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森林草原防火應(yīng)急通信無線組網(wǎng)應(yīng)用

一、背景概述

     隨著氣候變化和人類活動的影響，森林草原火災(zāi)的風(fēng)險不斷增加，使得森林草原防滅火工作面臨新的要求，為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，全國各級林草部門堅決貫徹落實森林草原火災(zāi)防控工作，確保防火形勢持續(xù)平穩(wěn)，火災(zāi)發(fā)生數(shù)量及受害面積連年保持歷史低位。

二、現(xiàn)狀分析

       森林草原火災(zāi)防控工作的核心是信息化，而信息化的基礎(chǔ)是通信。通信是森林草原火災(zāi)防控的“神經(jīng)系統(tǒng)”，是火災(zāi)預(yù)警、監(jiān)測、報告、撲救、指揮、協(xié)調(diào)的重要手段和保障。然而，我國森林草原資源分布廣泛，地形地貌復(fù)雜多樣，林草防火應(yīng)急通信能力相對滯后，大面積森林草原普遍存在公網(wǎng)通信覆蓋率低、信號差、“進山入林無信號”等突出問題，對森林草原火情發(fā)現(xiàn)報告、火災(zāi)撲救指揮等形成嚴(yán)重制約，是當(dāng)前推進林草防火高質(zhì)量發(fā)展的一塊突出的短板。
具體表現(xiàn)在：
       1、森林草原通信基礎(chǔ)設(shè)施不完善，公網(wǎng)通信覆蓋率低我國森林草原固定通信基站數(shù)量偏少，公網(wǎng)通信信號差，網(wǎng)速慢，或只有到特定位置才能發(fā)送短信或者語音通話
       2、森林草原應(yīng)急通信裝備不充足，應(yīng)急通信保障能力不強目前，我國林草防火應(yīng)急通信主要依靠衛(wèi)星通信、機動通信等方式，但這些方式存在著成本高、效率低、易受干擾、難以實現(xiàn)信息互聯(lián)互通等缺點。
       3、林草防火信息化水平不高，信息化應(yīng)用范圍不廣目前，我國林草防火信息的收集、傳輸、處理、分析、共享等環(huán)節(jié)還存在著“信息孤島”現(xiàn)象，難以實現(xiàn)信息的快速流動和有效利用，影響了緊急情況下防火決策的科學(xué)性和時效性。因此，進一步加大我國林區(qū)防火應(yīng)急通信能力建設(shè)、加快提高重點林區(qū)防火通信覆蓋率、補齊防火應(yīng)急通信存在的短板弱項，是當(dāng)前推進林草防火高質(zhì)量發(fā)展、打通偏遠(yuǎn)林區(qū)防火應(yīng)急通信覆蓋的“公里”重中之重。

三、解決方案

     武漢纖效采用公網(wǎng)通信+MESH自組網(wǎng)（單兵手持/背負(fù)+車載+無人機+固定端），融合北斗三號短報文的林草防火通信規(guī)模應(yīng)用技術(shù)方案，適應(yīng)我國森林草原防火應(yīng)急與指揮通信需求的鏈路系統(tǒng)，實現(xiàn)森林草原火災(zāi)發(fā)生前、中、后的人員監(jiān)測以及火災(zāi)救援的指揮調(diào)度。
公網(wǎng)基礎(chǔ)上的MESH自組網(wǎng)設(shè)備的布設(shè)方案如下：

▲林草防火融合通信設(shè)備布設(shè)結(jié)構(gòu)圖
       一是在森林草原防火現(xiàn)場，布設(shè)寬窄帶融合便攜式自組網(wǎng)基站，作為自組網(wǎng)的中繼節(jié)點，提供靈活的網(wǎng)絡(luò)接入和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。便攜式自組網(wǎng)基站具有輕便的結(jié)構(gòu)和低功耗的設(shè)計，可以方便地進行機動布設(shè)和快速部署。便攜式自組網(wǎng)基站可以分為車載和無人機載兩種類型，根據(jù)不同的地形和環(huán)境選擇合適的載體。車載自組網(wǎng)基站可以利用車輛的動力和電源，提供較長時間的工作能力。無人機載自組網(wǎng)基站可以利用無人機的飛行能力，提供較高空間的信號覆蓋。

