森林草原防火应急通信无线组网应用

一、背景概述

     随着气候变化和人类活动的影响，森林草原火灾的风险不断增加，使得森林草原防灭火工作面临新的要求，为了应对这些挑战，全国各级林草部门坚决贯彻落实森林草原火灾防控工作，确保防火形势持续平稳，火灾发生数量及受害面积连年保持历史低位。

二、现状分析

       森林草原火灾防控工作的核心是信息化，而信息化的基础是通信。通信是森林草原火灾防控的“神经系统”，是火灾预警、监测、报告、扑救、指挥、协调的重要手段和保障。然而，我国森林草原资源分布广泛，地形地貌复杂多样，林草防火应急通信能力相对滞后，大面积森林草原普遍存在公网通信覆盖率低、信号差、“进山入林无信号”等突出问题，对森林草原火情发现报告、火灾扑救指挥等形成严重制约，是当前推进林草防火高质量发展的一块突出的短板。
具体表现在：
       1、森林草原通信基础设施不完善，公网通信覆盖率低我国森林草原固定通信基站数量偏少，公网通信信号差，网速慢，或只有到特定位置才能发送短信或者语音通话
       2、森林草原应急通信装备不充足，应急通信保障能力不强目前，我国林草防火应急通信主要依靠卫星通信、机动通信等方式，但这些方式存在着成本高、效率低、易受干扰、难以实现信息互联互通等缺点。
       3、林草防火信息化水平不高，信息化应用范围不广目前，我国林草防火信息的收集、传输、处理、分析、共享等环节还存在着“信息孤岛”现象，难以实现信息的快速流动和有效利用，影响了紧急情况下防火决策的科学性和时效性。因此，进一步加大我国林区防火应急通信能力建设、加快提高重点林区防火通信覆盖率、补齐防火应急通信存在的短板弱项，是当前推进林草防火高质量发展、打通偏远林区防火应急通信覆盖的“最后一公里”重中之重。

三、解决方案

     武汉纤效采用公网通信+MESH自组网（单兵手持/背负+车载+无人机+固定端），融合北斗三号短报文的林草防火通信规模应用技术方案，适应我国森林草原防火应急与指挥通信需求的链路系统，实现森林草原火灾发生前、中、后的人员监测以及火灾救援的指挥调度。
公网基础上的MESH自组网设备的布设方案如下：

▲林草防火融合通信设备布设结构图
       一是在森林草原防火现场，布设宽窄带融合便携式自组网基站，作为自组网的中继节点，提供灵活的网络接入和数据转发。便携式自组网基站具有轻便的结构和低功耗的设计，可以方便地进行机动布设和快速部署。便携式自组网基站可以分为车载和无人机载两种类型，根据不同的地形和环境选择合适的载体。车载自组网基站可以利用车辆的动力和电源，提供较长时间的工作能力。无人机载自组网基站可以利用无人机的飞行能力，提供较高空间的信号覆盖。

       二是在森林草原防火现场人员处，分发便携式指挥台、宽带自组网背负台、窄带自组网语音手持台，作为自组网的用户节点，提供实时的火情和人员监测和指挥调度功能。便携式指挥台是自组网的核心节点，可以实现对自组网的管理和控制，以及与上级指挥中心的联络和协调。宽带自组网背负台可为防扑火分队提供宽带无线自组网接入能力，为队伍内配备的各类视频、数据、定位信息等多 媒体业务终端提供宽带双向数据交互服务。窄带自组网语音手持台是自组网的基本节点，可以实现对自组网的接入和使用，以及与其他节点的语音和定位数据的通信和交互。指挥调度态势显示软件是自组网的应用软件，可以实现对自组网的可视化和智能化，以及对火情和人员的监测和指挥。

       三是在森林草原防火重点区域，布设固定式自组网基站，作为自组网的骨干节点，提供稳定的网络覆盖和数据传输。固定式自组网基站可以提高网络的容量和可靠性，兼顾重点保障区域内高清视频等宽带多媒体业务的通信需求和大范围覆盖基本语音通信和定位态势信息的指挥调度能力。固定式自组网基站还可以与地面公网4G/5G通信网络和北斗三号短报文通信系统进行对接，实现多种通信方式的融合。

四、方案优势

      1、技术创新本方案采用多种先进的通信技术，如同频同播自组网技术、新能源供电技术、宽窄带融合自组网技术、北斗三号短报文通信技术等，实现通信链路的自动建立、自动维护、自动优化、自动切换等功能，提高通信的效率、可靠性、安全性和智能化水平。
      2、模式创新本方案设计多种灵活的自组网模式，如链状网、星状网、混合网络等，满足不同应用场景的需求，如火情事前中后的 火情和人员监测、火情中的指挥调度等。本方案还将与现有的防火应急通信系统进行对接和集成，实现多种通信方式的融合，如地面4G/5G通信、北斗三号短报文通信等。
      3、产品创新本方案开发多种创新的通信产品，如固定式双通道自组网基站、宽窄带融合便携式自组网基站、宽带自组网背负台、便携式指挥台、手持台等，满足不同场合的通信需求，如固定区域的网络覆盖、现场的网络接入、数据转发、火情和人员监测、指挥调度等。本方案还将提供指挥调度态势显示软件，实现对自组网的 可视化和智能化，以及对火情和人员的监测和指挥。

