消防滅火救援在5G時代下的發展研究

摘要：2019年6月工信部發放了5G（第五代移動通信技術系統）商用牌照，標志著中國正式進入5G時代，相比上一代通信技術，5G具有高速率、低延時、泛在網等優點，使得自動駕駛、虛擬現實、遠程醫療、無人物流等變成現實，深刻影響了汽車、醫療、交通、教育等行業。消防滅火救援也應該抓住5G時代的機遇，主動擁抱技術變革，創新滅火救援手段，擴寬救援應用場景，不斷提高滅火救援效能，實現消防滅火救援的智能化和現代化。

關鍵詞：5G;消防;滅火救援;發展

隨著5G技術的推廣應用和深耕發展，不僅改變革新了很多行業，而且催生了很多業態，極大地提高了工作效率、提升了生產力，探究消防滅火救援在5G時代下的發展應用，不僅是提高滅火救援實戰能力的迫切需求，也是推動消防救援隊伍滅火救援智能化的必然要求。

1 現狀與不足

目前《城市消防站建設標準》（建標152-2017）中使用通信技術的裝備器材有：消防員單兵圖偵系統、消防員單兵定位裝置、消防員呼救器后場接收裝置、單兵圖像傳輸設備、無線復合氣體探測儀、消防用小型飛行器（無人機）、手持電臺、遙控消防炮以及各類消防機器人（排煙、偵察）等，雖然裝備比較成熟，能夠滿足日常滅火救援之需，但是在實際使用過程中，受限于通信技術、地理環境、現場條件等因素，經常會出現圖像傳輸卡頓失真、遙控信號延時甚至中斷等現象，限制了裝備器材的使用效能，也一定程度上影響了滅火救援的順利進行。

1.1圖傳不暢

消防員單兵圖偵系統、單兵圖像傳輸設備等圖像視頻傳輸設備，采用433MHz無線傳輸通訊方式理論傳輸距離可達2km，采用2.4GHz的可達1km，頻率大小不同傳輸距離不一，采用4G 通信技術的理論上傳輸距離不受限制，但是在實際使用過程中，由于現場地理環境（如建筑物遮擋、地下空間等）以及信號強弱（移動基站）等因素的影響，常常會導致傳輸的音頻視頻出現卡頓延時、模糊失真等問題。

1.2設備不融

目前各類裝備器材廠家所使用的通信協議和技術標準都不一樣，即便是同一類器材也存在使用不同通信技術的情況，如手持電臺（對講機），有使用350Mhz警用頻段，也有使用數字集群通信系統、還有使用公網語音傳輸。各種對講機之間無法通用，需要分別購置配備，不僅造成經費的浪費，而且不方便指戰員在滅火救援現場的攜帶使用。其他通信類裝備器材更是因為通信技術標準不一，不能互融互通，很大程度上影響了作戰效能。

1.3定位不精

消防員單兵定位裝置、消防員呼救器后場接收裝置等裝備器材使用通信技術進行定位的主要有GPS、GPRS（GSM）、

LBS、NB-IoT、wifi、藍牙、RFID等，均存在定位不精確的問題，不能滿足實戰之需。GPS定位誤差在5米左右，受氣候（陰雨天氣）和地理環境（車庫隧道）對信號遮擋從而影響定位精度，也存在終端續航能力的問題;LBS基站定位精度誤差大，定位精度受周邊基站數量和SIM卡信號強度的影響，而且同一基站范圍內的設備均被定位到該基站位置導致誤差較大;NB-IoT雖然功耗較低，可以實現大連接，但只適合于靜態定位，不適合消防員快速移動過程中的定位，定位精度（5米左右）也不能滿足實戰需要，5米的距離幾乎是兩層樓的誤差。WiFi定位雖然適合室內定位，精度也只能達到2米左右，而且容易受周圍環境影響。藍牙和RFID也適合于室內定位，精度比WiFi稍高，但需布置大量的硬件設備終端，電池耗盡之后更換電池工作很繁瑣，抗干擾能力較差。

2 5G特點與優勢

在第一代通信系統中只有語音，第二代通信系統中傳輸速度只有10kb/s，第三代通信系統中也只有2Mb/s，第四代通信系統達到了100Mb/s，到了第五代通信系統（5G），相比上一代通信系統（4G），在通信速度、通信質量等方面都有了一個質的飛躍。

2.1高速率

5G通信的數據傳輸速率最高可達10Gb/s，是上一代通信技術快100倍，超大的數據傳輸能力，意味著可以每秒下載一部高清電影，觀看4k高清視頻、360度全景視頻不會出現卡頓，極大改善和提升VR虛擬現實和AR增強現實體驗。

2.2低時延

時延是指數據從上傳請求到接收的用時，5G的時延最低要求是1毫秒，而4G為30-70毫秒，較低的延時，可以獲得更快的響應時間，使得無人駕駛、遠程手術等成為可能。解決時延問題，是通信系統里最核心的一個問題，如果延時長，系統不能及時傳達接收指令，高速行駛的無人汽車會在100毫秒左右沖出幾十米，將導致車毀人亡;無人機更是如此，極小的偏差就會導致碰撞和事故。

2.3泛在網

泛在網，顧名思義是指在每一個角落都有網絡信號的存在，一是廣泛覆蓋，不僅在城市里，而且在偏遠農村及高山峽谷都有網絡覆蓋;二是縱深覆蓋，如衛生間、地下停車場等信號死角的地方都有5G網絡覆蓋。

2.4低功耗

通信需要能源提供動力，5G的低功耗使得大規模物聯網應用成為現實，真正實現萬物互聯，可將大量的傳感器、終端接入到網絡中，在聯網之后就可以實現實時管理和智能化管理，大大改善了用戶體驗，促使物聯網產品快速推廣普及。

