基于光纤技术提升“三断”极端环境下消防救援现场应急通信保障能力

摘要：在狭长空间特殊场景下救援时，传统的通信设备无法满足前后方通信联络，本文通过一种现场光纤有线通信，结合现今发展迭代成熟的手机终端，实现在狭长空间常规网络瘫痪后迅速建立网络结点，基于rtsp/rtmp低延时传输协议，无需部署复杂的服务器，终端即服务，开机即部署，秒级可接通。

关键词：有线、光纤;狭长空间;救援;应急通信。

一、引言

为了适应狭长空间及断电断网断路等三断严酷救援环境的需要，建设一套前方指挥部与救援前端的有线通信指挥体系就显得非常必要，能够快速便捷地部署，能与救援前端进行音视频通信并且下达指挥调度命令，能够将前端的音视频实时传输到前方指挥部。有线通信指挥体系由软件和硬件协作组成，软件包括平台服务端软件、PC端通信软件、安卓APP通信软件；硬件包括有线通信指挥端、有线通信前端、长距离光纤等。现场光纤有线通信组网，应用于救援现场无公网或公网信号差，难以保障救援第一现场与后方指挥部的音视频传输，利用光纤进行有线通信组网，保障救援前沿和后方指挥部的音视频传输，特别是能在有限空间救援情况下的充分保障音视频传输[3]。复杂环境下，可与后方公网或卫星组网情况下连用，实现与后方指挥中心指挥视频的音视频保障。

二、消防救援狭长空间应急通信能力保障存在的问题

福建省位于我国东南沿海，以山地、丘陵地形为主，丘陵山地面积约占全省总面积的80%。以龙岩地区为例，龙岩城市地处龙岩盆地，境内山岭与河盆地相同，呈带状分布，形成“三峡二谷”的地形大势。龙岩市境内有中山、低山、丘陵、平地四种基本地貌，其中平地仅占全市总面积的5.17%。 中山和低山分别为38.06%和40.49%。由于自然地形、地貌的原因，龙岩高速公路、县道、国道建成的隧道较多，平地较少，地下狭长空间的建成率和使用率较高，针对此类事故的应急通信保障能力的要求较高。

（一）地下狭长空间灾害场景

在沈白高铁隧道“8·15”火灾扑救中，通信保障力量成立“三组一中心”，并依托动中通卫星指挥车建立现场指挥部，按照“一部六组、挂图作战”模式，制作搜索救援任务现场态势图，叠加现场制作的二维正射影像图、灾前卫星图等，进行灾情前后多维对比，并将力量部署、搜救区域和数据测算等信息一张图上标绘展示，如图1。目前，队伍配备的图传设备多以公网为主，自组网设备不足，缺少实用便携的通信、定位、导航等设备，无法满足复杂地形、公网中断情况下通信需要。此次救援，受隧道结构环境影响，仅靠传统的公网传输手段难以满足隧道内部通信需要[2]。

（二）地下狭长空间灾害场景应急通信保障测试

通信测试通信复盘测试，进行了窄带语音自组网、宽带图像自组网、综合定位设备测试。其中，在距洞口420米位置时，单兵信号灯出现红色闪烁状态，图像出现卡顿现象，继续向前突进 10 米后单兵信号灯不亮，信号完全消失；在综合定位设备测试中，位网关及指挥平板进入隧道分别在距洞口25 米、75 米、175米、400米，设备定位能力发生变化，并得出结论，综合定位设备在此隧道适应长度范围约为100-150米，在超出此距离时应架设中继，提高综合定位设备的范围[2]。

（三）地下狭长空间灾害场景应急通信保障难点

由于地下狭长空间环境导致，常规通信手段、通信方法效果不佳，质量不好，因此要求设计的通信方案需要具备保持稳定信号连接的能力；消防救援队伍要求快速反应、及时响应，所携带的装备应具备便携特征[4]，面对不同类型的应急通信救援保障工作，中继节点、前方指挥部可能设置在任何具备通信指挥优势的位置，如果设备体积、负重过大，会影响应急救援准备工作。复杂灾害条件下应急通信保障的能力关键在于日常训练的频次和质量，地下狭长空间灾害事故情况复杂，应急通信保障要求高，难度大，需要加大对此类灾害事故的专业训练和实战化演练[5]。

三、光纤有线通信技术优势分析

通信的发展过程是以不断提高载波频率来扩大通信容量的过程，光频作为载频已达通信载波的上限，因为光是一种频率极高的电磁波，因此用光作为载波进行通信容量极大，是过去通信方式的千百倍，具有极大的吸引力，光通信是人们早就追求的目标，也是通信发展的必然方向。

