我国森林消防应急通信装备体系建设概述_沈峻岭.pdf

42 2023-01 防灾博览科技|SCIENCE&TECHNOLOGY随着国家对森林防火工作的重视和信息技术的发展，近二十年来，我国森林消防应急通信装备体系建设发生了巨大的变化，实现了从一种通信手段向多种通信手段发展演变，从语音单业务通信向语音、数据、视频多业务通信发展演变，从地面通信向天空地一体化通信发展演变，从异构通信系统向融合通信系统发展演变，从纸质地图图上作业向电子地图网上协同作业发展演变，这些发展演变极大提升了森林消防队伍整体作战能力、协同指挥能力和辅助决策能力。我国森林消防常用应急通信装备森林消防常用应急通信装备主要包括短波电台、超短波电台、北斗卫星终端、卫星电话、卫星站（宽带卫星站）、无线自组网终端、无人机、机动通信系统等。应急通信装备按传输速率分为：窄带应急通信装备和宽带应急通信装备。短波电台、超短波电台、北斗卫星终端、我国森林消防应急通信装备体系建设概述卫星电话属于窄带应急通信装备；卫星站属于宽带应急通信装备；无线自组网包括无线窄带自组网和无线宽带自组网；应急通信装备按传输距离分为：远距离应急通信装备和近距离应急通信装备。短波电台、北斗卫星终端、卫星电话、卫星站属于远距离应急通信装备；超短波电台、无线自组网终端属于近距离应急通信装备。无人机属于空中平台，机动通信系统属于通信枢纽。短波电台指使用频率为330MHz电磁波进行无线电通信的设备。短波电台主要用于语音通信，依靠地波、天波两种方式传播，地波能传播几十公里，天波经电离层与地面之间多次反射能传播几千公里甚至上万公里；用于森林消防短波电台有固定短波电台、车载短波电台、背负短波电台。作者简介沈峻岭，原武警森林指挥部信息化处处长，现为希诺麦田技术(深圳)有限公司应急产品负责人，参加森林火灾扑救通信保障工作百余次，获国家科学技术进步二等奖一项、全军科技进步一等奖一项、武警部队科技进步二、三等奖各一项。文/沈峻岭 Overview of Disaster Prevention 2023-01 43超短波电台指使用频率为30300MHz电磁波进行无线电通信的设备。超短波电台主要用于语音通信，依靠空间波传播，空间波包括直射波和反射波；超短波电台通信距离与发射功率、天线增益、天线高度，及地形地貌有关。超短波电台按信号处理方式分为：模拟超短波电台和数字超短波电台，数字超短波电台比模拟超短波电台通话质量好、频率利用率高、保密性能强。超短波电台主要包括手持台（对讲机）、车载台、固定中继台、背负中继台。通常情况下手持台在林内通信距离大约 13 公里，车载台在林内通信距离大约 510 公里，固定中继台架高覆盖半径可达几十公里，背负中继台在林内覆盖半径约510 公里。固定中继台主要用于林区超短波组网，可覆盖一定区域，通常安装部署在瞭望塔或铁塔上；背负中继台通常随扑火分队进山入林，用于延长分队间超短波通信距离。卫星电话我国森林防火常用卫星电话有：海事卫星电话、铱星电话、欧星电话、天通电话。海事卫星电话最初用于船舶与船舶之间、船舶与陆地之间的通信，可进行通话、数据传输和传真，所以被称作海事卫星电话。海事卫星属于高轨同步卫星，主要覆盖南北纬75度以内区域。包括：手持、便携、车载、船载等终端。铱星电话是由 66 颗环绕地球的低轨卫星网组成的全球卫星移动通信系统，覆盖全球（包括南北两极），是迄今全球覆盖最广的卫星通信系统。包括：手持、车载、船载等终端。欧星电话是由美国波音公司建造，总部设在阿联酋的阿布扎比，其卫星属于高轨同步卫星，网络覆盖全球 1/3区域，在我国高纬度地区卫星信号要弱些。主要包括：手持、车载终端。天通电话是由我国自主研制建设的卫星移动通信系统，覆盖区域主要为中国及周边、中东、非洲等相关地区，以及太平洋、印度洋大部分海域。主要包括手持、车载、船载终端。