消防通信網絡在城市火災應急響應中的關鍵性分析

摘要：隨著城市化進程的加速，城市火災的風險不斷增大，這對城市的消防通信網絡提出了更高的要求。為了應對這一挑戰，該文深入探討了消防通信網絡在城市火災應急響應中的應用、存在的問題以及解決策略。通過實時數據傳輸、指揮調度與決策支持、救援人員與資源定位等方式，消防通信網絡能夠更有效地應對火災，確保人員和財產的安全。但與此同時，通信中斷與干擾、數據安全與隱私問題以及系統維護與更新等問題也逐漸浮現。為了解決這些問題，建議建設冗余和備用通信路徑、強化系統的安全防護，并進行定期的系統測試與更新。

關鍵詞：城市火災；消防通信網絡；應急響應；數據傳輸；系統維護

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.05.018

中圖分類號：TP 391.44" " " " " 文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）05-00-03

The Key Analysis of Fire Communication Network in Urban Fire Emergency Response

WANG Liye

（Shandong Fire Rescue Brigade， Ji'nan 250100， China）

Abstract： With the acceleration of urbanization， the risk of urban fires continues to increase， which puts higher requirements on the fire communication network of cities. In order to address this challenge， the article delves into the application， existing problems， and solutions of fire communication networks in urban fire emergency response. Through real-time data transmission， command scheduling and decision support， rescue personnel and resource positioning， the fire communication network can more effectively respond to fires and ensure the safety of personnel and property. However， at the same time， communication interruptions and interference， data security and privacy issues， as well as system maintenance and updates， have gradually emerged. To address these issues， it is recommended to establish redundant and backup communication paths， strengthen system security protection， and conduct regular system testing and updates.

Keywords： urban fire; fire communication network; emergency response; data transmission; system maintenance

隨著城市化的蓬勃發展，如何有效地管理和控制火災風險逐漸成為公眾關注的焦點。消防通信網絡通過實時的數據傳輸、指揮調度和資源定位，能夠確保火災應急響應的及時性和準確性[1]。但與此同時，人們也意識到，這種高度依賴技術的應急響應機制并不是沒有問題的。那么，消防通信網絡在應對城市火災中到底扮演了怎樣的角色？它的關鍵性在哪里？這些疑問成為了探索的出發點。本文旨在深入解析消防通信網絡的價值、挑戰以及其在城市火災應急響應中的決定性影響。

1" "消防通信網絡在城市火災應急響應中

的基本架構

在現代城市的火災應急響應中，高效的通信系統是確保各應急單位間實時、準確交流的關鍵。消防現場采用兩級組網的無線信號覆蓋系統，通過衛星回傳網絡連接指揮中心與應急指揮車，保障了大范圍和復雜地形下的穩定通信[2]。應急指揮車至現場終端主要依靠4G LTE和PDT無線數字集群通信系統，其中4G系統支持高移動性使用，覆蓋半徑可達10 km，極大提升了應急響應的效率[3]。PDT系統針對高層建筑信號難題，可部署多跳轉信臺快速覆蓋信號盲區，實現無縫通信[4]。此外，多媒體指揮調度系統整合了數據、語音和視頻通信，成為現場通信的核心。

2" "消防通信網絡在城市火災應急響應中的應用

2.1 實時數據傳輸

本研究選取了某次大型城市火災，火災應急響應中采用了全IP系統的消防通信網絡進行現場數據采集和實時傳輸。該火災發生于城市核心的商業區內，涉及三棟高層建筑，火勢的迅速蔓延要求快速、精確的數據支持。因此，部署了200個傳感器，這些傳感器分布在火場的不同位置，涵蓋了各個樓層和關鍵位置。這些傳感器基于物聯網技術，能實時測量溫度、煙霧密度以及有毒氣體濃度。每個傳感器的輸出模型如下：

