5G與無人機技術應用于?；穫}庫火災應急救援

文/朱國慶

本文通過對基于5G通訊技術的無人機功能特點的研究，對5G無人機在?；穫}庫滅火救援中的實際應用進行闡述，重點介紹了5G無人機在事故偵檢、輔助消防、應急通信與救援等方面的功能作用，并對其在?；肥鹿示仍奈磥戆l(fā)展方向進行展望。

目前，面對?；穫}庫復雜的滅火救援形勢，傳統(tǒng)現(xiàn)場偵查手段的局限性日益凸顯。如何及時有效地獲取火場信息、掌握災情變化、提供高效輔助決策、并迅速準確處置災情，是消防救援人員亟待解決的難題。隨著無人機技術的快速發(fā)展以及運用的日趨成熟，結合最新的5G 移動通信技術，研究無人機在?；穫}庫事故救援中的應用，具有深遠意義。

在危險化學品泄漏火災爆炸等災害事故中，因救援人員無法靠近或進入到災害事故現(xiàn)場，一定程度上影響了救援工作。本文針對5G 無人機在?；穫}庫事故應急救援工作當中的應用進行研究和闡述，并說明了未來危化品倉庫事故救援工作對通訊及無人機技術的應用要求。

基于5G通訊的無人機

5G 網(wǎng)絡具有“高速率、低時延、大容量”的特點，可以提供最高達10 Gbps 的網(wǎng)絡通道，低至1 ms 的時延，并能承載每平方千米100 萬個連接，讓萬物互聯(lián)成為可能。在5G 網(wǎng)絡的支撐下，新一代無人機將打破圖像傳輸和控制的時空限制，具備實時超高清圖傳、遠程低時延控制、永遠在線等重要能力，大大擴展了無人機的應用場景。

5G 無人機，是當前最具創(chuàng)新精神的移動通信應用之一。雖然目前市面上已經(jīng)有很多無人機，但其原有的WiFi、藍牙或4G 通訊方式，只能滿足人們的一些娛樂體驗，移動5G 通訊技術將無人機應用從狹窄的娛樂應用空間邁向更為廣闊的行業(yè)應用市場。

消防無人機特點

無人機技術應用于危化品事故應急救援，特別是在事故偵檢、災情實時監(jiān)控方面，可彌補?；肥鹿蕬本仍脑S多不足。通過無人機對事故現(xiàn)場進行持續(xù)空中偵查、監(jiān)控，可有效解決消防救援人員在?；肥鹿蕡鏊媾R的人身安全、數(shù)據(jù)采集難、偵查時間不足和難以實時反饋信息等問題。消防無人機具有以下特點：

一是機動靈活，成本低廉。小型無人機重量輕、攜帶方便，可徒步將無人機攜帶至事故現(xiàn)場。其飛行高度和速度可人工設置和操縱，相對于消防車、消防直升機等其他消防設備，成本低廉，降低了人員、設備準備的時間成本。面對復雜的事故現(xiàn)場，救援人員不必深入災害現(xiàn)場就能通過無人機回傳的圖像對事故現(xiàn)場情況進行大致判斷，從而制定有針對性的救援計劃，有效規(guī)避傳統(tǒng)?；肥鹿示仍袆又写嬖诘亩贪?，確保救援人員的自身安全，提高了安全系數(shù)，降低了二次事故發(fā)生頻率。

二是視野全面，全局性強。利用高分辨率攝像頭，無人機可在高空對相關目標進行全局性拍攝，有效確認人員、?；返戎攸c關注事物方位，并將地面情況通過無線通信網(wǎng)絡實時傳送，準確地傳遞火災及現(xiàn)場事故救援信息。

圖1 無人機三維GIS應急救援與輔助決策平臺

三是拓展性強，適用廣泛。無人機機載設備的多樣性，可極大地滿足在?；肥鹿示仍械膽眯枨?。可根據(jù)現(xiàn)場實際需求，隨時更換機載模塊，滿足不同條件下的使用需求。

無人機用于滅火也有巨大的想象空間，是解決高層建筑和?；穲鏊馂臏缁痣y題的重要途徑。未來的消防滅火無人機，要載重大、抗風能力強、拋撒精度高，能夠在復雜火場氣象環(huán)境下遠程發(fā)射滅火彈、拋投滅火彈，也可以近距離噴灑高效滅火劑。戰(zhàn)時能夠快速抵達火場，利用光電吊艙觀察火勢并鎖定火源，采用發(fā)射、拋投、噴射等方式持續(xù)向火區(qū)投放滅火劑。

5G+無人機

有了5G 技術加持，無人機更是如虎添翼，輕松實現(xiàn)如云端遠程控制無人機、4K 圖像的實時回傳、VR 全景高清視頻直播等用途，適用于更多場景的輔助救援決策。如圖1，采用無人機三維建模技術建立的應急救援與輔助決策平臺在控制中心能夠全方位監(jiān)測現(xiàn)場災情信息并輔助救援。

利用5G 網(wǎng)絡的大帶寬、低時延特點，可將實時視頻流及時回傳至控制中心，同時在幾十（或幾百）千米外的控制中心通過5G 網(wǎng)絡可向無人機飛行控制系統(tǒng)發(fā)送控制指令，可極大地提升傳統(tǒng)無人機用于?；穫}庫災害救援場景的效率。5G+無人機應用可滿足危化品倉庫消防救援的以下需求：

