数字微波通信在消防救援通信中的应用分析

郭 浩

（应急管理部消防救援局昆明训练总队，云南 昆明 650208）

现代通信传输方法常用3种，分别为卫星通信、光纤通信以及数字微波通信。自20世纪50年代，人们便开始发展数字微波通信技术，起初是模拟微波传输，然后发展为准同步数字系列（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）数字微波传输，最终发展为同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）数字微波传输。微波设备也在不断更新，更加便携式、小型化、高效化，使得组网速度、安装速度、维护速度越来越快。

消防救援队伍需要承担救援任务，处理如矿山矿难、空难搜救、重大安全生产事故、废墟倒塌、道路交通事故以及化学品泄露事故等危险事故，还需要应对地震以及次生灾害、森林火灾、城市火灾、地质灾害以及气象灾害的抢险救援，通常会伴随公共通信基础设施的瘫痪，对消防应急救援的通信存在较大难题。随着我国科学技术的发展，数字微波通信可以在大多数场景中快捷使用。消防救援队伍在执行现场救援任务时，需要通过微波通信、超短波通信等方式来进行，并且需要将现场情况给后方人员进行回播，但受到距离和信号影响，需要可靠的通信技术才能确保救援任务顺利开展[1-3]。

消防通信支撑起消防部队的指挥系统，在灭火救援以及其他的应急救援中，必须依赖通信来合理调度救援力量，分配物资，掌握救援现场信息。特别是在城市中的高层建筑和复杂结构建筑中，火灾发生的原因、位置和可能的危险都需要后方人员进行分析，要有可靠的通信手段和救援现场的救援人员联系来告知现场情况，科学合理地展开救援工作[4,5]。

我国目前主要使用的消防救援通信频段为340～400 MHz的特高频，其中包括无线语音通信设备使用的350 MHz频段，无线图像传输设备使用的340 MHz频段等。微波频率资源有限，需要部署才能够使用，但是其具有不依赖中继系统的特点，成本较低、机动性强，在各种复杂环境下也可以部署使用，这是其他通信手段没有的优势[6]。

随着通信技术的发展和创新，新型技术越来越多，其中微波通信技术在各行各业中都有着重要应用。在实际应用过程中，微波通信借助电离层作为空间介质传播信号，建立室外单元作为收发信号的处理单元。一般情况下，救援任务会将室外单元设立在较高位置，特别是视野开阔的位置，微波通信技术在实际运用中展现出了对救援任务的独特优势，数字微波通信可以传播声音信号、画面信号以及数据信号。

数字微波通信技术是以时分复用技术作为基础的多线路通信体制，数字微波通信是通过模拟微波通信所演变的，2者的通信体制相同，都以多线路形式存在。数字微波通信的本质是复用技术，可以传播电话信号、数据信号、图像信号。各无线电波的频段和波长如表1所示。

表1 各无线电波频段和波长

目前，我国需要加强消防通信的建设力度，打造能够应用在任何场景下的消防通信系统来做到救援力量快速启动、快速部署的目的。在日常的火灾防害工作中，复杂结构建筑和高层、超高层建筑对信号有屏蔽作用，必须要有可靠的信号通信手段，由此研究消防救援通信势在必行[7]。常用通信方式的优缺点如表2所示。

表2 常用通信方式优缺点

在实际的消防通信中，可以有效分析采集的现场信息，确保现场信息的准确性和有效性。通过微波通信还可以实现语音沟通，确保救援任务中执行人员相互沟通、联系，并且建立指挥体系，让后方的指挥员和现场救援人员有效沟通。通过微波通信可以克服救援现场的复杂环境，确保沟通的有效性。运用微波通信技术不仅能够打破地理位置的局限性，克服复杂环境对信号的干扰，还可以确保后方指挥能够及时联络现场执行人员，实现互通互联[8]。

在应急救援工作中，搜救机器人可以给救援人员传递视频信号来帮助救援工作，特别是人们难以进入的危险位置，如倒塌的废墟等，通过视频画面信号以及红外、心跳感应等信息，可以帮助救援人员及时找到待救人员。微波通信技术可以将信号稳定传回给后方指挥体系，让后方的指挥人员能够准确且全面地判断灾害现场。在日常救援任务中，指挥体系必须确保现场的视频信号稳定、清晰，一旦视频传输受干扰，就会导致视频画面失真，缺乏可靠性，直接影响指挥体系下达救援任务，安排人员调度。

