无人机空中中继技术在消防救援通信保障中的应用与前瞻

关键字：空中中继；通信；救援

1 引言：消防救援通信的现实困境与突破方向

在现代城市与复杂自然环境构成的救援场景中，通信中断已成为制约消防救援效率的核心痛点。当灾害发生时，传统地面通信设施极易遭受破坏——基站损毁、线路中断、信号盲区等现象频发，导致指挥指令无法下达、现场信息无法回传、多方力量无法协同的“三无法”困境。消防救援通信保障的演进历程可划分为三个阶段：最初的地面依赖阶段（依赖有线通信与地面无线中继），初级空中辅助阶段（直升机中继与卫星通信），以及当前正在形成的智能化无人机中继阶段。随着系留供电、通感一体化、自组网等关键技术的突破，无人机空中中继正从辅助手段升级为核心通信保障设施。

2 核心技术突破：从单机中继到智能组网

无人机空中中继技术的实用化进程，离不开多项核心技术的协同突破。这些创新不仅解决了传统中继手段的固有缺陷，更为复杂救援场景提供了定制化解决方案。

2.1 系留无人机技术：系留无人机是通过一条轻质电缆与地面连接，获得持续的电力供应和稳定的数据传输通道。解决了常规无人机续航不足和数据链路不稳定两大瓶颈。这种“永不疲倦的空中哨兵”模式，特别适合大范围火灾、危化品泄漏等需要长时间监控的救援场景。

2.2 通感一体化技术：5G-A 向 6G 演进中的通感一体化技术，正赋予无人机前所未有的环境感知与智能决策能力。特别是 6G 通感技术将感知精度提升至毫米级别，大幅提升了频谱效率和系统响应速度。将使大型建筑结构微变形监测、隐蔽火源探测等精细化任务成为可能。

2.3 协同中继组网技术：单一无人机受限于视距覆盖和载荷能力，难以满足大范围救援需求。多机协同组网通过构建“空中通信链”，实现了信号接力传输与区域无缝覆盖。系统采用多模态信号融合机制，有效克服了浓烟、雾霾等复杂环境下的信号衰减问题。

2.4 智能自主与抗扰技术：复杂灾场环境对无人机系统的自主决策和抗干扰能力提出严峻挑战。新一代无人机中继系统融合了 SLAM 环境建模、深度强化学习避障和抗电磁干扰等关键技术。这些技术创新使无人机中继系统具备了在极端恶劣环境下的生存能力和功能持续性。

3 多场景实战应用：破解消防救援通信痛点

无人机空中中继技术的价值，在消防救援的多种复杂场景中得到实证检验。其应用模式已从简单的信号中转，演进为融合通信、侦查、监测、指挥于一体的系统性解决方案。

3.1 高层建筑火灾救援

现代城市中超高层建筑的复杂结构和密集钢筋，对无线信号形成严重屏蔽效应，常导致楼内外通信完全中断。系留无人机悬停于建筑外侧，在火场上空形成稳定的“空中信号灯塔”。在 300 米以上超高层救援中，无人机中继可提供较传统消防通信车高10 倍以上的信号穿透能力。

3.2 森林山火扑救指挥

森林火灾常发生在地形复杂、公网覆盖薄弱的偏远山区，传统通信手段在此类环境中几乎完全失效。无人机集群通过多跳中继组网，构建起覆盖火场的“空中通信走廊”，应用使前线指挥部获取信息的延迟从小时级缩短至秒级，指挥效率提升 300% ，为“打早、灭小”提供了关键信息支撑。

3.3 多山地区全域监控

针对山区信号盲区难题，目前很多地区都建设了“空中 + 地面”一体化消防巡逻系统，实现按航线自动巡查、接警及时应急响应、自动推送分析报告三大功能。这一体系使森林火情识别率提升 65% ，初起火灾响应时间压缩至 5 分钟以内，开创了“无人机全时守护”的防火新模式。

