5G技術在智慧消防中的應用展望

靳濤

摘 要：智慧消防是消防工作高質量快速發展的重要舉措，當前處于智慧消防發展的初級階段，面臨泛在感知難、遠程實時控制難、高速高可靠性傳輸難等諸多問題，5G技術為解決上述問題提供了契機。本文分析了5G在技術層面的五大特性，研究了5G與智慧消防結合將發揮的優勢，最后簡要展望了5G技術在智慧消防應用領域的十個典型場景。

關鍵詞：5G技術;智慧消防;物聯網;火災

中圖分類號：D631.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0187-02

0 引言

隨著經濟社會發展，火災致災因素增多、造成的后果嚴重。亟需加強對消防安全狀況全時段、全天候、自動化的監控，亟需加強對火災風險的預警、預判、預測能力，亟需加強滅火救援的科技化、智能化、專業化程度。因此，智慧消防應運而生。以往智慧消防項目受傳統無線通訊技術在速度、時延、功耗等方面的制約難以促成較大突破，5G技術以其大帶寬、低延時和廣連接的優勢助力數字化轉型，牽引云計算、大數據、物聯網和智慧消防的深度融合。

1 5G技術特點

5G是第五代移動通信技術的簡稱。是新一代蜂窩移動通信技術[1]，5G通信應該至少包含以下幾個方面的基本特征，即高速率、高可靠性、低時延、低能耗和廣連接，可簡單概括為“兩高兩低一廣”：

（1）高速率。5G通信一般采用頻率在30～300GHz范圍內的頻譜資源，波長為毫米波，根據香農公式，信道容量與信道帶寬成正比，因此5G通信的峰值速率不低于20Gbps，是4G-LTE通信的10倍以上。

（2）高可靠性。5G發送一個32Byte的數據的成功概率可達到99.999%，此外，如果時延允許，5G還可以采用重傳機制，進一步提高成功率[2]。

（3）低時延。通信時延是指數據成功由發送方無線協議層入口點，經由無線傳輸，到接收方無線協議層出口點的時間。4G通信的時延在50ms左右，對于通話影響不大，而對于一些工業應用場景時延較長。而5G通信空口時延達到1ms，端到端時延小于10ms。

（4）低功耗。傳統傳感器采用GSM、Zigbee等無線通信方式，功耗是一個很大的問題，通信設備需要經常更換電池或者充電，5G通信通過NB-IOT等通信協議使功耗大大降低。

（5）廣連接。傳統4G通信所連的終端數量有限，一般以手機為主，而5G通信能夠連接海量設備，滿足廣泛采集和傳感，達到100萬/km2連接數密度指標要求。

此外5G與4G的關鍵指標對比，如表1所示。同時5G還支持網絡切片（Network Slicing）、移動邊緣計算（Mobile Edge Computing）等技術。

2 5G技術在智慧消防中發揮的作用

智慧消防是以移動計算、智能識別、智能處理、虛擬仿真等現代信息通信技術為支撐，為火災預警、滅火救援和隊伍管理等工作建立的智能化平臺，對提升防災減災救災能力起到極大作用，是智慧城市的重要組成部分[3]。

一個智慧系統通常由感知、傳輸和計算（決策）三個層次組成[4]，但在4G時代難以形成規模。5G技術可使感知層利用廣連接、低功耗、萬物互聯、海量數據等特性，傳輸層利用高速高可靠性等特性，在計算（決策）層5G加快了邊緣計算、云計算、霧計算部署的進程，總之5G在智慧消防的各個領域都起到了推波助瀾的作用，如圖1所示。

3 5G技術在智慧消防應用中的典型場景

5G是跨時代的技術.憑借極佳的體驗和更大的容量，將開啟萬物互聯時代，將和大數據、云計算、人工智能一道帶來信息通信技術的飛躍，并滲透至各個行業。文章進一步結合智慧消防業務需求，細化出5G在智慧消防領域中十個應用場景。

3.1 云VR/AR

5G使VR/AR所需的百兆級大寬帶和毫秒級短時延可由5G支持，配合云端強大的計算能力和超低延時壓縮技術，可實時計算機圖像渲染和建模。可以打破時空限制，模擬各類訓練場景，使指戰員沉浸式的演練，提高訓演練的質量[5]。

