关于消防救援水下通信技术应用的思考

关于消防方救援水下通信技术应用的思考

摘要：水下通信技术的发展对促进消防水域救援具有重要价值和意义，此技术可应用于水面救援、水下搜救等救援作业，促进消防救援事业良好发展。水下通信的新技术与新装备在消防救援领域有着较为广阔的应用前景，不仅能够有效降低水域救援人员的安全风险，还可以提升救援队伍的综合救援效率，有利于更好完成救援任务。基于此，本文针对目前的消防救援水下通信技术进行分析，并提出相应的应用策略。

关键词：水下通信；消防救援；通信；水域救援引言

水域救援是消防救援中的重要任务种类，水下通信技术是展开水下救援任务的关键技术，将其应用到水下救援工作中能够提升水下救援工作质量与效率。目前我国消防救援任务繁重，逐渐向出全灾种、大应急方向发展，对相关通信技术的要求也日益提高。就目前而言，水声通信技术、电磁通信技术与光学通信技术是水下通信技术领域中发展相对成熟的技术。不同技术类型有着不同的应用优劣势，其中水声通信技术因具备较长的通信距离，近年来受到广泛关注，同样也是目前消防水下救援应用较为广泛的技术。

一、消防救援水下通信技术发展现状与技术种类

(一)消防救援水下作业存在的困难

2020年我国溺水数据统计显示，全世界每年有超过32万人因溺水而亡，我国每年约有5.7万人溺亡[1]。消防救援领域的水下通信技术在未来发展过程中需要攻克技术性难题，目前的水下通信作业尚存在诸多困难，主要表现为以下几点。第一，防水要求高。水下救援大多存在复杂水下环境，对各项设备和终端的防水要求较高，特殊救援情况需要通信设备长时间浸泡或接触水环境。水下通信设备包括水下信标、水下对讲机、水下便携电脑等。因此，通信设备需要做好专业防水，避免结构进水影响通信联通[2]。第二，水面通信依賴性强。水下救援活动

需要水面的指挥统领，水下通信需要水面通信作为支持，需要连接水面的通信设备转发水下信号，但水面通信的移动性较强，无法提供固定的通信地点，这就表明整个水下救援活动无法长时间使用有线通信设备，大多数情况需要依靠无线通信。第三，环境影响明显。环境对水下通信信号的影响较为明显，电磁波信号在水环境中出现信号衰减，且信号传递与水体浑浊程度、水体温度等因素相关，使得通信信号无法实现在水环境中的有效传播，容易出现信号故障问题[3]。消防水下救援多发生于河流、湖泊等天然开放水域，此类水域多存在杂乱树枝、水面垃圾等，有线通信设备容易被水中物体缠绕，无线通信容易被水环境障碍物影响，不利于消防救援通信。

(二)消防救援水下通信技术的发展现状

水下通信技术为消防水下救援提供了有效支持，能够确保水上实体与水下目标的通信联系，此技术的研究与应用受到了各级消防救援队伍的重视。水下救援场景与地理条件较为复杂，缺少通信会影响现场救援效率。通信技术的应用能够解决指挥员与救援人员、被困人员、水下机器人等信息互通问题，促使指挥员及时、全面获得水下信息与救援情况，为水下救援活动开展提供指导，促使救援活动高效进行。就目前而言，我国水下通信技术发展起步较晚，相关技术的应用与研发尚处于初步发展阶段，消防站尚未大范围普及水下通信设备。部分单位对水下通信技术应用较为不足，多采用手语或传统绳语方式，通信方式较为传统。此通信方式虽然应用简便，但同时也会带来信息量小、信息传输易受环境影响、信息传递范围小等不足，容易因为环境过于复杂出现信息传输错误或传输中断等问题，同时还会出现绳语传递过程中缠绕救援人员，给水下救援带来诸多影响，不适用于复杂水下救援环境。虽然部分消防总队配置了水下通信设备，但受到技术发展不成熟、设备研发不足等影响，在实际使用中容易出现故障，且应用成本较高，无法得到大范围普及应用。水下空间环境极为复杂，影响水下通信技术的有效信息传输，如何满足水下通信实战需求已成为目前消防救援技术领域需要重点攻克的难题。为解决传统通信方式不足，尝试应用佩戴智能穿戴设备等方式，在互联网、物联网等技术支持下，相关研究学者展开了对消防救援智能穿戴产品的研究。孙海信、何崇林等(2023)[4]分析了水下无线传感器网络中通信抗干扰

的关键技术以及技术需求，未来通信技术将成为消防水下救援领域的重点研究内容。

(三)消防救援水下通信技术常见种类分析

就目前而言，消防救援领域发展较为成熟的水下通信技术包括水声通信、电磁通信和光学通信。此三类技术在实际应用中各有优劣，主要包括：第一，频率范围。水声通信远程可达500Hz,中程可达50kHz;电磁通信远程可达100Hz,中程可达100kHz;光学通信近程蓝绿可见光1014Hz,中程频率不具有灵活性。第二，干扰源。水声通信干扰源包括雨、海洋生物等；电磁通信干扰源包括电机、光照、电磁阀等；光学通信干扰源包括阳光等。第三，应用场景。水声通信可应用于远程通信、精确导航、远程传感器网等；电磁通信可应用于动力学环境、近程通信、近程传感器网等；光学通信可应用于近程高带宽高速传输数据、实时视频等。针对上述技术，水声通信技术因通信范围广备受欢迎，其能够应用于超过1公里通信距离需求的场景，结合不同工作频率，可达到超过几十公里的通信距离[5]。

