无线通信技术在消防通信系统中的应用发展

刘纬天

摘要：对比分析无线通信技术和传统通信技术可知，前者融合了大量先进科学技术理论，加快了人们沟通交流的速度，方便了人们的生活工作形式，现已得到了广泛普及。尤其是在消防救援工作中，无线通信技术可以在构建消防通信系统的基础上，为救援人员提供精准及时的信息，持续优化救援现场工作效率。基于此，在了解消防无线通信系统构成和原理的基础上，探讨无线通信技术在消防救援工作中的合理应用。

关键词：无线通信技术；消防救援；无线通信系统；无线同频同波网

中图分类号：D035.36       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2023）03-0040-03

无线通信是指由多个节点之间不经过导体或缆线传播的远距离传输通信，其中包含了固定式、移动式、便携式等多种方法，最具代表性的产品有手机、个人数码助理、无线网络等。而通信系统是指完成信息传输的技术系统总称，现代通信系统主要是借助电磁波在自由空间传播信息，因此也被称之为无线通信系统。从现代消防救援角度来看，无线通信系统的应用主要体现在线路规划、行动指导、消息传递、确认火情等方面，既可以帮助消防人员快速掌握现场的灾情信息，加快灭火速度，又可以通过队友之间的沟通交流方便现场人员疏散，是目前消防灭火行动中非常有力的技术方式。因此，本文主要研究无线通信技术在消防通信系统中的应用方向和具体措施。

1 无线通信系统分析

1.1  主要构成

无线通信系统结构主要包含三项内容：第一是卫星通信。通过在卫星上安装一定功率的转发器，在科学处理地面输送的声音或信号后，向另一地点传递播放，以此保障两地或多地之间有效通信。现如今，卫星通信已经被广泛运用到军事、海洋、地质、水文、抢险救灾等多方面工作中，只需要拥有三颗同步通信卫星就可以实现在任何时间任何地点利用地面站沟通交流，以此方便各项活动的有序开展。由于卫星通信不会受气候变化、自然条件等因素限制，因此在处理复杂的消防事故时，能方便工作人员更快掌握现场情况，加快实践救援工作的效率。第二是集群通信。利用动态信道指配的方式，实现多用户共享多信道的无线电移动通信系统，被称之为集群通信系统。其中整体设计包含了中心控制站、基站、终端设备等内容，具备虚拟专用网、调度、优先呼叫等多项功能，是目前科研探讨的高级移动调度系统，拥有功能多样和信息保密等技术优势，在消防救援活动中应用可以提供有效帮助。第三是移动通信。其作为移动用户和固定用户之间的通信方式，通信双方或一方将会处在运动状态下，目前可以在海洋、陆地、天空这三者之间进行有效通信[1]。与卫星通信、集群通信相比，移动通信可以在移动状态下便利交换信息，真正实现消防工作的实时沟通交流，对消防救援和行动指导具有重要意义。外界指挥人员可以实时帮助消防人员灭火救援，不会因为消息延迟错过最佳的救援时机。

1.2  基本原理

无线通信系统为了达到高速率传输目标，在近几年技术研发中提出利用多单元天线的架构，这一结构也被称之为多输入多输出系统（MIMO），能在不增加带宽的条件下，成倍提升通信系统的容量和频谱应用效率，是新一代移动通信系统必须要掌握的关键技术。传输信息流在空时编码构成多个信息子流，这些子流将会由多个无线天线发射出去，在经过空间信道之后，由多个接收天线获取。多天线接收机会运用先进的空时编码分开处理这些数据子流，以此达到最佳的处理效果[2]。其中，空时编码技术会运用多天线阵提供的并行信道传输信息，能在保障系统性能的基础上，提升信息传输的速度。

根据如图1所示的系统架构图分析，利用列矩阵X代表每个符号周期内包含的发射信号，其中第i个元素Xi代表第i根天线发射的信号：

发射信号的协方差矩阵计算公式如下所示：

在上述公式中，E{.｝代表平均数值，xH代表矩阵x的厄米特转制矩阵，也就是x的复共轭转制矩阵。其中，总体发射功率的性质是R，具体公式如下所示：

在上述公式中，tr（R）代表矩阵R的轨迹，可以根据R的对角元素进行求和分析。结合奇异值分解理论研究，所有矩阵H都可以表示为：

D的对角元素代表H矩阵的特征数值的恢复平方根，相应的定义公式如下所示：

其中，HHH特征数值的非负平方根也被看作是H的奇异值，λy的列矢量代表HHH的特征矢量，整合研究上述公式可知，接收矢量R如下所示：

在引入之后可以得到如下变换公式：

根据如下述公式所示的矩阵关系图分析可知，三者的协方差矩阵具有相同的对角元素和与功率，但原始信号和该信号并不一致：

在上述公式中，U和V分别代表两大矩阵，在满足上述条件的情况下，可以准确计算各自性质，两者的列分别称为输入和输出的奇异矢量。

根据本文研究提出的等价MIMO信道模型分析，信道经过了去O处理，因此实际容量可以直接计算到一起。假设在这一信道模型中，结合香农公式估算总体性到容量，具体公式如下所示：

