智能应急救援装备趋势:通信装备

发布时间:2020-11-25点击量:2893

突发事故发生后,快速有效的通信是应急救援的基本要求,许多灾害环境为地理条件复杂的山区、河湖等野外场所,涉及偏远无人的公路,也涉及繁华拥挤的城市街道,及时的通信报告与救援指挥,对于应急救援的及时性、准确性、高效性都具有重要的保障作用和意义。目前应急救援通信涉及通信设备(基站)及通信技术两大方面。

(1) 应急通信设备-基站

当突发灾难发生后,地面通信完全中断,灾区成为信息孤岛。基站设备是专门为预防重大自然灾害的破坏而建设的,可在灾害发生后的短时间内正常开通并提供服务。基站设备可将灾区信息收集起来,通过组网通信技术将灾区数据信息发送给救援人员,确保救援的快速开展。

通信基站车

国外 20 世纪末便开始了对救援用移动式通信基站的研究。

北德克萨斯大学研发了一种基于系留式无人机的高空应急通信基站。在小型越野车上搭载了无人机通信系统,能够快速到达灾难现场,重建通信网络。

研究人员使用光电复合电缆为无人机等设备供电,电池寿命长达 8 h,与传统无人机基站相比,电池寿命延长了 31 倍。当移动式基站装载在地面移动的车辆或海面行驶的船舶上时,无法像固定式基站安装在高处,移动式基站平台本身的高度限制了天线的高度。

为解决该问题,美国研究人员将执行装置安装在移动式基站的升空平台上,以此提高移动式基站的覆盖范围。

我国对移动式基站的研究起步较晚,但也涌现出一批实用的研究成果。

中国矿业大学与无锡市永神利煤矿安全设备厂共同研发了一种可用于矿难现场的移动式小型通信基站。主要利用蓄能动力移动技术、井下环境通信技术和密闭空间呼吸环境保障技术等技术手段,使得救援人员可快速收集信息,发送灾情报告并进行必要的危害源控制。此外,武汉大学也对救援用小型通信基站进行了研究。

(2) 应急通信技术

在救援现场,通信的稳定性、可靠性、精确性是研究的重点。

海事卫星便携式移动终端Inmarsat BGAN Explorer TT510

在国外,IAPICHINO 等提出了一种基于网络协议的Manet 网络,其将卫星信号与基站信号结合起来,通过基本的手持设备进行远距离通信。

美国卫迅公司开发了一套基于卫星重叠通信的应急救援通信技术。该技术可以把两个波重叠起来传输,在不考虑卫星功率受限的情况下,叠加之后可以减少信号的总带宽,同时节约一半成本。该技术可保障灾区信息正常传输,同时具有通信容量大、覆盖范围广和传输距离远等优点。

TAKAHATA 等将 Wi-Fi网络与移动通信网络结合起来,建立了一种在灾难发生之后用于通信的移动网络。该网络节点之间的通信链路具有多个信道,可根据距离、功率和传输信道频率选择最佳信道。在我国,西北工业大学对应急通信透地技术进行了研究。

基于电流场通信理论,提出了一种可在水下进行高速数字信息通信的方法,并设计了一种适用于水下的电场通信模型,试验证明了该方法可实现水下测量数据的高效回收,为透地通信技术的研究提供理论基础。

此外,为了解决应急通信系统中网络节点能耗不均的问题,沈明玉等将节点按剩余能量和网络负载分为几个不同状态,以不同方式满足路由请求,以此提高网络生存周期和分组投递率,并在进行了仿真试验,结果表明使用该方法改进的路由协议在使用条件相同的情况下,能量的使用情况及网络的拥塞状态比没有使用该方法的网络有所改善,同时整个网络生存周期得以延长。

此外,有些学者利用跨层设计的思想,对通信系统网络进行能耗均衡。例如王庆文等主要在物理层和网络层对通信网络进行跨层处理,他们根据节点的额外通信面积和局部能量状况设置转发延迟系数,在选路时优先考虑通信面积增大较多和剩余能量较大的节点,从而达到均衡全网能耗的目的。

目前,国内外对救援现场的通信技术进行了大量研究,但由于环境的不确定性强(干扰信号较多)、地质条件复杂(如煤矿救援涉及不同地质结构)、大型障碍物较多,通信的距离、准确性、多信息融合技术等都有待于进一步提高。

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来源:《机械工程学报》
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