此外，在应急救援场景中，公网往往会处于瘫痪状态，微波通信是可靠、有效的通信方式，能够确保画面清晰。通过数字微波通信技术，可以传输地理信息、救援现场数据信息，深入了解一线救援力量的分布和现场情况的经济性，指挥系统通过救援现场的情况来指挥一线救援人员了解自身的方位、周边险情。地理信息数据支持着定位搜救和无人机航拍，能帮助指挥体系掌控现场情况，全面部署救援力量[9]。

1.1 抗干扰能力强

数字微波通信站点只需要建立在较高位置就可以实现有效信号传播，而在消防救援工作中，由于自然灾害的破坏性，很容易导致城市形成废墟，光纤线路破断。数字微波通信可以解决崎岖复杂的环境，利用空间介质传播信号，帮助应急救援工作快速建立指挥系统。此外，数字微波通信使用的空间介质是通信链路，便于部署和维护。在应急救援工作中，可以快速建立通信链路，而当次生灾害破坏线路时，可以快速维修，强化通信的抗干扰能力。

1.2 快速安装

数字微波通信系统最重要的模组是室外单元以及天线连接。室外单元需要连接中频电缆来进行任务，其体积较小、部署方便，还可以处理中频信号、射频信号，进行放大、转变等操作，是无线通信的过渡体，也是数字微波通信重要的物理层组成部分。这让数字微波通信具有组网速度快、使用面积小、维护方便等特点[10]。

1.3 设备体积小

数字微波通信的特点之一就是大量使用集成电路，这会降低设备的体积，减少电源消耗。在应急救援时，需要通信设备尽量不对环境造成影响，如在地震所导致的倒塌等次生灾害中，一旦施加过大的力，很可能导致连锁的废墟倒塌风险。因此，数字微波通信凭借设备体积小的优势可以提高在各类环境中部署的适应性，在崎岖不平的山路、废墟、洼地等环境中都可以快速整理出能够部署设备的地区。在消防救援中，速度会直接影响到救援的最终成果，由此小体积设备成为了数字微波通信的优势之一。

随着通信技术的发展，有效提高了消防救援工作的指挥能力。过去的通信传输效率慢，无论是灾害情况信息，还是消防救援信息，都难以及时传递，导致很难抓住救援黄金时间，及时开展救援工作。20世纪80年代，随着通信技术的发展，消防救援中通信指挥方面也得到了迅速发展，专门的火警通信可让消防人员及时获知灾害信息，快速开展救援工作。数字微波通信的发展进一步强化了在救援中消防通信指挥系统的稳定性，形成了效率较高的消防指挥体系。

在实际场景中，通信会受到很多的阻碍，如在高层、超高层中消防通道和电梯井内的救援工作受到封闭空间以及建筑材质的影响会干扰信号，阻碍后方指挥人员部署救援力量。在部分场所如火灾场景下，温度较高、烟雾弥漫，现场能见度低，噪声干扰大，一线救援人员之间相互联络需要依靠通信手段，一旦通信联络功能受到干扰，不仅影响后方人员了解现场情况、规划支援物资和人力，还会导致一线消防人员失联，产生威胁，增加火灾扑救代价。

我国城市所使用的通信方式大多是常规通信网络，而在密闭空间内，常规通信将会受到阻隔，需要单独给消防救援通信设置通信方式，保障一线救援力量不失联。在复杂条件下，各级消防力量需要一种快速部署、可靠性高且能够满足各类场景使用的通信技术，如数字微波通信技术，其抗干扰能力强，受到周遭环境影响小。在这些场景中，需要进一步小型化微波通信设备，使得能够快速部署，强化通信能力。

2.1 通信在救援中的效用

2.1.1 迅速识别救援信息

在开展救援工作时，需要通过通信指挥系统来调度人力物力，如倒塌的废墟需要千斤顶等物资才能进行救援工作，而生命探测系统可以帮助消防人员找到待救人员。在火灾场景中，浓烟滚滚，能见度低，同时火灾常常发生在建筑物的内部结构，不利于消防人员开展救援工作，这就需要在后方的技术人员通过科学技术模拟建筑物情况搜集信息，指挥消防人员开展救援任务。