在上述公式中，W代表子信道的帶宽， Pri代表第i个子信道中获取的信号功率，σ2代表噪声的方差，具体计算公式如下所示：

在上述公式中，代表信道矩阵H的奇异数值，λi代表信道H的第i个奇异数值，nT代表接收天线，由此可以得到信道容量的计算公式如下所示：

2 消防通信系统中的无线通信技术分析

2.1  无线同频同波网

这种网络是当前城市消防系统建设应用最常见的内容之一，在实践工作中具有组网灵活、成本较低、操作便捷等优势。从消防救援角度来看，无线同频同波网要在相关区域内安装同频中转站，以此扩大无线通信网络的覆盖面积，并构建相应的网络系统。比如，同波技术和语言推迟技术等可以保障现场指挥中心拥有充足的时间了解和判断现场状况，而救援人员可以根据指挥中心提出的方案进行有效操作。为了达到这一工作效果，要建立与之相关的操作界面，以此方便工作人员灵活管理和有效通信[3]。

2.2  集群通信技术

在新时代背景下，城市消防通信管理既要处理现场获取的语音信息，又要全面掌握现场的具体情况，从而方便指挥中心提出具有针对性的解决方案。为了保障音频和视频等信息反馈具有及时性，实践工作要利用集群通信系统和通信技术，传输接收图形、文字、视频等信息，并建立相应的数据库。同时，还要基于无线数字的集群通信技术让不同终端设备传输信息，以此提升城市消防工作的效率，保障现场救援的安全质量。

2.3  VSAT卫星通信网

这项技术作为新时代下城市消防通信系统建设推广的重要内容，会根据大小口径的天线中小型地球站和大站进行有效协调，以此构建卫星通信网络。在系统构成中，应用设备比较简单，实践操作体积较小，方便工作人员随时随地携带，信号的覆盖范围较广，符合不同地区城市消防救援需求，因此是目前科研学者实证探究的核心内容[4]。利用VSAT卫星通信网络系统可以对消防现场进行全面监控，帮助救援人员进行有效的救援指挥工作，确保现场指挥中心的信息通信具有实时性。

3 无线通信技术在消防救援中的应用

3.1  基于监控设备了解现场情况

在城市建筑或公共环境出现火灾事故时，因为所处场地和发生火灾的原因存在差异，所以对消防救援行动也有不同要求。在无线通信技术全面推广中，消防部门在接到群众救援电话之后，可以直接利用无线通信系统调取现场监控视频，大致了解火灾现场的具体情况，以此准确判断派遣车辆类型和数量，选择适合的救援灭火设备，并提出具有针对性的救援方案。整合运用无线通信技术，对火灾现场进行全面监控，有助于救援人员在快速了解起火原因后，提出具有针对性的出境应对方案，避免因为准备不充分而延误救援工作。

3.2  基于通信技术连接现场网络

因为消防救援活动具有多变性和及时性的特征，所以救援人员在进入现场之后，必须要全面掌控火灾，将火灾现场和指挥中心的信号连接到一起，确保救援人员和指挥中心可以无阻碍沟通交流。其中最具代表性的通信技术就是无线同频同波网，实际组网设计非常灵活，能让不同信息相互传输应用，便于指挥中心统一调度管理。同时，灾情现场的状况时刻发生变化，为了在短时间内控制灾情和救助被困人员，救援人员必须要实时接收现场信息，并将其传递给指挥中心，方便指挥中心的工作人员制定有效预案，以此保障现场救援工作有序进行。同时，在开展灭火救援行动之后，指挥中心可以将建筑物或设备的结构示意图提供给救援人员，方便他们在快速了解现场情况的同时，提升灭火和救援的速度。

3.3  基于卫星定位实时勘测路况

在进行消防救援工作时，需要尽快到达事故地点，全面掌控灾情变化，有序救助现场群众，而运用卫星定位技术能够缩短到达时间，实时掌握灾情。由于我国城市居民数量较多，道路拥堵现象频繁，因此消防车很难快速通过到达现场[5]。在这一背景下，将救援行动和定位系统整合到一起，利用卫星定位系统科学规划消防车的有效路径，实时观察道路交通信息，既可以让消防车提前避开拥堵通道，又能保障救援人员预先了解现场灾情变化。如果所有道路都存在拥堵现象，那么依旧可以整合运用交通信息系统和定位系统，在提前规划好出行路线之后，交给交通管理部门为消防车疏导车辆，以此方便开展救援工作。