3 發展展望

5G因其特有的技術優勢，已經促使很多行業發生改變，借鑒目前無人汽車、虛擬現實、遠程醫療等業態的發展形勢，如果將5G技術與消防滅火救援領域相結合，會實現什么樣的應用場景、催生怎么樣的救援變革？

3.1遠程救援指揮系統

得益于5G高速率、低時延的優勢，將VR、AR技術應用于滅火救援，可以打造現代化的遠程救援指揮管理系統。一線指戰員在滅火救援現場，通過現有的AR智能眼鏡、VR視頻設備或研發與救援頭盔一體化的音視頻采集系統，將現場情況實時高清遠程傳輸到全國乃至全球各地的平臺終端，有了VR/AR技術的加持，可以實現滅火救援實戰化展示，遠程端的指揮人員和專家技術人員可以猶如身臨其境滅火救援現場;商討制定最佳戰術措施，實時向現場救援人員下達精準的指令，實現跨平臺協同作戰，而無需全部趕赴現場，節省時間、提高救援效率，最大限度減少人們生命財產損失。此外，還可以實現遠程醫學救援，被救傷員從滅火救援現場送到醫院的路上，就可以利用VR、AR等技術遠程與醫院無縫聯動，及時制定搶救方案，提前準備手術，大大縮減傷員搶救的響應時間。

3.2車輛裝備物聯網

將各種各樣的傳感器安裝到裝備器材上并連接至網絡中， 有了5G技術低功耗的優勢，能夠長時間出于聯網狀態，實現裝備器材的互聯互通，真正做到實時管理和智能化管理。在消防車上安裝各類傳感器，不僅可以了解車輛的維護保養情況，如發動機轉速溫度、燃油機油余量等靜態數據，還可以實時掌握車輛的運行狀態，如水（泡沫液）余量、水泵及各出水口的壓力和流量、空氣壓縮系統的進氣量、潤滑油類溫度等動態數據，為現場滅火救援提供輔助決策數據。通過在各類滅火救援裝備器材上安裝傳感器，還可以實時觀測并記錄各類裝備器材的運行數據，如液壓器材的液壓油量溫度、電源電壓電量等。

3.3消防員生命安全系統

研發各類生命體征傳感器的可穿戴設備，使得現場指揮員或者后方指揮中心能夠實時掌握滅火救援現場消防員的心率、呼吸、血壓、乃至血液中含氧量等各項數據，以便及時做出指揮決策，極大保障消防員的生命安全。在物聯網產品推廣普及、真正實現萬物互聯之后，每件設備終端或者每個傳感器等都會有其固定的地址或者地理信息，而無需額外安裝布置硬件設備，由于數量多、范圍廣，使得定位能夠變得非常精確（厘米級別），5G泛在網的特點確保這些終端設備能夠隨時隨地處于聯網狀態，提供位置信息，這樣一來，可以有效解決復雜災害現場或室內建筑物中消防員的定位問題。關乎消防員生命安全的各類數據、各種設備和各類應用都可以在5G技術應用下成為現實。

3.4無人滅火救援作戰系統

在遠程救援指揮系統和車輛裝備物聯網的基礎上，結合無人駕駛技術，可以實現無人滅火救援，最大限度解放人力、減少傷亡。指揮中心接收到警情后，無人駕駛消防車自動規劃路線行駛至滅火救援現場，在行駛過程中可提前派出偵察無人機第一時間抵達現場，實時傳回現場高清視頻，提供動態災情以便指揮中心能夠第一時間調集足夠力量、及時調整制定滅火救援方案;還可以利用無人機傾斜攝影對救援現場進行三維建模，為各級指揮部制定滅火救援方案提供第一手仿真的現場情況。在車輛裝備互聯互通的情況下，后方指揮中心可以實時全面掌握參戰消防車輛裝備器材的實力狀況、性能參數，遠程遙控滅火救援，利用5G通信遙控消防機器人、移動消防炮等進行滅火，還可以遠程指揮大載重、長續航的無人機攜帶滅火藥劑撲救高層建筑火災，機動靈活，克服地理條件的約束;結合人工智能技術，還可以研發無人機集群系統，實現自動化無人滅火的場景。相信在不遠的將來，滅火救援也可以實現像電影中無人作戰部隊的應用情景，打造全方位的立體作戰系統，只需指揮中心的兩三名指揮員，即可遠程操控各類裝備器材實施無人滅火救援。

4 結語

國家制定了5G的發展規劃，也相繼出臺很多政策支持5G產業發展，對于消防滅火救援領域來說，是挑戰更是機遇，挑戰在于需要花費很大精力、投入很多經費進行研發，也需要很長時間去習慣適應新的滅火救援方式;機遇在于將改變傳統滅火救援方式，不僅極大提高滅火救援效能，而且將最大限度減少人員傷亡、保護人民生命財產安全。5G技術應用與消防滅火救援領域相結合，存在很大的潛能和空間，需要我們把握時機不斷探索與實踐，逐步實現智慧化的滅火救援。

參考文獻：

[1] 趙雨昕，孫鵬舉.淺談5G技術在消防救援隊伍信息化建設中的應用[J].數字通信世界，2019（04）：37.

[2] 崔彥琛，吳立志，朱紅偉，崔俊廣.無人機在消防通信中的應用研究[J].消防科學與技術，2019（04）：526-528.

作者簡介：

黃贊輝（1989-），男，福建南安人，本科學歷，湖南省永州市消防救援支隊工程師，主要從事消防車輛裝備管理工作。