（1）

式中，是傳感器在時間t的輸出；、和分別代表溫度、煙霧密度和有毒氣體濃度；參數、和是權重，用于校準傳感器輸出與實際讀數之間的關系。

火場上的數據每秒更新一次，并通過4G（LTE）無線通信網絡傳送至指揮中心。在此次火災中，指揮中心成功接收了近12小時的數據，這相當于43 200組實時數據。在火災的高峰時段，溫度讀數達到了800°C，煙霧濃度為1500 mg/m3，有毒氣體濃度達到了200 ppm。

2.2 指揮調度與決策支持

在此次火災中，一旦傳感器采集到的數據通過4G（LTE）無線通信網絡傳輸至指揮中心，該數據立即輸入到高級的多媒體指揮調度系統中。這一系統是一個集成的平臺，融合了圖像、聲音和數據流，為指揮人員提供了現場感知。為了對火場情況做出迅速響應，指揮調度系統還與一個先進的決策支持系統（DSS）相結合。基于實時數據和火勢模型，DSS能夠在數秒內為現場指揮人員生成多種可能的滅火策略，并評估每種策略的潛在風險和成功幾率。采用以下的優化模型，DSS在火場的復雜情境中為指揮者提供策略建議：

，，

，" " " " " " " " " " " "（2）

式中，Z是預期的火場控制效果；x、y、z代表滅火策略中的不同參數，如資源配置、進攻路徑和滅火藥劑的使用量等；而和是約束條件，確保策略的可行性和安全性。在此次火災中，基于DSS的建議，指揮中心成功地在火場的南側部署了一個重要的滅火團隊，避開了煙霧和有毒氣體濃度最高的區域。

2.3 救援人員與資源定位

本次消防通信網絡應用了高精度的位置定位系統，為此次火災的應急響應提供了寶貴的數據支持。首先，救援人員配備了帶有GPS模塊和陀螺儀的穿戴設備。此設備每秒發送其位置和姿態數據，精度達到±2米。考慮到GPS在高樓和地下的信號衰減，增加了基于Wi-Fi和藍牙的室內定位技術，其精度達到±1米。

位置數據p（t）可以通過式（3）表示：

（3）

式中，為時刻t的位置；為初始位置；為時刻的速度。

結合上述傳感器數據，使用卡爾曼濾波器進行數據融合，獲得更穩定、準確的位置信息。卡爾曼濾波器公式為：

（4）

（5）

式中，是估計的最優狀態；是預測的下一個狀態；是卡爾曼增益；是觀測值；是轉換矩陣；是預測的狀態協方差；是觀測噪聲。

在此次火災中，通過上述系統，成功定位了一個被困的救援小組的精確位置，坐標為（23.456，45.678）（23.456，45.678）。隨后，指揮中心根據該坐標，迅速調配了最近的救援資源進行支援，大大加快了救援速度。

2.4 救援結果分析

在城市火災應急響應中，消防通信網絡為整個救援流程提供了強大的技術支持。為了更準確地評估其作用，表1重點分析了消防通信網絡的關鍵性。

從表1可以看出，消防通信網絡在城市火災應急中至關重要。低延遲的數據傳輸確保指揮中心快速、準確獲取現場信息，促進迅速決策。高網絡覆蓋率讓救援人員在任何位置都能保持通聯，提高救援效率。實時視頻分析和定位技術提升救援成功率，加快火情控制。物資配送效率體現了緊急情況下物資的快速、準確配送能力。

3" "消防通信網絡在城市火災應急響應中存在的問題

在復雜的城市環境中，高樓大廈、隧道和密集建筑可能導致通信中斷，信號遮擋或反射，以及城市電磁環境中的干擾，影響消防通信網絡的數據傳輸準確性。隨著網絡復雜性增加和數據量增長，數據安全性和隱私保護問題逐漸突出，確保數據傳輸不被截獲或篡改，并保護公眾隱私至關重要。此外，技術快速進步要求消防通信網絡進行定期維護和更新，這不僅需要大量投資，還需相關部門具備先進的技術知識和能力，以保障系統在緊急時刻的高效穩定運行[1]。

