關于消防救援水下通信技術應用的思考

羅濤

摘要：水下通信技術的發展對促進消防水域救援具有重要價值和意義，此技術可應用于水面救援、水下搜救等救援作業，促進消防救援事業良好發展。水下通信的新技術與新裝備在消防救援領域有著較為廣闊的應用前景，不僅能夠有效降低水域救援人員的安全風險，還可以提升救援隊伍的綜合救援效率，有利于更好完成救援任務。基于此，本文針對目前的消防救援水下通信技術進行分析，并提出相應的應用策略。

關鍵詞：水下通信；消防救援；通信；水域救援

引言

水域救援是消防救援中的重要任務種類，水下通信技術是展開水下救援任務的關鍵技術，將其應用到水下救援工作中能夠提升水下救援工作質量與效率。目前我國消防救援任務繁重，逐漸向出全災種、大應急方向發展，對相關通信技術的要求也日益提高。就目前而言，水聲通信技術、電磁通信技術與光學通信技術是水下通信技術領域中發展相對成熟的技術。不同技術類型有著不同的應用優劣勢，其中水聲通信技術因具備較長的通信距離，近年來受到廣泛關注，同樣也是目前消防水下救援應用較為廣泛的技術。

一、消防救援水下通信技術發展現狀與技術種類

（一）消防救援水下作業存在的困難

2020年我國溺水數據統計顯示，全世界每年有超過32萬人因溺水而亡，我國每年約有5.7萬人溺亡[1]。消防救援領域的水下通信技術在未來發展過程中需要攻克技術性難題，目前的水下通信作業尚存在諸多困難，主要表現為以下幾點。第一，防水要求高。水下救援大多存在復雜水下環境，對各項設備和終端的防水要求較高，特殊救援情況需要通信設備長時間浸泡或接觸水環境。水下通信設備包括水下信標、水下對講機、水下便攜電腦等。因此，通信設備需要做好專業防水，避免結構進水影響通信聯通[2]。第二，水面通信依賴性強。水下救援活動需要水面的指揮統領，水下通信需要水面通信作為支持，需要連接水面的通信設備轉發水下信號，但水面通信的移動性較強，無法提供固定的通信地點，這就表明整個水下救援活動無法長時間使用有線通信設備，大多數情況需要依靠無線通信。第三，環境影響明顯。環境對水下通信信號的影響較為明顯，電磁波信號在水環境中出現信號衰減，且信號傳遞與水體渾濁程度、水體溫度等因素相關，使得通信信號無法實現在水環境中的有效傳播，容易出現信號故障問題[3]。消防水下救援多發生于河流、湖泊等天然開放水域，此類水域多存在雜亂樹枝、水面垃圾等，有線通信設備容易被水中物體纏繞，無線通信容易被水環境障礙物影響，不利于消防救援通信。

（二）消防救援水下通信技術的發展現狀

水下通信技術為消防水下救援提供了有效支持，能夠確保水上實體與水下目標的通信聯系，此技術的研究與應用受到了各級消防救援隊伍的重視。水下救援場景與地理條件較為復雜，缺少通信會影響現場救援效率。通信技術的應用能夠解決指揮員與救援人員、被困人員、水下機器人等信息互通問題，促使指揮員及時、全面獲得水下信息與救援情況，為水下救援活動開展提供指導，促使救援活動高效進行。就目前而言，我國水下通信技術發展起步較晚，相關技術的應用與研發尚處于初步發展階段，消防站尚未大范圍普及水下通信設備。部分單位對水下通信技術應用較為不足，多采用手語或傳統繩語方式，通信方式較為傳統。此通信方式雖然應用簡便，但同時也會帶來信息量小、信息傳輸易受環境影響、信息傳遞范圍小等不足，容易因為環境過于復雜出現信息傳輸錯誤或傳輸中斷等問題，同時還會出現繩語傳遞過程中纏繞救援人員，給水下救援帶來諸多影響，不適用于復雜水下救援環境。雖然部分消防總隊配置了水下通信設備，但受到技術發展不成熟、設備研發不足等影響，在實際使用中容易出現故障，且應用成本較高，無法得到大范圍普及應用。水下空間環境極為復雜，影響水下通信技術的有效信息傳輸，如何滿足水下通信實戰需求已成為目前消防救援技術領域需要重點攻克的難題。為解決傳統通信方式不足，嘗試應用佩戴智能穿戴設備等方式，在互聯網、物聯網等技術支持下，相關研究學者展開了對消防救援智能穿戴產品的研究。孫海信、何崇林等（2023）[4]分析了水下無線傳感器網絡中通信抗干擾的關鍵技術以及技術需求，未來通信技術將成為消防水下救援領域的重點研究內容。