五、相关产品

武汉纤效自组网电台类产品丰富，有车载式、基站式、背负式等形态，解决前端采集设备与后端智能安全监管平台之间的通信。

产品	名称	名称
	车载式	ME112-1400 10W自组网机载基站
	背负式	ME52-XF 4W背负式单兵
	手持式	ME32-XF  4W手持式单兵
	无人机模块	MA100    4W远距离无人机图传模块

产品参数 
* 作工频率：1420MHZ-1520MHZ@4W MIMO 2*2

* 信道频宽：2M/5M/10M/20M/40M(可调)
* 调整方式：BPSK/QPSK/OFDM/BPSK/QPSK/16-QAM/64-QAM
* 接收灵敏度：-102dBm@5MHz  BPSK

* WiFi热点：2.4G

* 峰值带宽100Mbps
* 发射功率：双通道36dBm@4W
* 接收灵敏度：-102dBm@5MHz BPSK
* 跳频功能：支持跳频和智能选频
* 组网能力：≥32个节点
* 组网跳数：系统启动后8s入网
* 入网时间：>10跳
* 网络拓扑：无中心网络、星型网，链状网，网状网等
* 网络透传：支持
* 工作温度：-40℃~+65℃

1、车载式自组网电台

 （1）产品介绍指挥车和巡逻车部署车载自组网节点，快速进入林草火灾现场，便于信息采集、巡逻监控及指挥调度，并为安全员提供无线网络支撑；通过与卫星通信系统互联互通，将火灾现场信息第一时间回传后端监控指挥中心； 

（2）产品特点  无中心组网：节点地位对等，即可作为终端节点、中继节点或中心节点；任意结构组网：节点自动识别选择带宽数据最优路由，提高数据带宽与抗干扰性能；多节点灵活组网：根据信道质量、速率、误码等指标，自动计算链路路由，灵活组网；全IP组网互通：支持数据透传、多种系统互联互通，多媒体业务实时交互

2、基站式自组网电台 

（1）产品介绍针对林区山脉地形及植被覆盖应用场景，基站式自组网电台可以部署并与公共网络基站互连。通过多跳中继和中继转发，收集森林和林区数据以及图像信息可以全天候实时返回，也可以通过4G/5G专网传输回远程命令中心，方便实时查看和科学分析；

（2）产品特点无中心组网：节点地位对等，即可作为终端节点、中继节点或中心节点；任意结构组网：节点自动识别选择带宽数据最优路由；安全保密性：通过工作频点、载波带宽、扰码等层层加密，支持AES128/256；抗干扰、抗毁：采用COFDM、MIMO、ARQ等技术，提高数据带宽与抗干扰性能；多节点灵活组网：根据信道质量、速率、误码等指标，自动计算链路路由，灵活组网；全IP组网互通：支持数据透传、多种系统互联互通，多媒体业务实时交互；

3、单兵背负式自组网电台  

（1）产品介绍单兵设备可深入林草火灾现场执行一线任务，既方便与周围车上指挥员及其他安全员间实时语音通信，高效本地协同；又可将现场内部采集的高清视频图像尽可能及时回传，向后方平台提供全面清晰的现场实时图像；
（2）产品特点无中心组网：节点地位对等，即可作为终端节点、中继节点或中心节点；任意结构组网：节点自动识别选择带宽数据最优路由，提高数据带宽与抗干扰性能；多节点灵活组网：根据信道质量、速率、误码等指标，自动计算链路路由，灵活组网；全IP组网互通：支持数据透传、多种系统互联互通，多媒体业务实时交互；

4、无人机自组网模块

 （1）产品介绍无人机搭载自组网节点设备升空，既可进一步扩大无线覆盖范围，减少覆盖盲区，提升视频回传质量；又能将空中移动监控与地面固定监控有机结合、优势互补，形成地空“立体式”监控网络在有效增大监控区可视范围。
（2）产品特点 无中心组网：节点地位对等，即可作为终端节点、中继节点或中心节点；任意结构组网：节点自动识别选择带宽数据最优路由，提高数据带宽与抗干扰性能；多节点灵活组网：根据信道质量、速率、误码等指标，自动计算链路路由，灵活组网；全IP组网互通：支持数据透传、多种系统互联互通，多媒体业务实时交互支持分层分组和漫游组网，扩展系统通信能力。

* 原理性无缝切换实现

* 每条链路支持

没有中心网，可以根据需要灵活部署，没有机房、传输网等基础设施支持，可以任意设置，可以通过多跳中继网络进行扩展，进一步扩大覆盖范围。

* 多链路数据分集容错

具备跳频功能，有效提高抗干扰和抗跟踪能力;引入数字滤波功能，有效抑制远程干扰。同时采用ARQ传输机制，降低了数据传输损耗率，提高了数据传输的可靠性。

* 强抗多径能力

采用COFDM技术，抗多径能力强。数据透明传输支持各种业务数据，无需差分透明传输。通过宽带传输，可以支持清晰的语音、宽带数据、高清视频等多媒体业务。