2.1.2 科学分配消防资源救援

在常见的火灾救援任务中，大部分发生在市区，而城市是高密度人口聚集地，消防力量不能够全部部署到一个救援任务中，大多数情况下，接线员通过沟通来判断灾情严重程度，然后分配消防力量，调用一辆或者多辆消防车。消防救援是需要实时沟通的严谨的科学任务，消防员在赶到现场后，往往会在消防车内预留一名或者多名指挥人员，不仅负责总体救援指挥任务、疏散民众任务，还需要和消防总部通信，及时汇报灾情情况，判断是否需要增员。冬季较为干燥，火灾频繁，这就需要后方人员精确部署消防力量，确保每一场消防救援任务都能够有可以调用的消防力量，尽快到达火灾现场，抓住救援时间。

2.1.3 保障消防人员安全

在火灾救援任务中，首先要确认火灾起因，不能够冒然用水扑救，避免如化学、电源等次生问题的出现。出动火警时，消防人员会在消防车上和后方人员沟通来获取现场状况，确定到达现场后的任务分配。指挥系统可以为消防人员说明现场情况，并传递火灾信息和救援任务分析信息。

在森林火灾救援工作中，通信尤为重要。火灾所发生的位置，基站不一定能够全覆盖，常规通信容易出现丢失信号的问题，而车载数字微波通信系统可以帮助消防人员实现指挥系统的建立。森林火灾最危险的就是不能够辨认现场情形，这会导致消防人员无法辨认火情状况，容易陷入火海，受到生命威胁，利用空中侦查体系以及通信指挥手段可以及时调动消防人员，躲避火灾威胁，辅助救援任务。

2.2 微波通信在实际场景中的应用

开展消防救援工作时，确认消防救援方案必须以通信作为基础，还需要消防人员之间保持联系，便于在救援任务场景中随时保持联系、听从调度，汇报现场情况。为了应对救援工作中意外情况，要时刻保持有效通信，数字微波通信技术便是实际场景中的可靠通信技术，可以确保沟通稳定性，并且能够及时掌握现场情况，判断是否请求支援。

2.2.1 野外大面积搜救

在野外大面积搜救工作中，传统方式是人挨人进行大面积搜救，避免救援人员失去联系，但救援效率较低，不容易发现待救人员。野外搜救的困难在于通信的不稳定，这会导致救援人员相互难以有效沟通，造成生命威胁，因此稳定的通信手段极为重要。微波通信可以在复杂环境中稳定传播，能够应对如戈壁、深林、高山、海洋等场景。综上，基于野外地区的特点，需要及时应用微波通信。

2.2.2 地震中及时恢复通信

在地震救援任务中，救援现场具有复杂性和危险性，救援人员必须确保自身的安全和救援现场的情况才能开展救援活动。通信至关重要，不仅需要依靠通信与部署下来的救援人员取得联络分化救援任务，还需要依靠通信来沟通好废墟挖掘地点和申请调用的设备。

地震所形成的废墟下，存活的人往往处于复杂的环境中，废墟的各种碎片共同支撑起了生存空间，所以不能够轻易挖掘。消防救援力量需要合理部署，协同任务，沟通好执行程序来避免发生危险。

由于通信在地震中有着很大的作用，因此在应对地震灾害时，消防人员赶到救援现场后需要抓紧时间恢复瘫痪的通信，此时有线固定通信以及无线移动通信处于瘫痪状态，凭借数字微波通信的优势与特点快速建立通信基站、恢复通信能力是第一要务。对比来说，卫星通信也是可靠的通信手段之一，但是在地震灾害现场可能存在多支救援力量，存在卫星通信频段占用的问题，所以应选用具有稳定性的通信。

可靠稳定的通信可以有效提高消防救援任务的效率，确保救援人员和待救人员的安全。在火场等灾害场景下，通过通信技术让一线执行人员相互保持沟通，能够极大确保救援人员的安全。通过通信技术，指挥系统可以给救援人员分配任务，说明现场情况。在大场景救援任务中，如地震灾害救援现场，要通过指挥体系来调度人员信息，部署救援力量，这就需要通信作为救援任务的基础。在实际场景中，救援任务最大的挑战就是信息传递不清晰，受干扰影响，火灾等灾害现场极为危险，一旦出现差错，不仅可能危害到待救人员，浪费救援时间，还会危害到一线救援人员的人身安全。通过发展数字微波通信技术，可以提高现场通信能力，强化沟通，帮助后方人员指挥，全面开展救援任务。

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