4 未来消防通信系统及无线通信技术的发展趋势

现今，随着无线通信技术在城市消防通信中的应用效果越发显著，消防救援人员对无线通信技术的关注度越来越高，促使消防领域逐渐加强了有关无线通信技术的研究管理力度，在未来发展中主要体现在以下几点：第一，在消防领域中制定技术方案。由于消防方案制定具有较高的速度要求，且多数情况是在应急条件下应用，为此整合运用无线通信技术，既能快速制定消防方案，又能保障其在实践应用中发挥作用[6]。比如说消防通信系统中，基于无线通信技术制定应急疏散方案、模拟火灾现场的统一指挥过程、提前整合处理消防领域的各项资源等，有助于消防救援人员尽快掌握消防演练过程和救援通信要求，确保他们在实践发展中尽快融入到工作中。第二，在消防领域中实施有效演练。在当前社会建设发展中，消防演练能帮助人们有效防范灾情，因此不管是学校还是企事业单位，每隔一定时间就要进行规范的消防演练的活动[7]。在这一过程中，整合运用无线通信技术，有助于社会居民尽快掌握火灾应急措施、自救方法、常见问题等，相比传统意义上的消防技术，能有效提升现场秩序维护水平，快速疏散和抢救现场人员，自主建设灭火救援指挥体系，向救援人员提供有价值的信息数据。第三，在消防领域中，探讨全新内容。随着我国社会经济水平的不断提升，各类新型建筑和基础设施逐渐出现在人们的生活和工作中，为了保障消防系统有序发展，必须要对这些新产品进行全面研究[8]。与此同时，利用无线通信技术还可以实现远程指挥救援，确定现场消防救援人员的基本职责和主要工作，科学调整灭火應急救援的设计方案，有效维护火灾现场的环境秩序，从基础上保障城市居民的生命财产安全，避免其受到人为因素和自然因素影响。

5 结语

综上所述，在消防通信系统中应用无线通信技术，能在解决传统通信问题的基础上，持续提升消防通信系统的工作效率，保障信息传递应用的安全质量。随着现代科技技术的不断发展，无线通信技术开始向着智能化和数字化的方向革新，将其融入消防通信系统中，可以在促进信息交互的同时，保障通信工作的稳定性和及时性。因此消防部门在专业人才培训开展中不仅要增加无线通信技术理论培训工作，还要根据实际情况制定多样化的培训活动，鼓励支持消防工作人员学习和应用，以此提高消防救援人员的综合素养，优化原本城市消防救援的模式。

参考文献：

[1]卫程鹏.无线通信技术在消防通信系统中的应用研究[J].中国设备工程，2022（8）：11-12.

[2]柴健強，龚斌峰.无线通信系统在消防救援中的应用实践[J].消防界（电子版），2021，7（21）：112+114.

[3]王昌鑫.现代城市消防无线通信规划的现状和发展趋势[J].中国高新科技，2021（1）：78-79.

[4]李鑫.无线通信技术在消防通信系统中的应用[J].信息技术与信息化，2020（11）：132-134.

[5]董括.无线通信技术在消防通信系统中的应用分析[J].通讯世界，2017（19）：75-76.

[6]纪志敏，李杰，胡陈君，等.基于SIM7600CE的智慧消防传输系统设计[J].传感器与微系统，2021，40（12）：89-92.

[7]蔡建功.浅析电子信息技术在消防通信指挥中的应用[J].数字技术与应用，2021，39（11）：88-90.

[8]史新宇，吴新杰，杨军，等.5G通信技术在数据中心消防系统中的应用分析[J].数字通信世界，2021（2）：201-202+261.

The development of wireless communication technology in the application of firefighting communication system

Liu Weitian

（Inner Mongolia Chifeng Fire and Rescue Brigade，Inner Mongolia Chifeng 024000）

Abstract：Comparative analysis of wireless communication technology and traditional communication technology shows that the former incorporates a large number of advanced scientific and technological theories， accelerates the speed of people's communication and facilitates the form of people's life and work， and has now been widely popularized. Especially in the fire rescue work， wireless communication technology can provide accurate and timely information for rescuers on the basis of building a firefighting communication system and continuously optimizing the efficiency of the rescue scene. Based on this， the reasonable application of wireless communication technology in fire rescue work is discussed on the basis of understanding the composition and principle of firefighting wireless communication system.

Keywords：wireless communication technology; fire rescue; wireless communication system; wireless co-frequency and wave network