4" "消防通信網絡在城市火災應急響應中的解決策略

4.1 建設冗余和備用通信路徑

為了克服由于物理障礙和電磁干擾導致的通信中斷問題，建設冗余和備用通信路徑成為一種有效策略。這可以理解為在主要通信路徑的基礎上，額外設置多條獨立的備用路徑，以確保在主路徑受到干擾或中斷時，仍然可以通過備用路徑進行通信。具體做法如下：

（1）確定網絡拓撲結構。根據公式：

（6）

式中，代表通信節點；代表通信路徑的可靠性，可以確定最佳的網絡拓撲結構，選擇一個結構，使得值最大，即通信的可靠性最高。

（2）部署備用通信設備。在關鍵地點部署備用通信設備，如備用發射器、接收器和中繼器。這些設備的設置應當根據公式：

（7）

式中，表示設備數量；代表整體通信網絡的穩定性。

（3）建立通信路徑切換機制。通過算法，當主通信路徑發生故障時，系統可以自動切換到備用路徑。算法可以使用公式：

（8）

式中，是切換的時間窗口；代表切換的效率。

（4）定期測試備用路徑。為確保備用路徑的實時可用性，需要進行定期測試。測試頻率可以根據公式：

（9）

式中，代表時間間隔；代表測試的準確性。

4.2 強化系統的安全防護

在城市火災應急響應過程中，確保通信不被惡意干擾或第三方竊取是至關重要的。利用先進的加密算法，例如AES-256或RSA-2048，可以對傳輸的數據進行加密，從而保證其在傳輸過程中的安全性。此外，采用（式中，代表數據流量；代表系統安全級別）可以動態地調整加密等級，以適應不同的安全需求和系統性能。

對于物理設備的安全，應對關鍵通信設備部署防護措施，如加固的外殼、不間斷電源供應以及冗余的硬件設備，以防止其因外部物理干擾或故障而中斷工作。可根據公式（式中，表示審計頻率；代表發現漏洞的概率）調整審計和測試的頻率，確保系統安全。

4.3 定期的系統測試與更新

在消防通信網絡的應急響應領域中，系統的可靠性和實時性是評價其效率的核心指標。為確保系統能夠在關鍵時刻發揮其應有的作用，定期的系統測試與更新成為不可或缺的措施。首先，通過模擬真實的火災情境，對系統進行壓力測試，確保其能夠在高負載、復雜環境下正常運行。根據公式（式中，z表示測試場景的復雜度；T（z）代表系統在該場景下的性能），可以預測系統在不同火災情況下的響應速度和穩定性。

此外，隨著技術的發展和實踐的積累，新的算法、工具和通信協議不斷涌現，對系統進行及時的更新，以引入這些新的技術和方法，是保持其領先地位的關鍵。根據公式（式中，代表更新的內容量；表示系統性能的提升幅度），可以制定合理的更新策略，確保每次更新都能為系統帶來明顯的性能提升。

5" "結束語

消防通信網絡在城市火災應急響應中至關重要。文章詳細探討了其架構、應用、存在的問題及解決策略，強調了網絡在數據傳輸、指揮調度、資源定位及結果分析中的核心作用，并指出通信中斷、數據安全和系統維護等挑戰。提出了實際解決策略，并預見了未來物聯網和人工智能技術將使消防通信網絡向智能化方向發展。

參考文獻

[1] 王莉，費愛國，張平，等．智能應急指揮通信網絡新框架與關鍵技術研究[J]．通信學報，2023，44（6）：1-11.

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[3] 蔡浩，許超，李燕潔．5G無線通信技術在城市軌道交通中的應用[J]．電子通信與計算機科學，2023，5（4）：98-100.

[4] 張靚．城市地下綜合管廊智能消防應急照明系統的設計[J]．現代建筑電氣，2020，11（8）：16-18.