       二是在森林草原防火現(xiàn)場人員處，分發(fā)便攜式指揮臺、寬帶自組網(wǎng)背負(fù)臺、窄帶自組網(wǎng)語音手持臺，作為自組網(wǎng)的用戶節(jié)點，提供實時的火情和人員監(jiān)測和指揮調(diào)度功能。便攜式指揮臺是自組網(wǎng)的核心節(jié)點，可以實現(xiàn)對自組網(wǎng)的管理和控制，以及與上級指揮中心的聯(lián)絡(luò)和協(xié)調(diào)。寬帶自組網(wǎng)背負(fù)臺可為防撲火分隊提供寬帶無線自組網(wǎng)接入能力，為隊伍內(nèi)配備的各類視頻、數(shù)據(jù)、定位信息等多 媒體業(yè)務(wù)終端提供寬帶雙向數(shù)據(jù)交互服務(wù)。窄帶自組網(wǎng)語音手持臺是自組網(wǎng)的基本節(jié)點，可以實現(xiàn)對自組網(wǎng)的接入和使用，以及與其他節(jié)點的語音和定位數(shù)據(jù)的通信和交互。指揮調(diào)度態(tài)勢顯示軟件是自組網(wǎng)的應(yīng)用軟件，可以實現(xiàn)對自組網(wǎng)的可視化和智能化，以及對火情和人員的監(jiān)測和指揮。

       三是在森林草原防火重點區(qū)域，布設(shè)固定式自組網(wǎng)基站，作為自組網(wǎng)的骨干節(jié)點，提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和數(shù)據(jù)傳輸。固定式自組網(wǎng)基站可以提高網(wǎng)絡(luò)的容量和可靠性，兼顧重點保障區(qū)域內(nèi)高清視頻等寬帶多媒體業(yè)務(wù)的通信需求和大范圍覆蓋基本語音通信和定位態(tài)勢信息的指揮調(diào)度能力。固定式自組網(wǎng)基站還可以與地面公網(wǎng)4G/5G通信網(wǎng)絡(luò)和北斗三號短報文通信系統(tǒng)進行對接，實現(xiàn)多種通信方式的融合。

四、方案優(yōu)勢

      1、技術(shù)創(chuàng)新本方案采用多種的通信技術(shù)，如同頻同播自組網(wǎng)技術(shù)、新能源供電技術(shù)、寬窄帶融合自組網(wǎng)技術(shù)、北斗三號短報文通信技術(shù)等，實現(xiàn)通信鏈路的自動建立、自動維護、自動優(yōu)化、自動切換等功能，提高通信的效率、可靠性、安全性和智能化水平。
      2、模式創(chuàng)新本方案設(shè)計多種靈活的自組網(wǎng)模式，如鏈狀網(wǎng)、星狀網(wǎng)、混合網(wǎng)絡(luò)等，滿足不同應(yīng)用場景的需求，如火情事前中后的 火情和人員監(jiān)測、火情中的指揮調(diào)度等。本方案還將與現(xiàn)有的防火應(yīng)急通信系統(tǒng)進行對接和集成，實現(xiàn)多種通信方式的融合，如地面4G/5G通信、北斗三號短報文通信等。
      3、產(chǎn)品創(chuàng)新本方案開發(fā)多種創(chuàng)新的通信產(chǎn)品，如固定式雙通道自組網(wǎng)基站、寬窄帶融合便攜式自組網(wǎng)基站、寬帶自組網(wǎng)背負(fù)臺、便攜式指揮臺、手持臺等，滿足不同場合的通信需求，如固定區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)接入、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、火情和人員監(jiān)測、指揮調(diào)度等。本方案還將提供指揮調(diào)度態(tài)勢顯示軟件，實現(xiàn)對自組網(wǎng)的 可視化和智能化，以及對火情和人員的監(jiān)測和指揮。

