消防滅火救援在5G時(shí)代下的發(fā)展研究

摘要：2019年6月工信部發(fā)放了5G（第五代移動(dòng)通信技術(shù)系統(tǒng)）商用牌照，標(biāo)志著中國(guó)正式進(jìn)入5G時(shí)代，相比上一代通信技術(shù)，5G具有高速率、低延時(shí)、泛在網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使得自動(dòng)駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、無(wú)人物流等變成現(xiàn)實(shí)，深刻影響了汽車、醫(yī)療、交通、教育等行業(yè)。消防滅火救援也應(yīng)該抓住5G時(shí)代的機(jī)遇，主動(dòng)擁抱技術(shù)變革，創(chuàng)新滅火救援手段，擴(kuò)寬救援應(yīng)用場(chǎng)景，不斷提高滅火救援效能，實(shí)現(xiàn)消防滅火救援的智能化和現(xiàn)代化。

關(guān)鍵詞：5G;消防;滅火救援;發(fā)展

隨著5G技術(shù)的推廣應(yīng)用和深耕發(fā)展，不僅改變革新了很多行業(yè)，而且催生了很多業(yè)態(tài)，極大地提高了工作效率、提升了生產(chǎn)力，探究消防滅火救援在5G時(shí)代下的發(fā)展應(yīng)用，不僅是提高滅火救援實(shí)戰(zhàn)能力的迫切需求，也是推動(dòng)消防救援隊(duì)伍滅火救援智能化的必然要求。

1 現(xiàn)狀與不足

目前《城市消防站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo)152-2017）中使用通信技術(shù)的裝備器材有：消防員單兵圖偵系統(tǒng)、消防員單兵定位裝置、消防員呼救器后場(chǎng)接收裝置、單兵圖像傳輸設(shè)備、無(wú)線復(fù)合氣體探測(cè)儀、消防用小型飛行器（無(wú)人機(jī)）、手持電臺(tái)、遙控消防炮以及各類消防機(jī)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(shí)際使用過(guò)程中，受限于通信技術(shù)、地理環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)條件等因素，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)圖像傳輸卡頓失真、遙控信號(hào)延時(shí)甚至中斷等現(xiàn)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(jìn)行。

1.1圖傳不暢

消防員單兵圖偵系統(tǒng)、單兵圖像傳輸設(shè)備等圖像視頻傳輸設(shè)備，采用433MHz無(wú)線傳輸通訊方式理論傳輸距離可達(dá)2km，采用2.4GHz的可達(dá)1km，頻率大小不同傳輸距離不一，采用4G 通信技術(shù)的理論上傳輸距離不受限制，但是在實(shí)際使用過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)地理環(huán)境（如建筑物遮擋、地下空間等）以及信號(hào)強(qiáng)弱（移動(dòng)基站）等因素的影響，常常會(huì)導(dǎo)致傳輸?shù)囊纛l視頻出現(xiàn)卡頓延時(shí)、模糊失真等問(wèn)題。

1.2設(shè)備不融

目前各類裝備器材廠家所使用的通信協(xié)議和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都不一樣，即便是同一類器材也存在使用不同通信技術(shù)的情況，如手持電臺(tái)（對(duì)講機(jī)），有使用350Mhz警用頻段，也有使用數(shù)字集群通信系統(tǒng)、還有使用公網(wǎng)語(yǔ)音傳輸。各種對(duì)講機(jī)之間無(wú)法通用，需要分別購(gòu)置配備，不僅造成經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)，而且不方便指戰(zhàn)員在滅火救援現(xiàn)場(chǎng)的攜帶使用。其他通信類裝備器材更是因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)不一，不能互融互通，很大程度上影響了作戰(zhàn)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(chǎng)接收裝置等裝備器材使用通信技術(shù)進(jìn)行定位的主要有GPS、GPRS（GSM）、

LBS、NB-IoT、wifi、藍(lán)牙、RFID等，均存在定位不精確的問(wèn)題，不能滿足實(shí)戰(zhàn)之需。GPS定位誤差在5米左右，受氣候（陰雨天氣）和地理環(huán)境（車庫(kù)隧道）對(duì)信號(hào)遮擋從而影響定位精度，也存在終端續(xù)航能力的問(wèn)題;LBS基站定位精度誤差大，定位精度受周邊基站數(shù)量和SIM卡信號(hào)強(qiáng)度的影響，而且同一基站范圍內(nèi)的設(shè)備均被定位到該基站位置導(dǎo)致誤差較大;NB-IoT雖然功耗較低，可以實(shí)現(xiàn)大連接，但只適合于靜態(tài)定位，不適合消防員快速移動(dòng)過(guò)程中的定位，定位精度（5米左右）也不能滿足實(shí)戰(zhàn)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(nèi)定位，精度也只能達(dá)到2米左右，而且容易受周圍環(huán)境影響。藍(lán)牙和RFID也適合于室內(nèi)定位，精度比WiFi稍高，但需布置大量的硬件設(shè)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(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

