務，消防員在趕到現場后，往往會在消防車內預留一名或者多名指揮人員，不僅負責總體救援指揮任務、疏散民眾任務，還需要和消防總部通信，及時匯報災情情況，判斷是否需要增員。冬季較為干燥，火災頻繁，這就需要后方人員精確部署消防力量，確保每一場消防救援任務都能夠有可以調用的消防力量，盡快到達火災現場，抓住救援時間。

2.1.3 保障消防人員安全

在火災救援任務中，首先要確認火災起因，不能夠冒然用水撲救，避免如化學、電源等次生問題的出現。出動火警時，消防人員會在消防車上和后方人員溝通來獲取現場狀況，確定到達現場后的任務分配。指揮系統可以為消防人員說明現場情況，并傳遞火災信息和救援任務分析信息。

在森林火災救援工作中，通信尤為重要。火災所發(fā)生的位置，基站不一定能夠全覆蓋，常規(guī)通信容易出現丟失信號的問題，而車載數字微波通信系統可以幫助消防人員實現指揮系統的建立。森林火災最危險的就是不能夠辨認現場情形，這會導致消防人員無法辨認火情狀況，容易陷入火海，受到生命威脅，利用空中偵查體系以及通信指揮手段可以及時調動消防人員，躲避火災威脅，輔助救援任務。

2.2 微波通信在實際場景中的應用

開展消防救援工作時，確認消防救援方案必須以通信作為基礎，還需要消防人員之間保持聯系，便于在救援任務場景中隨時保持聯系、聽從調度，匯報現場情況。為了應對救援工作中意外情況，要時刻保持有效通信，數字微波通信技術便是實際場景中的可靠通信技術，可以確保溝通穩(wěn)定性，并且能夠及時掌握現場情況，判斷是否請求支援。

2.2.1 野外大面積搜救

在野外大面積搜救工作中，傳統方式是人挨人進行大面積搜救，避免救援人員失去聯系，但救援效率較低，不容易發(fā)現待救人員。野外搜救的困難在于通信的不穩(wěn)定，這會導致救援人員相互難以有效溝通，造成生命威脅，因此穩(wěn)定的通信手段極為重要。微波通信可以在復雜環(huán)境中穩(wěn)定傳播，能夠應對如戈壁、深林、高山、海洋等場景。綜上，基于野外地區(qū)的特點，需要及時應用微波通信。

2.2.2 地震中及時恢復通信

在地震救援任務中，救援現場具有復雜性和危險性，救援人員必須確保自身的安全和救援現場的情況才能開展救援活動。通信至關重要，不僅需要依靠通信與部署下來的救援人員取得聯絡分化救援任務，還需要依靠通信來溝通好廢墟挖掘地點和申請調用的設備。

地震所形成的廢墟下，存活的人往往處于復雜的環(huán)境中，廢墟的各種碎片共同支撐起了生存空間，所以不能夠輕易挖掘。消防救援力量需要合理部署，協同任務，溝通好執(zhí)行程序來避免發(fā)生危險。

由于通信在地震中有著很大的作用，因此在應對地震災害時，消防人員趕到救援現場后需要抓緊時間恢復癱瘓的通信，此時有線固定通信以及無線移動通信處于癱瘓狀態(tài)，憑借數字微波通信的優(yōu)勢與特點快速建立通信基站、恢復通信能力是第一要務。對比來說，衛(wèi)星通信也是可靠的通信手段之一，但是在地震災害現場可能存在多支救援力量，存在衛(wèi)星通信頻段占用的問題，所以應選用具有穩(wěn)定性的通信。

3 結 論

可靠穩(wěn)定的通信可以有效提高消防救援任務的效率，確保救援人員和待救人員的安全。在火場等災害場景下，通過通信技術讓一線執(zhí)行人員相互保持溝通，能夠極大確保救援人員的安全。通過通信技術，指揮系統可以給救援人員分配任務，說明現場情況。在大場景救援任務中，如地震災害救援現場，要通過指揮體系來調度人員信息，部署救援力量，這就需要通信作為救援任務的基礎。在實際場景中，救援任務最大的挑戰(zhàn)就是信息傳遞不清晰，受干擾影響，火災等災害現場極為危險，一旦出現差錯，不僅可能危害到待救人員，浪費救援時間，還會危害到一線救援人員的人身安全。通過發(fā)展數字微波通信技術，可以提高現場通信能力，強化溝通，幫助后方人員指揮，全面開展救援任務。