（一）可靠性高

现在常用传输视频信号的电磁波频率在1.4GHz-5.8GHz，波长=3.0*10^8/频率，计算得出波长为0.214m-0.052m，这类波长的电磁波在空气中绕射能力弱，建筑物的宽度≥0.214m电磁波被阻挡，信号衰减。而光纤有线通信由于其采用光纤进行信号传输的特点，需要物理布线，这种方式不易受地形、环境等因素的影响，具有信号传输稳定，抗干扰能力较强的特点。

（二）传输距离远

目前普遍用于网络传输的媒介主要以网线为主，网线超过100米需要增加交换机进行信号放大，超过4级级联，整个网络丢包和衰减明显，网线更适用于短距离的网络传输。无线电波的覆盖距离与电磁波的功率和天线增益有关，通过提高发射功率可以弥补距离传输局限，工信部对于与人体密切接触的设备的发射功率有着严格规定，无法有效提高建筑物内的无线信号的传输距离。光纤传输，它是以光导纤维为介质进行的数据、信号传输，利用的是光全反射原理，它是以光导纤维为介质进行的数据、信号传输，单根光纤在不使用中继器的情况下，传输距离通常能达10公里以上。

（三）传输带宽高

以光纤为例，在实验室中，单条光纤最大速率已经达到26Tb/s，六类网线理论传输速率是1Gb/s，4G LTE理论速率100Mb/s。综合以上，光纤的传输带宽较大，一根光纤就可以完成双向传输，传输数据容量宽裕，光纤通信不会把数据广播到周围区域，所以可以在保障数据安全的前提下实现数据传输和控制，安全性有保障。

四、利用光纤通信技术搭建应急指挥体系

狭长空间应急通信保障任务，存在断电、断网、断路等“三断”极端环境，如图2，建设一套前方指挥部与救援一线的应急通信指挥体系就显得非常必要。通过长距离的光纤线缆，完美契合狭长空间的应急通信保障需求，能够快速便捷地部署，并与救援一线进行音视频通信下达指挥调度命令，能一线的音视频实时传输到前方指挥部，实现实时互联互通。

（一）光纤有线通信技术使用场景分析

有线通信具有传送稳定、快速、安全、保密等特点，得到了广泛应用，以其架设容易，使用方便，操作简单、快捷、明了，有线通信应用无线通信技术还可实现移动中的通话。如图3，指挥端和前端使用光纤就行长距离连接，有线通信指挥端指挥在后方使用网线与有线通信服务器连接，有线通信前端主机使用各类通信采集设备将前端的画面回传，供后方决策部署。

（二）光纤有线通信指挥体系结构及原理

有线通信指挥体系由软件和硬件协作组成，如图4，软件包括PC服务端软件、APP通信软件；硬件包括有线通信指挥端、有线通信前端、长距离光纤等；设备均采用模块化装箱，一键启动开机，前端和指挥端内置锂电池，可确保72小时不间断使用。指挥端和前端通过光缆远距离连接，智能手机与前端通过无线连接，电脑和后端通过无线连接，组成光纤远距离音视频调度系统，无需人工干预，开机即部署。

（三）光纤有线通信指挥体系的应用

光纤有线通信指挥体系是一种封装了诸多传输、网络、安全等特性的通信指挥系统，可用于更高效的网络体系以及灵活的指挥调度，特别是能在隧道、井下、大型地下综合体等狭小空间内充分保障音视频调度，解决在一些救援现场无公网或公网信号差，第一现场消防救援人员无法随时有效的与距离较远的指挥部进行畅通的音视频传输，容易造成救援指挥不及时，造成严重的损失。为了保证光纤通信的正常使用，首先要做好光纤通信设备的正常维护和检查，防止在设备过程中出现故障，造成网络传输一定程度的影响。光纤光缆损质地脆，机械强度差，光纤光缆的弯曲半径不能过小（>20cm）光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术，它的分路、耦合不灵活。

五、结束语

本文以建立狭长空间的光纤有线通信为例，分析基于光纤技术提升“三断”极端环境下消防救援现场应急通信保障能力建设的必要性和可行性，辅助消防救援队伍“平时”和”战时”应急救援工作，为灭火救援工作提供有效决策。

参考文献：

[1]王建军等.光纤传感网络在灾害监测中的应用[J].光通信研究，2021（4）：12-17

[2]严恩泽.从沈白高铁隧道“8·15”火灾扑救浅析隧道救援应急通信保障对策[J].中国应急救援，2023，No.99（03）：63-67.DOI：10.19384/j.cnki.cn11-5524/p.2023.03.010.

[3]薛剑.复杂灾害现场应急通信保障能力提升对策[J].中国人民警察大学学报，2022，38（04）：54-57.