北斗卫星终端北斗卫星导航系统（英文名称：BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS）是我国自行研制的全球卫星导航系统，可在全球范围内为各类用户提供全天候、全天时，高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并且具备短报文通信能力。北斗卫星导航系统从研制至今经历三次迭代，第一次手持台车载台固定式中继台背负式中继台手持便携车载船载手持车载船载手持车载船载手持车、船载44 2023-01 防灾博览迭代从 19982004 年，称为北斗一号系统；第二次迭代从 2004 年到 2009 年，称为北斗二号系统；第三次迭代从2009 年至今，称为北斗三号系统。北斗卫星终端包括指挥机和用户机，指挥机可对注册到本机下的用户机进行定位、报文信息监督管理，并可对所属用户进行报文广播。指挥机根据所能注册用户机最大数量进行型号划分，如 100 型、500 型、1000 型等；用户机主要包括手持、车载、机载等类型终端。卫星站也称为宽带卫星站，可进行语音、数据、视频等业务传输。主要包括卫星便携站、卫星车载站两种终端；按使用频段分为：Ku、Ka 两种频段终端，Ka 频段的卫星俗称高通量卫星，所谓高通量是相对传统宽带卫星而言能提供更高带宽和速率。卫星便携站包括手动对星和“一键式”自动对星两种终端，手动对星相对于自动对星终端体积更小、重量更轻；卫星车载站包括“动中通”和“静中通”两种终端，“静中通”天线相对于“动中通”天线有更好的性价比。无线自组网是由一组带有无线收发装置的可移动节点所组成的一个临时性多跳自治系统，它不依赖于预设的基础设施，具有可临时组网、快速展开、无控制中心、抗毁性强等特点。无线自组网分窄带和宽带自组网。无线窄带自组网主要包括手持、背负、车载终端，主要传输语音信息；目前，无线窄带自组网比较成熟稳定的产品最多支持3跳32个节点，理论上每跳通信距离 5公里，林内每跳通信距离约 13 公里；无线宽带自组网主要包括手持、背负、车载、机载终端，可传输语音、数据、视频信息。目前，无线宽带自组网比较成熟稳定的产品最多支持 6 跳 16 个节点，手持终端林内每跳通信距离约 0.51 公里，背负终端林内每跳通信距离约 13 公里。无人机在森林防火中主要用于空中巡护和火情侦察。按用途可分为军用级、工业级和消费级。按照机翼构造可分为固定翼、单旋翼、多旋翼等；车/机载手持手动自动动中通静中通消费级无人机工业级多旋翼无人机工业级垂直起降无人机单旋翼无人机科技|SCIENCE&TECHNOLOGY Overview of Disaster Prevention 2023-01 45一是短波通信作为传统远距离语音通信手段，受气候、环境影响大，通联率低，且野外架设、撤收不方便，正在逐步被卫星电话所取替，目前已渐渐成为森林消防边缘化应急通信装备。二是超短波通信作为近距离主要通信手段，在林内通信距离近，受高山遮挡不通，这两个问题长期困扰火场通信保障。三是卫星电话在林内使用受树木遮挡信号不稳定，存在盲区和死角，被叫用户将卫星电话当作手机一样放在兜里或拿在手上很难打通。另外，接打电话时电话天线要朝向指定方向，所以，卫星电话用户体验不是很好。四是北斗卫星终端在林内使用同卫星电话一样受树木遮挡信号不稳定，存在盲区和死角，且一次发送不超过 46个汉字，每次发送信息有 30 秒或 60 秒不同频度时间间隔，操作使用不便捷。五是无线窄带自组网终端与现有的超短波电台不兼容，很难推广。六是无线宽带自组网终端操作性、易用性、稳定性还达不到用户需求，还处于试用改进阶段，尚未广泛推广普及。七是卫星便携站架设时需在空旷地带，且在一定范围内不能有遮挡，不适合随扑火分队进山入林。八是宽带卫星设备在前指使用范围受限，只能在卫星通信车或卫星便携站附近一定的范围内使用。九是无人机火情侦察信息查看受限。1.由于无人机火情侦察信息通过无人机地面站接收，所以前指指挥员只能在无人机地面站附近查看，不能随时随地查看，限制了指挥员查看范围。消费级无人机一般为多旋翼无人机，体积小，续航能力、飞行距离非常有限；工业级无人机多为固定翼、旋翼无人机，相对于消费级无人机具有更长的续航能力、更远的飞行距离、更大的任务载荷、更可靠的安全保障。