前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的智能手機和無人機的應急通信技術，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

摘要:針對震害后災區通信中斷，救援人員無法及時獲取災區信息的情況，文中提出了利用智能手機中的藍牙和Wi-Fi作為無線網絡收發工具，構建災區mesh網，將災情信息以分布式的方式存儲于網絡各節點中，進行信息共享，并在此基礎上利用無人搜尋、收集各mesh網絡上的信息，攜帶災區信息的無人機能夠迅速將大量災區信息傳送回應急響應中心。文中構建的災區信息收集系統是集成了受災人員的自救行為以及救援人員的搜救行為為一體，以內、外域結合的應急響應思想構建的信息收集、獲取系統，獲得的災情信息能夠快速傳回應急指揮中心，供指揮員制定相應應急方案。

關鍵詞:高空基站;突發公共事件;無人機;應急通信

0引言

突發事件在近年來有愈發頻繁的趨勢，地震、雪災、泥石流、暴雨、恐怖襲擊等自然災害或人為事件的發生，給受災群體帶來巨大損失，同時給普通人的生活也帶來心理壓力。及時、有效的突發事件應對，可以減少突發事件帶來的損失。獲取準確的突發事件信息，又是突發事件應對的基礎。然而，突發事件發生后，通信設備受損造成的信息溝通不暢，準確的災情信息很難傳送回應急指揮中心［1］，決策者通過不完整的信息做出的決策可能會出現不完善的情況，救援效率也會大打折扣。通信中斷的現象在地震后的災區特別明顯［2］。地震發生后，無線通信基站、有線通信網絡被毀，災區與外界隔絕形成了“孤島”，震害信息難以快速傳達至應急中心，有悖于應急救援的及時性。如何在極短時間內將災區的有效信息傳達至應急救援中心供決策者使用是本文研究的主要問題。本文以震害為例，擬解決短時間內將震害信息傳達至應急救援中心的問題。首先，本文對突發事件信息收集的方法進行綜述，分析了極短時間內震害信息收集存在的問題;其次，本文以系統工程的思想構建了智能手機于無人機相結合的快速震害災情信息收集系統;最后，本文提出了以智能手機構建的mesh網絡中，數據的分布式存儲的方法能夠有效提高信息收集效率。

1研究現狀

注突發事件信息收集系統作為突發事件應急響應的子系統受到了研究者們的廣泛關注，較為先進的信息收集系統主要分為5類。

1．1傳感器收集類型

利用固定或者移動的傳感器收集信息并通過網絡將信息傳輸至應急中心分析，傳感器一般被安置于災害可能發生的區域，對災害的發生、發展進行檢測。以固定傳感器的方法進行信息收集的洪澇災害檢測［3］，以可移動移動傳感器收集信息的方法搭載傳感器的無人設備、如無人機［4－5］、無人車等，搭載傳感器的可移動設備對突發事件現場數據進行收集，收集的結果傳送回指控中心做進一步分析。該方法的優點是利用無人設備進行信息收集，確保了信息收集過程中人員的安全性，缺點是現階段得到的信息還不夠完整，大量的數據處理工作效率還不夠高，識別度有待提高。

1．2大數據收集類型

以大數據進行信息收集的方法，該方法主要對觀察到突發事件的人群在網絡上發表的圖片及文字進行識別，定位突發事件一些基本信息，該方法可以快速定位突發事件是何時、何地、發生了什么事以及其變化情況［6］。具體的方法是利用公開的社交媒體，結合突發事件的特征，實時檢測突發事件的發生，該方法能夠快速獲取突發事件中的重要信息［7－8］。該方法是利用眾包(Crowdsourcing)的思想，以每一個遇見突發事件并愿意發聲的人作為傳感器，通過先進的數據挖掘技術，在突發事件發生發展的整個過程進行實時監控，優點是不需要耗費大量的人力物力去進行信息收集，只需要通過網絡爬蟲檢測網上的內容即可，缺點也顯而易見，群眾對突發事件的觀察主觀化嚴重，可能無法反應突發事件真實情況，還需要相關人員進行進一步確認。