五、相關(guān)產(chǎn)品

武漢纖效自組網(wǎng)電臺類產(chǎn)品豐富，有車載式、基站式、背負(fù)式等形態(tài)，解決前端采集設(shè)備與后端智能安全監(jiān)管平臺之間的通信。

產(chǎn)品	名稱	名稱
	車載式	ME112-1400 10W自組網(wǎng)機載基站
	背負(fù)式	ME52-XF 4W背負(fù)式單兵
	手持式	ME32-XF  4W手持式單兵
	無人機模塊	MA100    4W遠(yuǎn)距離無人機圖傳模塊

產(chǎn)品參數(shù) 
* 作工頻率：1420MHZ-1520MHZ@4W MIMO 2*2

* 信道頻寬：2M/5M/10M/20M/40M(可調(diào))
* 調(diào)整方式：BPSK/QPSK/OFDM/BPSK/QPSK/16-QAM/64-QAM
* 接收靈敏度：-102dBm@5MHz  BPSK

* WiFi熱點：2.4G

* 峰值帶寬100Mbps
* 發(fā)射功率：雙通道36dBm@4W
* 接收靈敏度：-102dBm@5MHz BPSK
* 跳頻功能：支持跳頻和智能選頻
* 組網(wǎng)能力：≥32個節(jié)點
* 組網(wǎng)跳數(shù)：系統(tǒng)啟動后8s入網(wǎng)
* 入網(wǎng)時間：>10跳
* 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌簾o中心網(wǎng)絡(luò)、星型網(wǎng)，鏈狀網(wǎng)，網(wǎng)狀網(wǎng)等
* 網(wǎng)絡(luò)透傳：支持
* 工作溫度：-40℃~+65℃

1、車載式自組網(wǎng)電臺

 （1）產(chǎn)品介紹指揮車和車部署車載自組網(wǎng)節(jié)點，快速進入林草火災(zāi)現(xiàn)場，便于信息采集、監(jiān)控及指揮調(diào)度，并為安全員提供無線網(wǎng)絡(luò)支撐；通過與衛(wèi)星通信系統(tǒng)互聯(lián)互通，將火災(zāi)現(xiàn)場信息時間回傳后端監(jiān)控指揮中心； 

（2）產(chǎn)品特點  無中心組網(wǎng)：節(jié)點地位對等，即可作為終端節(jié)點、中繼節(jié)點或中心節(jié)點；任意結(jié)構(gòu)組網(wǎng)：節(jié)點自動識別選擇帶寬數(shù)據(jù)路由，提高數(shù)據(jù)帶寬與抗干擾性能；多節(jié)點靈活組網(wǎng)：根據(jù)信道質(zhì)量、速率、誤碼等指標(biāo)，自動計算鏈路路由，靈活組網(wǎng)；全IP組網(wǎng)互通：支持?jǐn)?shù)據(jù)透傳、多種系統(tǒng)互聯(lián)互通，多媒體業(yè)務(wù)實時交互

2、基站式自組網(wǎng)電臺 

（1）產(chǎn)品介紹針對林區(qū)山脈地形及植被覆蓋應(yīng)用場景，基站式自組網(wǎng)電臺可以部署并與公共網(wǎng)絡(luò)基站互連。通過多跳中繼和中繼轉(zhuǎn)發(fā)，收集森林和林區(qū)數(shù)據(jù)以及圖像信息可以全天候?qū)崟r返回，也可以通過4G/5G專網(wǎng)傳輸回遠(yuǎn)程命令中心，方便實時查看和科學(xué)分析；

