森林灭火应急指挥通信系统建设应用

陈利明 邵平 程竹亮 陈文

0 引言

我国是森林大国，近年来森林面积稳步上升。1949年至2008年，我国森林火灾频发，次数高达14144次；2009年至今，虽然我国森林防火情况转好，火灾次数和受灾面积持续下降，但基数仍然较大，森林防火形势依然严峻[1]。森林火灾现场地形复杂，公网难以覆盖、供电遭到毁坏导致公网中断的情况时有发生，致使扑救队伍队形分散，指挥员不能及时掌握扑救人员位置及火情，因此在森林灭火作战中，携带方便、展开迅速、实时畅通、精准定位、协同标绘的应急指挥通信系统至关重要。

基于GIS的可视化指挥调度系统，集成卫星通信、自组网设备、多模终端、370兆基站和微惯导定位等技术构建的森林灭火应急指挥通信系统，具备部署快捷、组网灵活、应用场景多样等特点，实现一线扑救人员与火场前线指挥部、后方指挥中心的互联互通。该系统可以对扑救人员进行精准定位，快速、实时、准确收集现场信息，帮助各级指挥员实时了解一线火情，通过视频、会议、协同作业等形式，对扑救人员实现可视化指挥调度。

1 森林灭火通信指挥面临的困境

森林资源大多位于偏远山区，并且具有集中性强和单位面积广袤的特点，很多林区内部的通信设施几乎空白，不仅没有地面的有线通信系统，同时也没有可供利用的无线通信系统。由于森林的覆盖，卫星通信和定位信号有时也难以传达到地面，应急通信指挥车难以到达核心灾害地点，无人机等机载平台难以升空，这将导致一旦发生灾害性事故，无法在第一时间排查危险源并对危险区域进行定位和展开救援；同时在灭火救援的过程中，人员定位、火情研判、指挥调度等行动都存在巨大困难。

1.1 公网覆盖范围小

由于林区位置偏远、市电接入少、网络基础设施匮乏、施工难度大，导致移动基站无法覆盖整个林区。森林火灾发生后，会导致现场的公网出现无信号、弱覆盖、网络拥塞等情况，甚至会毁坏森林内部的部分移动基站，使现代化、信息化的通信装备无用武之地。而防火瞭望塔、管护站、林区内部受通信覆盖限制，一旦发生火情，无法远程、及时、直观了解现场情况，无法第一时间获取现场信息。

1.2 地理环境复杂，通信手段少

对于森林灭火行动，通信手段是关键。目前，由于林区特殊的地理环境，350兆、370兆和400兆基站数量少，通信距离有限，森林灭火通信业务单一，装备建设落后。以短波、超短波电台、对讲机为主要代表的话音通信，虽然可以解决联通问题，但是这些通信设备带宽有限，只能进行语音通信，而无法回传现场视频，导致指挥员不能准确直观了解现场火情，并及时调整相应的作战方案和力量部署，救援效率低下，耽误了宝贵的救援时间。

1.3 参与灭火单位众多，通信制式不统一，指挥调度困难

林区一旦发生火灾，应急、公安、交管、宣传、卫健、园林等部门和属地政府，以及消防救援、森林消防等队伍都参与到救援行动中，携带通信设备型号不尽相同，所属单位又不一样，如何将各个单位人员协调起来，统一进行指挥调度面临着很多困难。

1.4 火场前线指挥部与各级指挥中心之间宽带传输困难

灭火作战已进入视频指挥时代。受林地地形复杂、通联环境多变、网络拥挤、信息延迟等因素影响，发生森林火灾后，如果没有稳定可靠的宽带通信传输系统，就不能建立有效的火场侦察信息、气象信息（大风降温、寒潮等）、作战效果等火场态势感知网络，并将火场态势实时展示出来。火场前线指挥部与各级指挥中心就不能够对火场的地理情况、火情发展、气象水文、队伍调配、灭火作战方案等灭火救援动态信息进行视频会商、协同标绘，无法高效、顺畅、安全掌控灭火行动进程。

2 森林灭火应急指挥通信系统关键装备

森林灭火应急指挥通信系统有便携式融合卫星通信终端、无线宽带自组网设备、微惯导定位系统、多模终端、可视化指挥系统等关键装备，可实现森林灭火作战行动中图像、数据、语音、定位和视频会商、可视化指挥调度、协同标绘等功能。

