Page 129 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第6期

第 50 卷第 6 期 王英剑等：面向城市地下空间应急救援的灾情信息感知与通信技术及装备 1151

quency variation and beamforming algorithms to enhance signal transmission, combined with a dynamic net‑
work switching strategy to ensure reliable communication in challenging underground environments. The
third one is intelligent service platform system. This system integrates real-time data fusion and visualiza‑
tion from multiple sources and provides decision support through algorithms for path planning, resource al‑
location, and risk assessment. Results: The proposed framework is validated in various underground sce‑
narios, showing significant improvements in disaster information perception and communication capabili‑
ties. The first component is disaster information perception. The SLAM-based system achieved high-reso‑
lution reconstruction of underground environments and identified key features such as stairs and slopes. Mi‑
cro-assembled sensors provided accurate environmental data, and the social information fusion component
enhanced situational awareness through multi-source data integration. The second one is autonomous opera‑
tion. The unmanned vehicle was characterized by wheel-track-leg and demonstrated adaptability to com‑
plex terrains with vertical obstacle crossing capability up to 25 cm and a climbing ability of 35°. The carbon
fiber cage-protected drone provided stable aerial surveillance in confined spaces. The third one is communi‑
cation network. It ensured reliable communication over 1.2 km distances, dynamically adapting to environ‑
mental changes. Point-to-point communication showed robust performance with high data rate and low la‑
tency. The last one is intelligent service platform system. It provided real-time data integration and visualiza‑
tion, supporting decision-making through actionable insights based on real-time analysis. Conclusions:
The proposed framework addresses the unique challenges faced by urban underground space emergency res‑
cue through systematic and intelligent design, enhancing the efficiency and safety of rescue operations. Fu‑
ture work can focus on optimizing the system to adapt to more complex and diverse environments, thereby
further improving its capabilities.
Key words： urban underground space； emergency rescue； disaster perception； emergency communica‑
tion； unmanned equipment

中国是世界上受自然灾害影响和威胁最为 信方面，为了适应灾害现场非视距、多阴影、多路
严重的国家之一，随着城市化进程的加快，城市 径的信道特性，迫切需要广覆盖、环境自适应的应
地下空间的开发利用不断增加。城市地下空间 急通信技术。英国 Domo 战术通信公司的 Mesh
救 援 任 务 是 灾 害 救 援 领 域 的 难 题 ，“ 盲 、狭 、乱 、 通信装备采用编码正交频分复用技术，通过空间
危”复杂环境使得救援工作面临巨大挑战。 极化分级接收增强非视距通信性能；美国 Silvus
灾情信息感知与通信是地下空间救援任务 公 司 采 用 自 适 应 带 宽 多 进 多 出（multiple input
的关键环节，地下环境比地上更加复杂恶劣，相 multiple output，MIMO）技 术 在 空 旷 地 区 的 传 输
关技术尚存在一定不足 ［1-3］ 。在灾情信息感知方 速率可达 100 Mbps，但在地下空间灾害环境下仍
面，中国主要通过对视频图像、物联传感等信息 面临挑战。中国海能达、鼎桥科技等公司研制的
结合分析算法实现，国际上利用激光雷达、声波、 应急通信装备可实现链状、网状等多种拓扑结构
红外等多型终端，结合边缘智能识别算法实现感 自组网。北京邮电大学、北京理工大学突破了地
知 与 研 判 ，但 在 环 境 适 用 性 方 面 仍 存 在 一 定 不 下无线信道建模、链路层接入控制和网络层路由
足 。Foster-Miller 公司研发的侦测机器人可在 等技术，为地下空间应急通信建模和信号体制研
［4］
未知环境中执行探测任务，具备一定的环境适应 究奠定了基础。本文提出的地下空间应急救援的
能 力 ［5］ ；美 国 iRobot 公 司 推 出 的 多 履 带 PackBot 灾情信息感知与通信技术及装备，可实现应急现
机器人具备良好的越障能力 ；沈阳新松机器人 场的灾情感知、应急通信、自主作业、辅助决策等
［6］
公司的轮式机器人能够在综合管廊等环境中实 全链条，提升城市地下空间的应急救援能力。
［7］
现自主作业与信息感知 ；哈尔滨工业大学研发
1 地下空间灾情信息感知与应急
的鱼类等仿生机器人为地下积水区探测提供了
［8］
解决方案 。无人机结合多传感器技术为灾情信 通信架构
息感知奠定了基础，但在地下空间的狭窄复杂环 1.1 地下空间特点与应急救援需求分析
境适应性等方面还需进一步提升 ［9-10］ 。在应急通 截至目前统计数据显示，中国城市地下空间