在第一代通信系統(tǒng)中只有語(yǔ)音，第二代通信系統(tǒng)中傳輸速度只有10kb/s，第三代通信系統(tǒng)中也只有2Mb/s，第四代通信系統(tǒng)達(dá)到了100Mb/s，到了第五代通信系統(tǒng)（5G），相比上一代通信系統(tǒng)（4G），在通信速度、通信質(zhì)量等方面都有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。

2.1高速率

5G通信的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)10Gb/s，是上一代通信技術(shù)快100倍，超大的數(shù)據(jù)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(huì)出現(xiàn)卡頓，極大改善和提升VR虛擬現(xiàn)實(shí)和AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。

2.2低時(shí)延

時(shí)延是指數(shù)據(jù)從上傳請(qǐng)求到接收的用時(shí)，5G的時(shí)延最低要求是1毫秒，而4G為30-70毫秒，較低的延時(shí)，可以獲得更快的響應(yīng)時(shí)間，使得無(wú)人駕駛、遠(yuǎn)程手術(shù)等成為可能。解決時(shí)延問(wèn)題，是通信系統(tǒng)里最核心的一個(gè)問(wèn)題，如果延時(shí)長(zhǎng)，系統(tǒng)不能及時(shí)傳達(dá)接收指令，高速行駛的無(wú)人汽車會(huì)在100毫秒左右沖出幾十米，將導(dǎo)致車毀人亡;無(wú)人機(jī)更是如此，極小的偏差就會(huì)導(dǎo)致碰撞和事故。

2.3泛在網(wǎng)

泛在網(wǎng)，顧名思義是指在每一個(gè)角落都有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的存在，一是廣泛覆蓋，不僅在城市里，而且在偏遠(yuǎn)農(nóng)村及高山峽谷都有網(wǎng)絡(luò)覆蓋;二是縱深覆蓋，如衛(wèi)生間、地下停車場(chǎng)等信號(hào)死角的地方都有5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

2.4低功耗

通信需要能源提供動(dòng)力，5G的低功耗使得大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，真正實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，可將大量的傳感器、終端接入到網(wǎng)絡(luò)中，在聯(lián)網(wǎng)之后就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理和智能化管理，大大改善了用戶體驗(yàn)，促使物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品快速推廣普及。

3 發(fā)展展望

5G因其特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)促使很多行業(yè)發(fā)生改變，借鑒目前無(wú)人汽車、虛擬現(xiàn)實(shí)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等業(yè)態(tài)的發(fā)展形勢(shì)，如果將5G技術(shù)與消防滅火救援領(lǐng)域相結(jié)合，會(huì)實(shí)現(xiàn)什么樣的應(yīng)用場(chǎng)景、催生怎么樣的救援變革？

3.1遠(yuǎn)程救援指揮系統(tǒng)

得益于5G高速率、低時(shí)延的優(yōu)勢(shì)，將VR、AR技術(shù)應(yīng)用于滅火救援，可以打造現(xiàn)代化的遠(yuǎn)程救援指揮管理系統(tǒng)。一線指戰(zhàn)員在滅火救援現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)現(xiàn)有的AR智能眼鏡、VR視頻設(shè)備或研發(fā)與救援頭盔一體化的音視頻采集系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)時(shí)高清遠(yuǎn)程傳輸?shù)饺珖?guó)乃至全球各地的平臺(tái)終端，有了VR/AR技術(shù)的加持，可以實(shí)現(xiàn)滅火救援實(shí)戰(zhàn)化展示，遠(yuǎn)程端的指揮人員和專家技術(shù)人員可以猶如身臨其境滅火救援現(xiàn)場(chǎng);商討制定最佳戰(zhàn)術(shù)措施，實(shí)時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)救援人員下達(dá)精準(zhǔn)的指令，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)，而無(wú)需全部趕赴現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)省時(shí)間、提高救援效率，最大限度減少人們生命財(cái)產(chǎn)損失。此外，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)救援，被救傷員從滅火救援現(xiàn)場(chǎng)送到醫(yī)院的路上，就可以利用VR、AR等技術(shù)遠(yuǎn)程與醫(yī)院無(wú)縫聯(lián)動(dòng)，及時(shí)制定搶救方案，提前準(zhǔn)備手術(shù)，大大縮減傷員搶救的響應(yīng)時(shí)間。

3.2車輛裝備物聯(lián)網(wǎng)