2.1 便携式融合卫星通信终端

便携式融合卫星通信终端主要由自动便携卫星天线和卫星通信终端组成。该终端可在大多数地形上迅速展开[2]，3分钟内即可建立卫星通信链路，实现图像、数据、语音的双向传输。为保障突发事件现场的应急指挥调度，该终端可实现火场前线指挥部与各级指挥中心之间的双向视频会议、数据、图像等信息传输，使各级指挥中心的指挥员及时获得现场视频、图像信息，提高决策的准确性和及时性。

2.2 无线宽带自组网设备

无线宽带Mesh自组网设备内置北斗/GPS（Global Positioning System，全球定位系统）模块，采用COFDM（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing ，编码正交频分复用）技术，结合Mesh多跳自组网协议，按照软件无线电架构设计而成。能有效对抗复杂环境下的多径干扰，具有配置简单、即开即用等特点，可提供稳定可靠、高速、远距离和抗遮挡的无线通信解决方案，在消防救灾、公安刑侦、反恐维稳、电力抢修、森林防护、轨道交通、海上平台和边海防监控等领域有广泛应用前景。

2.3 微惯导定位系统

微惯导系统是以低成本的通用MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）器件为基础，根据应用、误差修正、误差补偿的需要结合使用上述传感器，充分利用每种传感器的特长，通过载体运动模式学习、滤波算法设计、硬件和结构设计等，达到高精度自主定位的目标[3]。不依赖于导航卫星、无线基站、电子标签等任何辅助设备或先验数据库，仅通过载体自身配置的小型微型惯性传感器，可完成多场景下人员、车辆、机器人等的准确定位。

2.4 多模终端

多模终端是集4G公网、天通卫星电话、自组网三种通信模式于一体，内置北斗/GPS模块的移动终端设备。设备采用软件无线电体系架构实现，支持融入更多通信制式，具备优异的扩展性和很强的环境适应能力，可满足任何时间和各种场景的通信需求。同时，该设备支持高清视频传输、语音和短报文通信，功能丰富，全球通用（卫星覆盖），可保障视频、语音和数据等业务的顺畅、稳定传输。

2.5 可视化指挥系统

该系统是融合无线宽带自组网、LTE（Long Term Evolution，长期演进专网）以及4G公网的新一代多网融合调度通信系统[4]。具有对重点区域进行高度密集部署、远程双向音视频互通、移动前端群组交互、同步指挥调度、视频会议和视频传输储存等功能。集语音、视频、位置信息、数据业务为一体；能够支持包括语音调度、视频调度、GIS调度、数据上传、文本消息等多种多媒体信息的互联互通以及分布式应用。

3 森林灭火应急指挥通信系统应用——以北京市为例

3.1 森林灭火应急通信体系建设

目前，北京市完成了全市应急视频会议系统升级改造、可视化指挥调度VDC（Visualized dispatching center）级联和应急单兵系统建设。必要时，市应急指挥中心通过应急视频会议系统可直接指挥调度街道（乡镇）。同时，市、区两级应急指挥中心完成了与应急管理部的视频会议系统联通工作。依托北京市1.4G政务物联数据专网和800兆无线政务通信网资源，建成具有首都特色的370兆应急指挥窄带无线通信网，并加入了国家应急指挥无线通信网。正在开展全市森林灭火指挥调度通信和信息化系统、应急指挥车建设，实现视频会议系统、多模终端、卫星电话、移动指挥车、应急单兵系统等多种通信终端融合联通；逐步建立全市救援现场应急战术互联网。

3.2 森林灭火应急指挥通信系统的实践

如图1所示，前突救援队伍指挥员配备了多模终端和窄带终端（370兆手台等），前突救援队伍利用多模终端、370兆手台与火场前线指挥部互联互通，火场前线指挥部利用卫星、公网4G与应急管理部、市、区三级应急指挥中心（以下简称后方指挥中心）互联互通，从而实现了火场前线指挥部与前突救援队伍和后方指挥中心之间互联互通。

图1 森林灭火应急指挥通信系统示意图

3.2.1 事发初期通联保障

当发生森林火灾时，事发地通过应急单兵系统、电话等向属地区报告。属地区应急指挥中心指挥调度属地森林灭火队伍进行先期处置。队伍在行进过程中，可通过应急单兵系统、车载窄带台，与区应急指挥中心保持通信联络。同时，区应急指挥中心与市应急指挥中心建立应急视频会议、视频监控图像、800兆和370兆无线通信联络。