机动通信系统指设置在车辆、飞机和船舶等运载工具上的通信系统。机动通信系统是相对于固定通信系统而言的，它能移动到所指定的任务位置，并为各级指挥员提供指挥通信功能，通常也能在运动中提供这些功能；机动通信系统通常伴随前指保障，是应急通信的枢纽，具有承上启下的作用。用户根据需要选择安装短波、超短波、卫星电话、北斗卫星终端、卫星车载站等通信装备，以及装配相应的控制系统、显示系统、音响系统、电源系统等。综上所述，目前我国森林消防后方指挥所与前方指挥所之间有短波、卫星电话、北斗、宽带卫星、LTE 五种通信手段；后方指挥所与扑火分队之间有短波、卫星电话、北斗三种通信手段；前方指挥所与扑火分队之间有短波、超短波、卫星电话、北斗四种通信手段。我国森林消防应急通信不足之处森林消防队伍的主战场是林区，由于我国大部分林区通信基础设施比较落后，为此，森林消防队伍执行任务时通常以自我通信保障为主，而应急通信装备大多数都是无线通信装备，无线信号在林内传播受树木遮挡有一定损耗，极大影响通信质量和效果。虽然目前森林消防队伍配有多种应急通信装备，既有宽带通信装备，又有窄带通信装备；既有远距离通信装备，又有近距离通信装备，但每一种应急通信装备在应用中都存在一定的不足，无法完全满足用户需求。46 2023-01 防灾博览2.扑火分队虽然能看前指无人机在火场上空进行火情侦察，但却接收不到无人机火情侦察信息。3.扑火分队使用无人机进行火情侦察时，前指指挥员、协同作业分队指挥员虽然能看到无人机，但接收不到无人机火情侦察信息。4.如同一地区有多个火场，前指、各扑火分队多架无人机进行火情侦察时，各单位的火情侦察信息不能共享，不便于后指、前指指挥员全面了解、掌控火场态势。十是火场最后几公里数据传输受限。前指与分队之间只有对讲机、北斗终端两种通信手段能传输数据信息，但只能传输报文信息，不能进行文件、图片、视频等信息传输。协同作业扑火分队之间同样也只能传输报文，不能进行文件、图片、视频等信息传输。虽然近些年来我国森林消防应急通信装备建设取得了长足进步，但以上不足之处，导致各级指挥员在指挥通信时总有一种“指挥不顺畅、信息不通畅、使用不方便”的感觉，这些不足正是我国森林消防应急通信保障今后一段时间需研究和解决的问题，也是未来应急通信建设发展的主要方向。我国森林消防应急通信发展趋势需求决定发展、发展驱动科技、科技实现需求，我国森林消防应急通信发展趋势一定是以需求为牵引，以科技为支撑，通过装备和体系架构同步发展双轮驱动应急通信建设不断向前演进。科技|SCIENCE&TECHNOLOGY Overview of Disaster Prevention 2023-01 47从装备发展上来看：一是短波电台优化改进的空间很小，今后不可能作为远距离应急通信主要手段，只能作为一种保底通信手段。二是超短波电台技术指标已接近理论值，很难有所突破，但短时间内不可能有替代产品，一段时间内应是近距离通信主要手段。三是卫星电话受技术体制的限制，其缺点虽然短期内不可能解决，但仍是森林消防不可或缺的应急通信手段。四是北斗卫星经过二十多年的发展和迭代，产品和功能已基本固化，今后发展的重点是将定位和报文功能与业务系统的结合应用。五是宽带卫星作为火场与后方指挥所之间主要通信链路，今后将向更高的带宽和速率方向发展。六是无线窄带自组网与现有的超短波电台是两种不同技术体制，短期内不可能替换超短波电台，但却是未来发展方向。七是无线宽带自组网是目前解决前指宽带卫星使用范围受限、无人机侦察信息查看受限、火场最后几公里数据传输不畅最佳有效手段，是未来应急通信装备发展的主要方向。八是机动通信系统随着宽带通信向火场一线进一步延伸，今后将会成为网络边缘计算一个重要节点。九是智能化单兵终端是未来应急通信装备发展必然趋势。从体系架构上来看：一是天空地一体化发展是今后应急通信发展的必然趋势，即天基往宽带卫星方向发展，空基往飞行器方向发展，地基往无线宽带自组网方向发展。二是全网 IP 化