1．3智能手機收集類型

利用智能手機和使用智能手機的人作為收集信息的“傳感器”，利用無線網絡向智能手機發送問卷，快速地調查地震烈度分布，繪制震后烈度圖［9］。又可以通過智能網來提高緊急呼叫系統的成功率［10］。手機之間組件無線網絡，亦可提高災區內部的應急通信能力［2］。該方法的有點是成本較低，缺點是需要良好的手機通信網絡，并且受到手機使用者的主觀影響較大。

1．4通信網絡完善類型

利用各種信號增強的方法來解決突發事件后帶來的信號中斷問題，使得災區信息可以通過原有的設備發送災區之外。常用的方法是安置臨時衛星信號接收器［11］，利用衛星通信的穩定性來保障災區通信。谷歌ProjectLoon中利用的高空氣球提供應急網絡的方法［12］。車載通信及天基基站的應急通信方法［1］。

1．5多源信息融合類型

該類型將上述一種或者幾種信息收集類型相結合，例如將傳感器、大數據和觀察者獲得的數據進行融合分析，提供相應數據供決策者參考。該方法能調動盡可能多的信息收集方法，是一種相互補充相互協作的信息收集類型。

2現狀分析

現階段主要的研究方法是在突發事件發生之后，優先修復受損的通信設備，建立災區與外界的物理連接(無線網絡)。然后利用不同的設備及不同的人員對該地災情信息進行收集，最后收集到的信息由無線網絡傳輸至應急指揮中心。通過綜述可知，若通信設備能夠正常工作，突發事件相關數據即可傳達至應急中心，之后的處理及分析已經處于較為完善的水平，構建完善的應急通信網絡是信息收集系統的硬件基礎保障。通過總結震后各通信設備的作用范圍和作用時間，可以繪制設備作用時間－作用范圍圖(如圖1所示)，容易觀察到在一天的時間之內，災區的信號中斷，很難將災情信息傳輸出來。直升機與無人機假設的通信網絡一般用于應急指揮通信，是為了保障應急救援通訊的專用網絡，作用于基站修復之前，在震后一天左右的時間內構建完成。衛星遙感的通信方式是通過空投的方式，將衛星電話空投至重災區內部，由災區內部應急管理者聯系外界使用;衛星通信作為長期穩定的通訊方式被廣泛應用于各種行業，但是現階段衛星電話的成本高，難以覆蓋到各基層組織。由谷歌創建的“潛鳥”工程(ProjectLoon)能夠為災區提供長期有效廉價的無線網絡，但是無線網絡需要長時間的構建，并不能作為災區初期的應急通信手段。手機作為災區內部僅有的常見的通訊手段，在通信基站被摧毀的情況下，無法聯絡災區外部，災情信息也很難傳送出去，手機信號的基站一般需要一周或者一周以上才能完全恢復正常，亦無法使用常規手機連接模式進行通信。加之災區的電力缺失，手機電量無法維持較長的時間，獲得災民提供的信息不得不控制在較短的時間內。觀察圖1容易看出:災區一天以內的通信與一天之后的通訊處于隔斷狀態，本項目的研究目的是利用災區手機的近場通訊功能以及無人機的靈活性特點來構建震后短時間內的災區與外部的非實時通訊網絡。