3.4 极端环境应急通信

在地震、雪崩等导致地面基础设施完全损毁的极端灾害中，无人机中继系统展现出不可替代的价值。目前已有通过卫星- 无人机- 手持终端的三级架构，在无地面支持环境下构建应急通信网络。特别适用于地震带、偏远山区等传统通信设施薄弱的灾害多发区，为“断路、断电、断网”极端条件下的救援提供最后一道通信保障。

4 挑战与应对策略：走向规模化应用的必经之路

尽管无人机空中中继技术展现出巨大潜力，其规模化应用仍面临多重挑战。这些瓶颈问题的解决，需要技术突破、标准建设、成本优化和政策支持的协同推进。

4.1 技术瓶颈及创新方向

当前最突出的技术限制集中在续航能力、极端环境适应性和频谱管理三大领域。主流消防无人机电池续航普遍低于 60 分钟，难以满足长时间救援需求。二是优化系留 - 自由飞行协同模式，由系留平台为自由飞行器动态充电。在极端环境适应性方面，高温、高湿、浓烟等复杂环境仍影响设备可靠性。三是频谱资源管理是另一关键挑战。

4.2 标准体系与空域管理

标准缺失和法规滞后已成为制约行业发展的主要制度障碍。当前消防无人机在适航认证、频率使用、数据协议等方面缺乏统一标准，导致跨区域协作困难。

4.3 成本优化与建设模式高昂的系统成本是基层消防单位部署无人机系统的主要障碍。一套完整的中继系统通常包含飞行平台、通信载荷、控制站和保障设备，初始投入超过百万元。创新建设模式成为破题关键。

5 未来展望：从技术融合到体系重构

随着低空经济已成为国家战略新兴产业，无人机空中中继技术将迎来更广阔的发展空间。未来五年，该领域将呈现三大演进趋势：

一是 6G 融合与通感算一体化成为技术演进主线。5G-A 向 6G 的过渡将催生新一代无人机中继系统，将会在通信层面、感知层面、算力层面实现技术飞跃，提升指挥数字化决策。

二是集群智能与异构协同将重构救援模式。单一功能无人机群将进化为“感知- 中继- 处置”多功能集群体系：小型侦察机渗透危险区域；系留无人机构建通信主干；重型物流机投放救援物资。

三是空天地海一体化网络是未来发展方向。无人机中继节点将与卫星、地面基站、水下通信设备深度融合，构建全域覆盖的应急通信网络。

6 结语：通向智能化救援之路

无人机空中中继技术正深刻重塑消防救援通信保障体系，其价值已超越单纯的技术工具革新，更代表着应急通信范式的根本性转变。要实现这一愿景，仍需在基础理论、核心器件、系统集成层面持续突破。尤其需要科研机构攻关芯片级抗干扰通信、高能量密度电池等底层技术；企业推动通感一体化设备、智能集群平台等产品研发；消防部门深化应用创新与战术开发；政府部门完善标准规范与空管政策。只有通过多方合力，才能使无人机空中中继技术真正成为守护生命的“空中信息生命线”，为我国应急救援体系现代化建设提供坚实支撑。

参考文献：

[1] 应急管理部消防救援局. 智能无人机救援通信系统建设技术指南.2024.

[2] 中兴通讯技术报告. 面向6G 的通感技术演进及场景应用.2025.

[3] 李攀、刘维等 . 浮空通信中继平台在森林消防队伍指挥通信中的应用研究 [J]. 中国电子科学研究院学报，2021（1）：68-71.

[4] 赵太飞、潘飞翔、张玖、张爽 . 低空湍流中机载无线紫外光中继通信性能分析 [J]. 光学学报，2025（6）：03-21.

姓名 : 李桃念，出生年月 :1986 年 03 月，性别 : 男，民族 : 汉，籍贯 : 河南开封，学历: 大学本科，职称: 初级技术职务，研究方向: 信息通信