將各種各樣的傳感器安裝到裝備器材上并連接至網(wǎng)絡(luò)中， 有了5G技術(shù)低功耗的優(yōu)勢(shì)，能夠長(zhǎng)時(shí)間出于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)裝備器材的互聯(lián)互通，真正做到實(shí)時(shí)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(hù)保養(yǎng)情況，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速溫度、燃油機(jī)油余量等靜態(tài)數(shù)據(jù)，還可以實(shí)時(shí)掌握車輛的運(yùn)行狀態(tài)，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(tǒng)的進(jìn)氣量、潤(rùn)滑油類溫度等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場(chǎng)滅火救援提供輔助決策數(shù)據(jù)。通過(guò)在各類滅火救援裝備器材上安裝傳感器，還可以實(shí)時(shí)觀測(cè)并記錄各類裝備器材的運(yùn)行數(shù)據(jù)，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(tǒng)

研發(fā)各類生命體征傳感器的可穿戴設(shè)備，使得現(xiàn)場(chǎng)指揮員或者后方指揮中心能夠?qū)崟r(shí)掌握滅火救援現(xiàn)場(chǎng)消防員的心率、呼吸、血壓、乃至血液中含氧量等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以便及時(shí)做出指揮決策，極大保障消防員的生命安全。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品推廣普及、真正實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)之后，每件設(shè)備終端或者每個(gè)傳感器等都會(huì)有其固定的地址或者地理信息，而無(wú)需額外安裝布置硬件設(shè)備，由于數(shù)量多、范圍廣，使得定位能夠變得非常精確（厘米級(jí)別），5G泛在網(wǎng)的特點(diǎn)確保這些終端設(shè)備能夠隨時(shí)隨地處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，提供位置信息，這樣一來(lái)，可以有效解決復(fù)雜災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)或室內(nèi)建筑物中消防員的定位問(wèn)題。關(guān)乎消防員生命安全的各類數(shù)據(jù)、各種設(shè)備和各類應(yīng)用都可以在5G技術(shù)應(yīng)用下成為現(xiàn)實(shí)。

3.4無(wú)人滅火救援作戰(zhàn)系統(tǒng)

在遠(yuǎn)程救援指揮系統(tǒng)和車輛裝備物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合無(wú)人駕駛技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)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(wú)人駕駛消防車自動(dòng)規(guī)劃路線行駛至滅火救援現(xiàn)場(chǎng)，在行駛過(guò)程中可提前派出偵察無(wú)人機(jī)第一時(shí)間抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)時(shí)傳回現(xiàn)場(chǎng)高清視頻，提供動(dòng)態(tài)災(zāi)情以便指揮中心能夠第一時(shí)間調(diào)集足夠力量、及時(shí)調(diào)整制定滅火救援方案;還可以利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影對(duì)救援現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行三維建模，為各級(jí)指揮部制定滅火救援方案提供第一手仿真的現(xiàn)場(chǎng)情況。在車輛裝備互聯(lián)互通的情況下，后方指揮中心可以實(shí)時(shí)全面掌握參戰(zhàn)消防車輛裝備器材的實(shí)力狀況、性能參數(shù)，遠(yuǎn)程遙控滅火救援，利用5G通信遙控消防機(jī)器人、移動(dòng)消防炮等進(jìn)行滅火，還可以遠(yuǎn)程指揮大載重、長(zhǎng)續(xù)航的無(wú)人機(jī)攜帶滅火藥劑撲救高層建筑火災(zāi)，機(jī)動(dòng)靈活，克服地理?xiàng)l件的約束;結(jié)合人工智能技術(shù)，還可以研發(fā)無(wú)人機(jī)集群系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化無(wú)人滅火的場(chǎng)景。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，滅火救援也可以實(shí)現(xiàn)像電影中無(wú)人作戰(zhàn)部隊(duì)的應(yīng)用情景，打造全方位的立體作戰(zhàn)系統(tǒng)，只需指揮中心的兩三名指揮員，即可遠(yuǎn)程操控各類裝備器材實(shí)施無(wú)人滅火救援。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)家制定了5G的發(fā)展規(guī)劃，也相繼出臺(tái)很多政策支持5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)于消防滅火救援領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，是挑戰(zhàn)更是機(jī)遇，挑戰(zhàn)在于需要花費(fèi)很大精力、投入很多經(jīng)費(fèi)進(jìn)行研發(fā)，也需要很長(zhǎng)時(shí)間去習(xí)慣適應(yīng)新的滅火救援方式;機(jī)遇在于將改變傳統(tǒng)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(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。5G技術(shù)應(yīng)用與消防滅火救援領(lǐng)域相結(jié)合，存在很大的潛能和空間，需要我們把握時(shí)機(jī)不斷探索與實(shí)踐，逐步實(shí)現(xiàn)智慧化的滅火救援。

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作者簡(jiǎn)介：

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