（三）消防救援水下通信技術常見種類分析

就目前而言，消防救援領域發展較為成熟的水下通信技術包括水聲通信、電磁通信和光學通信。此三類技術在實際應用中各有優劣，主要包括：第一，頻率范圍。水聲通信遠程可達500Hz，中程可達50kHz；電磁通信遠程可達100Hz，中程可達100kHz；光學通信近程藍綠可見光1014Hz，中程頻率不具有靈活性。第二，干擾源。水聲通信干擾源包括雨、海洋生物等；電磁通信干擾源包括電機、光照、電磁閥等；光學通信干擾源包括陽光等。第三，應用場景。水聲通信可應用于遠程通信、精確導航、遠程傳感器網等；電磁通信可應用于動力學環境、近程通信、近程傳感器網等；光學通信可應用于近程高帶寬高速傳輸數據、實時視頻等。針對上述技術，水聲通信技術因通信范圍廣備受歡迎，其能夠應用于超過1公里通信距離需求的場景，結合不同工作頻率，可達到超過幾十公里的通信距離[5]。

水聲通信技術應用于消防救援領域尚存在一些技術難題，部分特性無法有效適應消防救援工作實際，主要表現為以下方面。第一，救援區域噪聲干擾問題。常見的水下救援包括海洋區域、水庫區與市內河道等，此類水域環境較為復雜，所產生的水下噪聲會干擾通信信號。比如河流水域存在大量的樹木、垃圾等物體，會影響水聲傳播，導致通信信號傳播不及時等，加之在救援過程中，救援船所使用的發動機會產生較大噪聲，影響救援人員在水下環境獲取環境話音，如何減少噪聲干擾問題是目前水聲通信需要重點研究的問題。第二，信息傳輸問題。水下救援工作時間緊迫，需要在較短時間內傳遞大量數據信息，有著高速穩定的數據傳輸需求，對相關技術產品的穩定性要求較高。在實際使用中，救援人員借助水下攝像機、水聲傳感網絡等進行數字信號處理，以確保大量數據快速有效傳播，是目前水聲通信技術解決傳輸需求的重要發展方向[6]。第三，空間運動問題。水下救援過程對空間運動要求較高，不僅需要在狹小區域內快速解救受困人員，同時還要在較短時間內完成較大范圍的排查，此過程中水下救援人員需要不停改變姿態，姿態變化容易遮擋空間內信號傳遞，進而導致通信傳輸中斷或傳輸質量不佳，影響信息傳輸效果。第四，低功耗需求問題。低功耗是保證通信長時間續航、通信信號不中斷的關鍵。水下救援過程往往耗費時間較長，為盡快解救被困人員，需要縮短更換設備電源、保持長時間通信信號等，這就要求通信技術設施需要盡可能降低功耗，為水下搜救提供保障。綜上，水聲通信技術設施在未來發展中應注重優化傳輸效率、降低功耗、提升信號處理技術等。