市应急指挥中心接报森林火灾时，建立与区应急指挥中心、应急管理部视频会议、视频监控图像、800兆和370兆无线通信联络；并调动市森林消防队伍参与救援；同时，公安、交管、宣传、卫健等部门赶赴火灾现场，使用800兆手台和应急单兵系统进行联络。市森林消防队伍通信分队，负责市级专业处置指挥所开设，具备宽窄带、卫星、公网通信保障能力。

3.2.2 市级前线指挥部通信保障

在市级应急通信指挥车到达现场后，建立市级前线指挥部。市级专业处置指挥部配属市级前线指挥部，由市级前线指挥部统一指挥。应急通信指挥车内置便携指挥箱，指挥箱装有可视化指挥调度系统，具备地理信息图文一体化、可视化指挥与调度、大数据分析与决策等功能，指挥员通过可视化指挥调度系统对一线扑救人员进行通信和可视化指挥调度，确保各类指挥信息与指挥命令畅通，作战位置与协同标绘及时共享。应急通信指挥车装有370兆车载基站，实现灭火作战地域370兆无线信号覆盖，并通过卫星通信接入应急管理部370兆应急指挥窄带通信网。应急通信指挥车携带有微惯导基站，一线扑救人员携带微惯导装置，火灾前线指挥部能够实时了解一线扑救人员位置及所在位置火情，掌握分队的作战行动，便于进行有效的指挥调度。

一线扑救人员之间、一线扑救人员与指挥员之间可以通过多模终端、窄带台进行音视频或语音通话。在一些特殊场合和极端情况下，一线扑救人员可通过多模终端拔打天通卫星电话与火灾前线指挥部指挥员进行联系。也可以与LTE基站配套使用，同时也可以将LTE基站接入本系统进行统一的指挥调度。

3.2.3 通信中继和无人机作战模式

在火灾现场，火场前线指挥部下属通信保障组，携带背负无线宽带自组网设备、370兆便携基站深入灭火一线，实现宽窄带信号的接力覆盖，扩大通信范围。通信保障组和一线扑救人员，也可以通过多模终端将前方火情回传到火场前线指挥部。无人机搭载机载无线宽带自组网设备/370兆基站通信中继，对火灾现场进行区域无线信号覆盖延伸指挥调度网络和救援范围，打通救援最后一公里，与应急通信指挥车车载无线宽带自组网设备、370兆基站组网。同时，无人机还担负火场侦察、倾斜摄影、三维建模、灾情评估等任务，将采集的视频图像、地理信息、气象水文等数据接入火场前线指挥部和后方指挥中心。

3.2.4 协同通信保障

通信保障组具备跨区增援作战能力。在火势较大、火情危急的形势下，增派国家森林消防机动力量、其他区森林消防力量投入灭火作战时，通信保障组根据火场前线指挥部命令，携带基站前出接力覆盖，为国家森林消防机动力量、其他区提供随遇接入组网条件，实现火场前线指挥部、后方指挥中心对国家森林消防机动力量、市区森防队伍的统一指挥调度。

当供电系统、地面通信基础设施遭到不可抗力破坏，导致移动通信网络瘫痪、无信号覆盖时，森林灭火应急指挥通信系统采用“公专结合、宽窄融合”的多维组网形态，通过便携式融合卫星通信终端、无人机中继通信、多模终端、370兆基站，必要时，申请应急管理部大型长航时无人机，未来还可利用浮空通信中继平台[5]，快速构建“空、天、地”立体化的森林灭火作战现场应急战术互联网，为应急救援队伍、联动部门、社会公众等提供应急通信服务，实现一线扑救人员与火场前线指挥部、后方指挥中心之间的一张图指挥调度、一张网信息交互，一体化应急响应。具有机动性强、通信容量大、组网灵活、部署便捷的优势。

4 结束语

基于卫星通信网与天通通信网等多种通信终端融合联通，结合无人机、浮空通信中继平台，既实现了森林灭火现场的高速通信又可实现特殊场景下的保底通信。未来，适应地震、洪涝等各类自然灾害，偏远地区灾害应急处置数字化战场态势感知与展示、指挥通信保障等应用场景，建设卫星通信、散射通信、自组网通信等多种通信手段，搭载车载通信平台、无人机通信中继等多种平台，构建空天地配合、异构网络融合、弹性扩展的应急战术互联网，支撑前后方指挥部之间的融合会商、现场感知、指挥决策与资源调度，将实现断路、断网、断电等极端条件下的通信畅通，满足全域覆盖、全时通信的要求。