（2）產(chǎn)品特點無中心組網(wǎng)：節(jié)點地位對等，即可作為終端節(jié)點、中繼節(jié)點或中心節(jié)點；任意結(jié)構(gòu)組網(wǎng)：節(jié)點自動識別選擇帶寬數(shù)據(jù)路由；安全保密性：通過工作頻點、載波帶寬、擾碼等層層加密，支持AES128/256；抗干擾、抗毀：采用COFDM、MIMO、ARQ等技術(shù)，提高數(shù)據(jù)帶寬與抗干擾性能；多節(jié)點靈活組網(wǎng)：根據(jù)信道質(zhì)量、速率、誤碼等指標(biāo)，自動計算鏈路路由，靈活組網(wǎng)；全IP組網(wǎng)互通：支持?jǐn)?shù)據(jù)透傳、多種系統(tǒng)互聯(lián)互通，多媒體業(yè)務(wù)實時交互；

3、單兵背負(fù)式自組網(wǎng)電臺  

（1）產(chǎn)品介紹單兵設(shè)備可深入林草火災(zāi)現(xiàn)場執(zhí)行一線任務(wù)，既方便與周圍車上指揮員及其他安全員間實時語音通信，高效本地協(xié)同；又可將現(xiàn)場內(nèi)部采集的高清視頻圖像盡可能及時回傳，向后方平臺提供全面清晰的現(xiàn)場實時圖像；
（2）產(chǎn)品特點無中心組網(wǎng)：節(jié)點地位對等，即可作為終端節(jié)點、中繼節(jié)點或中心節(jié)點；任意結(jié)構(gòu)組網(wǎng)：節(jié)點自動識別選擇帶寬數(shù)據(jù)路由，提高數(shù)據(jù)帶寬與抗干擾性能；多節(jié)點靈活組網(wǎng)：根據(jù)信道質(zhì)量、速率、誤碼等指標(biāo)，自動計算鏈路路由，靈活組網(wǎng)；全IP組網(wǎng)互通：支持?jǐn)?shù)據(jù)透傳、多種系統(tǒng)互聯(lián)互通，多媒體業(yè)務(wù)實時交互；

4、無人機自組網(wǎng)模塊

 （1）產(chǎn)品介紹無人機搭載自組網(wǎng)節(jié)點設(shè)備升空，既可進一步擴大無線覆蓋范圍，減少覆蓋盲區(qū)，提升視頻回傳質(zhì)量；又能將空中移動監(jiān)控與地面固定監(jiān)控有機結(jié)合、優(yōu)勢互補，形成地空“立體式”監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)在有效增大監(jiān)控區(qū)可視范圍。
（2）產(chǎn)品特點 無中心組網(wǎng)：節(jié)點地位對等，即可作為終端節(jié)點、中繼節(jié)點或中心節(jié)點；任意結(jié)構(gòu)組網(wǎng)：節(jié)點自動識別選擇帶寬數(shù)據(jù)路由，提高數(shù)據(jù)帶寬與抗干擾性能；多節(jié)點靈活組網(wǎng)：根據(jù)信道質(zhì)量、速率、誤碼等指標(biāo)，自動計算鏈路路由，靈活組網(wǎng)；全IP組網(wǎng)互通：支持?jǐn)?shù)據(jù)透傳、多種系統(tǒng)互聯(lián)互通，多媒體業(yè)務(wù)實時交互支持分層分組和漫游組網(wǎng)，擴展系統(tǒng)通信能力。

* 原理性無縫切換實現(xiàn)

* 每條鏈路支持

沒有中心網(wǎng)，可以根據(jù)需要靈活部署，沒有機房、傳輸網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施支持，可以任意設(shè)置，可以通過多跳中繼網(wǎng)絡(luò)進行擴展，進一步擴大覆蓋范圍。

* 多鏈路數(shù)據(jù)分集容錯

具備跳頻功能，有效提高抗干擾和抗跟蹤能力;引入數(shù)字濾波功能，有效抑制遠(yuǎn)程干擾。同時采用ARQ傳輸機制，降低了數(shù)據(jù)傳輸損耗率，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?span style="font-size: 16px;">

* 強抗多徑能力

采用COFDM技術(shù)，抗多徑能力強。數(shù)據(jù)透明傳輸支持各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，無需差分透明傳輸。通過寬帶傳輸，可以支持清晰的語音、寬帶數(shù)據(jù)、高清視頻等多媒體業(yè)務(wù)。