3框架構建

為了快速獲取較為準確的災情信息，本文提出了一種智能手機和無人機相結合的突發事件信息獲取系統，以救援者和受災者結合的方式，快速獲取地震災區的災情信息的方法。該信息收集系統主要由智能手機和無人機兩部分組成。地面通信網絡是多用戶鏈接(MultipeerConnectivity)網絡，是一個使附近的設備能夠通過基礎設施Wi-Fi網絡、對等Wi-Fi和藍牙個人區域網絡進行通信的框架［14］。智能手機的持有者可以將災情和自身的基本情況通過該網絡與周圍的人進行共享，求救或者給予幫助，組網方式可以參考文獻［2］給出的多個智能手機組網方法。如圖2所示，構建成功的災區內部應急通信網絡。該文獻給出的信息通過有信號鏈接的手機傳遞至災區外部的方式，但是在面對嚴重的地震災害是時，依然存在所有災區所有手機都無法鏈接網絡的情況，為了應對此情此景，本文提出利用無人機進行地毯式搜索，從而獲取該網絡中人員的基本情況及環境損毀情況。以收集信息為目標的網絡構建特點:由于地震災區環境較為惡劣，沒有穩定的電力供應，智能手機網絡隨著時間的推移會呈現出不穩定、多變、節點消失或通信中斷等情況，為了能夠保證信息的完整性，本文提出兩個改進的地方。第一是引入分布式存儲技術，將每一個智能手機節點均作為災情存儲的設備，此時，當某一節點被破壞時，不會影響網絡存儲的信息總量，但是會造成每一部智能手機的存儲壓力，手機存儲能力較弱時則無法存儲所有災情的信息。第二是災情信息簡化技術，原始的應急系統使用的前提是有網絡的情況，無論是圖片數據還是文字數據均可由網絡傳輸至監控中心，當網絡異常的情況出現時，及時文字數據都難以收發更別提圖片了;本文擬利用文字描述的方法代替圖片對災情信息進行收集，以簡短的文字描述來判斷受災的嚴重程度。利用上述兩種技術，各網絡只需一個節點即可傳輸所有災情信息，保證了該網絡信息傳輸的完整性。當完整性得以保證后，需將信息傳輸至外部應急指揮中心，本文利用無人機的方法對該地區信息進行收集，并將收集到的災情信息傳輸至應急響應中心。如表1所示，現階段手機常用的Wi-Fi標準如下所示，該參數為理想狀態下測量，在實際應用中存在較大偏差，特別是有墻壁阻隔時，傳輸距離或大大降低;在災區面積較大的情況下，可能會出現不止一個網絡的情況。為了盡量將所有網絡的災情信息收集回來，無人機需進行地毯式的搜索，并在搜索到信號時懸停進行數據傳輸數據，傳輸完成后繼續搜索，直至搜索任務完成或燃料即將耗盡的情況。常見的無人機類型有三種，三種無人機類型進行比較，系留式無人機受到有線的影響，無法進行遠距離搜尋，更適合作為信號收發裝置長時間懸空使用，而固定翼無人機無法低空懸停進行信息收集，綜上所述，結合各無人機特點，本文的信息收集系統中的無人機采用旋轉翼無人機，它既具備靈活飛行的特點，又能在空中懸停進行數據傳輸和信息收集，并且該機具有較長的滯空時間，能夠保障一定的搜尋范圍，對提高災情搜集的效率有一定幫助。震后受災群體通過手機Wi-Fi已經構建了三個災區內部通信網，通過信息的共享，已經完成了部分自救和互救的行動，但是任有部分被困人員急需外部專業救援人員進行救助，另外，生活必需品以及受傷、失蹤情況已經過編輯，共享于內部通信網絡，急需將災情信息發送至災區外部。由于進入震區的道路被毀，救援人員無法驅車直接前往該地區，在道路損毀的邊緣地帶通過無人機的方法對災情信息進行收集，搜索災區內部構建的無線通信網絡，并將該網絡上存儲的災情信息傳回應急指揮中心進行進一步分析。無人機的搜索范圍是以無人機為球心，半徑為70米(選取表1中802．11n設備搜尋室內信號)的球形內部，假設飛行高度垂直于地面10米，那么，該機映射到地面的搜索半徑約為69．3米。當檢測到內部網路信號時，在該處懸停，并搜集網絡上的共享災情信息，并將災情信息傳輸至應急指揮中心，搜集完之后繼續按照原計劃路線搜尋，直至災區所有地帶搜索完畢。

4結束語

信息獲取是突發事件應對的基礎，快速獲取準確的信息能夠提高應急效率。本文綜述了現階段應急通信的諸多方法，總結了其作用時間和作用范圍，發現了震后初期通信的斷層期。本文指出現階段信息獲取過程中存在的不足，提出了智能手機和無人機相結合的信息收集方法，該方法是一種被救者與救援者相互協作的應急信息收集方法，是一種解決高效穩定的通信方法建立之前的快速信息收集方法。該方法彌補了震后通信時間與空間的斷層，能夠快速將受災者收集的災情信息傳輸至應急指揮中心，為決策者提供數據支持，在一定程度上提高了應急效率。

作者:梁魏 黃炎焱 王建宇 單位:南京理工大學