二、消防救援水下通信技術應用的幾點思考

（一）有效解決消防救援水下通信難點

就目前而言，在消防救援領域，水下通信技術尚處于應用與探索階段，結合目前通信難點，提出以下幾點解決方法。第一，水下機器人通信。水下搜救環境惡劣，救援人員長時間進行水下搜救存在極高風險，利用水下機器人協助完成水下救援工作，甚至代替人工完成水下長時間探潛工作，以此降低人員下水風險，提升水下排查全面性。在實際應用中，水下機器人可配置攝像頭、水下通信系統等，參照指令完成水下搜尋作業，包括水下檢測、水下巡查與水下救援等，將捕捉的數據和畫面通過通信系統傳輸至控制面板，以此實現水下信息與水面控制的有效通信。目前消防救援隊多采用遙控式水下機器人，可分為有線水下機器人與無線水下機器人，其中有線水下機器人采用通信線纜連接機器人通信系統與控制臺，將水下拍攝信息與行動反饋通過線纜傳輸至控制臺，水面人員通過控制面板操控機器人的動作信號與定位信息等，完成水下搜救工作。無線機器人以水為介質，借助電磁波等進行信息傳輸，在水環境內建立通信連接[7]。第二，有線水下通信系統。有線水下通信技術有著水下對講機功能，救援人員可佩戴具備有線通信功能的全面罩呼吸器，面罩配備耳機與麥克風，通過信號線纜與水面人員建立通信連接，完成水下信息傳遞。此系統是消防救援隊伍常用的水下通信方式。第三，無線水下通信系統。此系統主要由全面罩呼吸器、水下對講機、水下信標與水面工作站組成，其借助超聲波進行信息傳遞，救援人員所佩戴的全面罩呼吸器具備換能器功能，能夠將聲音信息轉化為超聲波信號，再由水面接收裝置將超聲波信號轉化為聲音信號，水面指揮員獲得聲音信息后進行分析研判，并發出搜救作業部署，以此實現信息傳遞。此系統能夠在水下作業人員與水面輔助人員之間建立清晰、靈活的通話和輔助信息傳遞，為水下搜救提供有效信息指引。

（二）完善水面水下應急通信保障

水下救援工作具有緊迫性，應為救援工作提供完善的水面水下應急通信保障，主要可從以下方面入手。第一，提供岸際后場通信設施。后場保障是水下救援工作的關鍵內容，應提供充足的通信設施保障。衛星通信車或衛星便捷站：能夠在公網中斷的情況下將水域救援信息及時傳輸給指揮中心，對水下環境提供遠程指導；音視頻布控球：對水域救援過程進行全景拍攝與特寫拍攝，并將救援攝像頭拍攝畫面實時傳遞至指揮中心，后場指揮員結合畫面共同分析，做出指揮決策；發電機：水下救援多為移動性救援工作，需發電機保障現場用電需求；音頻設備：為相關人員配備對講機、語言調度臺、喊話器等，確保語音信號通暢，保證指揮信息傳遞到位；繪圖儀：方便指揮人員對指揮方案進行繪制部署等[8]；網絡移動基站：水下通信技術需要依賴網絡環境，應確保救援現場具備網絡覆蓋，為救援工作提供網絡保障。第二，水下通信設施。針對水下救援環境，提供完善的通信設備保障。水下機器人：由機器人完成高難度、高風險水下搜救任務；水下電腦與水下無線通信設施：為救援人員獲取通信信息提供保障；運動攝像機：救援人員須佩戴攝像設備，及時拍攝水下救援畫面，將其傳遞至救援指揮中心。第三，加強通信系統培訓。水下通信系統運行涉及人員較多，主要包括水下通信人員與水面通信人員，對人員的專業水平也有更高要求，各環節人員需要有效掌握通信系統使用方法和應急處置措施，能夠結合救援工作分析和傳遞信息。其中水下救援人員需要熟練使用水下通信設備，能夠在救援作業過程中實時傳遞水下救援數據。水面通信人員需要時刻保持通信通暢，確保指揮輔助信息與前端救援信息的暢通傳遞。

結語

綜上所述，水下通信技術是提升水域救援效率的重要因素。大力發展水下通信技術，全面提升水下通信適用性、易用性、可靠性，能夠為水下救援工作提供有力保障，節約水下救援過程中有效信息的傳遞時間。對此，應結合消防水下救援作業需求，推動水下通信技術良好發展。

參考文獻

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