水声通信技术应用于消防救援领域尚存在一些技术难题，部分特性无法有效适应消防救援工作实际，主要表现为以下方面。第一，救援区域噪声干扰问题。常见的水下救援包括海洋区域、水库区与市内河道等，此类水域环境较为复杂，所产生的水下噪声会干扰通信信号。比如河流水域存在大量的树木、垃圾等物体，会影响水声传播，导致通信信号传播不及时等，加之在救援过程中，救援船所使用的发动机会产生较大噪声，影响救援人员在水下环境获取环境话音，如何减少噪声干扰问题是目前水声通信需要重点研究的问题。第二，信息传输问题。水下救援工作时间紧迫，需要在较短时间内传递大量数据信息，有着高速稳定的数据传输需求，对相关技术产品的稳定性要求较高。在实际使用中，救援人员借助水下摄像机、水声传感网络等进行数字信号处理，以确保大量数据快速有效传播，是目前水声通信技术解决传输需求的重要发展方向[6]。第三，空间运动问题。

水下救援过程对空间运动要求较高，不仅需要在狭小区域内快速解救受困人员，同时还要在较短时间内完成较大范围的排查，此过程中水下救援人员需要不停改

变姿态，姿态变化容易遮挡空间内信号传递，进而导致通信传输中断或传输质量不佳，影响信息传输效果。第四，低功耗需求问题。低功耗是保证通信长时间续航、通信信号不中断的关键。水下救援过程往往耗费时间较长，为尽快解救被困人员，需要缩短更换设备电源、保持长时间通信信号等，这就要求通信技术设施需要尽可能降低功耗，为水下搜救提供保障。综上，水声通信技术设施在未来发展中应注重优化传输效率、降低功耗、提升信号处理技术等。

二、消防救援水下通信技术应用的几点思考

(一)有效解决消防救援水下通信难点

就目前而言，在消防救援领域，水下通信技术尚处于应用与探索阶段，结合目前通信难点，提出以下几点解决方法。第一，水下机器人通信。水下搜救环境恶劣，救援人员长时间进行水下搜救存在极高风险，利用水下机器人协助完成水下救援工作，甚至代替人工完成水下长时间探潜工作，以此降低人员下水风险，提升水下排查全面性。在实际应用中，水下机器人可配置摄像头、水下通信系统等，参照指令完成水下搜寻作业，包括水下检测、水下巡查与水下救援等，将捕捉的数据和画面通过通信系统传输至控制面板，以此实现水下信息与水面控制的有效通信。目前消防救援队多采用遥控式水下机器人，可分为有线水下机器人与无线水下机器人，其中有线水下机器人采用通信线缆连接机器人通信系统与控制台，将水下拍摄信息与行动反馈通过线缆传输至控制台，水面人员通过控制面板操控机器人的动作信号与定位信息等，完成水下搜救工作。无线机器人以水为介质，借助电磁波等进行信息传输，在水环境内建立通信连接[7]。第二，有线水下通信系统。有线水下通信技术有着水下对讲机功能，救援人员可佩戴具备有线通信功能的全面罩呼吸器，面罩配备耳机与麦克风，通过信号线缆与水面人员建立通信连接，完成水下信息传递。此系统是消防救援队伍常用的水下通信方式。第三，无线水下通信系统。此系统主要由全面罩呼吸器、水下对讲机、水下信标与水面工作站组成，其借助超声波进行信息传递，救援人员所佩戴的全面罩呼吸器具备换能器功能，能够将声音信息转化为超声波信号，再由水面接收装置将超声波信号转化为声音信号，水面指挥员获得声音信息后进行分析研判，并发出搜

救作业部署，以此实现信息传递。此系统能够在水下作业人员与水面辅助人员之间建立清晰、灵活的通话和辅助信息传递，为水下搜救提供有效信息指引。

(二)完善水面水下应急通信保障

水下救援工作具有紧迫性，应为救援工作提供完善的水面水下应急通信保障，主要可从以下方面入手。第一，提供岸际后场通信设施。后场保障是水下救援工作的关键内容，应提供充足的通信设施保障。卫星通信车或卫星便捷站：能够在公网中断的情况下将水域救援信息及时传输给指挥中心，对水下环境提供远程指导；音视频布控球：对水域救援过程进行全景拍摄与特写拍摄，并将救援摄像头拍摄画面实时传递至指挥中心，后场指挥员结合画面共同分析，做出指挥决策；发电机：水下救援多为移动性救援工作，需发电机保障现场用电需求；音频设备：

为相关人员配备对讲机、语言调度台、喊话器等，确保语音信号通畅，保证指挥信息传递到位；绘图仪：方便指挥人员对指挥方案进行绘制部署等[8];网络移动基站：水下通信技术需要依赖网络环境，应确保救援现场具备网络覆盖，为救援工作提供网络保障。第二，水下通信设施。针对水下救援环境，提供完善的通信设备保障。水下机器人：由机器人完成高难度、高风险水下搜救任务；水下电脑与水下无线通信设施：为救援人员获取通信信息提供保障；运动摄像机：救援人员须佩戴摄像设备，及时拍摄水下救援画面，将其传递至救援指挥中心。第三，加强通信系统培训。水下通信系统运行涉及人员较多，主要包括水下通信人员与水面通信人员，对人员的专业水平也有更高要求，各环节人员需要有效掌握通信系统使用方法和应急处置措施，能夠结合救