3.2 消防車聯網

5G技術將使消防車納入整體車聯網中，可實現自動駕駛、遠控駕駛、編隊行駛，其他社會車輛檢測到消防車后可自動避讓[6]。

3.3 遠程操控

目前已有偵查、滅火等各類消防機器人，但受制于通訊技術，往往操控距離有限，遇有大范圍災害事故，操控人員往往冒有極高風險，5G可實現操控人員遠距離無線操作，真正確保指戰員的生命安全。

3.4 生命體征監測

目前的可穿戴設備受電池使用時間，時延和速度限制，無法作為獨立設備存在，需要和計算機和智能手機配對。未來消防指戰員會配備便攜式可穿戴生命體征監測設備，如腕表、胸帶等，實時采集人體心率、血氧、血壓等生命體征指標和溫度、煙氣濃度、移動速度、位置等環境參數，將數據上傳至云端分析，若超出警戒值則回傳至設備提醒本人和其他指戰員，使得訓練和滅火救援更加安全。

3.5 超高清視頻

在遠程指揮、視頻會議等應用中亟需4k/8k等超高清視頻，將災害現場畫面高清無死角的實現遠程傳輸回指揮中心，使得各級領導決策指揮更加科學和順暢。同時在監督執法方面，支持5G技術的超高清執法記錄儀將消防監督全過程向社會開放，接受公眾監督[7]。

3.6 消防無人機

配備LiDAR（激光雷達）、熱成像的無人機可以進行空中監視，掃描所產生海量的實時數據量需要大帶寬支持，將在三維建模、預案制作、火災偵查等場景下廣泛采用。

3.7 AI消防頭盔

AI消防頭盔使得現場指戰員能夠與指揮中心和其他隊員自由溝通，不受原先對講設備限制，并且能夠判斷室內煙氣濃度、尋找火源、分析潛在危險。

3.8 智慧營區

依托物聯網實現營區供水、供電、供氣、供暖、水質的實時監控和溫濕度調節，通過電子圍欄技術建立安防系統，遠程醫療為指戰員邀請權威專家診療。

3.9 裝備物聯網

將車輛、器材通過物聯網連接，對滅火藥劑裝載率等信息實時監控，記錄分析各類器材易出現的故障，不斷提高消防裝備信息化水平。

3.10 消防遠程監控

利用物聯網監測建筑室內消火栓和自動噴淋系統水壓、高位消防水箱和消防水池水位等狀態，利用視頻監控系統監控消防車道占用、消防控制室值班等情況，動態監控單位消防安全狀態，全面提升消防安全管理水平和效能。

4 結語

總之，正在到來的5G時代是一個以智慧為特征的時代，5G技術為智慧消防發展帶來了絕好的契機。因此，我們要加大對5G技術的研究，加快“智慧消防”應用及模式的研發，使5G和智慧消防深入結合，從而支撐和引領消防工作科學有序發展。

參考文獻

[1] 劉振宇.5G通信技術應用場景和關鍵技術[J].電子技術與軟件工程，2019（19）：30-31.

[2] 張赟.5G通信技術應用場景和關鍵技術策略[J].計算機產品與流通，2019（19）：68.

[3] 丁祥郭.“智慧消防”建設與發展的思考[J].計算機安全，2012（10）：66-69.

[4] 王毅.5G通信與泛在電力物聯網的融合：應用分析與研究展望[J].電網技術，2019（5）：1576-1585.

[5] 王國法，趙國瑞，胡亞輝.5G技術在煤礦智能化中的應用展望[J].煤炭學報，2020（1）：16-23.

[6] 5G時代十大應用場景白皮書[EB/OL].[2019-08-08].https：//www.huawei.com/cn/industry-insights/outlook/mobile-broadband/insights-reports/5g-unlocks-a-world-of-opportunities.

[7] 彭建，周鈺哲，孫美玉，等.5G十大細分應用場景研究[N].中國計算機報，2019-07-15（12）.