一是全方位無死角的監(jiān)測和布控。控制中心人員通過VR 眼鏡、PAD 或大屏，實時觀看現(xiàn)場監(jiān)測信息、救援情況，與地面消防救援設備同步聯(lián)動、優(yōu)勢互補，優(yōu)化災害救援場景能力?？刂浦行娜藛T通過控制終端經(jīng)由5G 網(wǎng)絡，遠程控制無人機機載攝像頭的轉向、調(diào)整飛行狀態(tài)及路線，進一步摸清現(xiàn)場情況。無人機4K 視頻實時回傳，多機協(xié)同360°全景拍攝，數(shù)據(jù)冗余采集，減少由于對現(xiàn)場目標角、光線不一致、圖像漏拍等導致的GIS 圖像3D 建模失敗，節(jié)約成本30%～90%；地面站與管理中心進行內(nèi)外場協(xié)同作業(yè)，即時發(fā)現(xiàn)問題并進行圖像復采集，作業(yè)效率提升40%～80%。5G無人機搭載光電吊艙，配合5G 實時圖傳全天候24 小時監(jiān)控可疑火點火情；即使是在夜晚，也能依靠紅外吊艙清晰地發(fā)現(xiàn)熱源火情，及時回傳畫面至指揮部或相關負責單位。

圖2 無人機高清直播現(xiàn)場信息

二是實時救援指揮。在超視距、跨區(qū)域甚至跨城市的指揮救援工作中，指揮中心從發(fā)出命令到無人機準確執(zhí)行，中間的時延要盡可能縮短，才能保證無人機精準操作，圓滿完成任務，這只有5G 網(wǎng)絡低至毫秒級的超低時延能夠實現(xiàn)。當?；穫}庫發(fā)生火災時，人員根據(jù)接警指令在地面站上操作發(fā)出控制指令，無人機即可利用其不受地面交通影響的機動靈活性、快速性，從部署地迅速飛抵目標區(qū)域，第一時間將火災現(xiàn)場的視頻、照片等數(shù)據(jù)采集保存并通過5G 網(wǎng)絡實時傳輸至指揮中心，便于指揮決策與減少人員傷亡。

三是高清直播，提高救援效率，如圖2 所示。無人機的高清直播可以把?；穫}庫現(xiàn)場信息實時傳到指揮中心。采用專業(yè)級航拍無人機，將高清視頻信號通過5G 網(wǎng)絡傳輸至控制中心，供遠在控制中心的消防人員實時查看。以往的應急救援需要人工地毯式搜索，搜索地域廣、時間長、成本高、難度大。而通過5G 無人機實時回傳的高清畫面，可快速確定目標所在地的建筑特征、周圍環(huán)境、交通工具、位置信息等情況，為地面力量提供可靠線索，有效解決地形、廠區(qū)結構復雜，人工搜索耗時長的問題，使搜索效率極大提高，在最短時間內(nèi)完成緊急救援。

四是5G 巡檢，讓安全隨時在線。?；穫}庫地點往往地處偏僻，且人員不宜靠近，人工巡視檢查的效率較低，應用5G 無人機巡查，既能避免作業(yè)的安全風險，亦可以360°全視角查看危化品存儲細節(jié)情況，提高巡視質量。4G 網(wǎng)絡帶寬受限，對于某些細節(jié)檢查，視頻和圖片的清晰度明顯不足，而5G 網(wǎng)絡可實現(xiàn)上行單用戶速率100 Mbps 以上，空口時延10 ms 以內(nèi)，使得實時視頻更加流暢、更加清晰、巡查效果更優(yōu)。

5G無人機在危化品事故應急救援中的應用

5G 無人機在?；肥鹿蕬本仍I域的應用才剛剛起步，但隨著5G 技術及無人機技術的發(fā)展，5G無人機在?；肥鹿蕚蓹z、實時監(jiān)測、輔助消防、應急通信及救援等方面的應用會越來越多，因其極大地改善了應急救援的信息采集、傳輸和利用的方式，具有十分廣闊的發(fā)展前景。

事故偵檢

危化品倉庫發(fā)生火災事故時，通常伴隨易燃、易爆、有毒、有害、腐蝕性氣體擴散等危險因素，使用5G 無人機進行事故偵檢，具有以下顯著特點：一是無視環(huán)境危險，可機動靈活開展偵檢，有效提升偵檢效率；二是有效規(guī)避人員傷亡，可避免人員進入有毒、易燃易爆的危險環(huán)境中，同時又能全面、細致熟知事故現(xiàn)場情況；三是通過5G 無人機掛載的偵檢模塊對現(xiàn)場進行檢測，如通過有毒氣體探測儀和可燃氣體探測儀，對易燃易爆、化學事故災害現(xiàn)場的相關氣體濃度和擴展范圍進行遠程檢測，從而準確掌握現(xiàn)場事故數(shù)據(jù)。

5G 無人機可快速感知災害現(xiàn)場的實時情況，并將視頻畫面實時傳到系統(tǒng)平臺，輔助決策人員進行指揮，同時指揮人員可通過平臺控制裝備完成場景救援任務。

實時監(jiān)測

救援人員所面對的?；肥鹿尸F(xiàn)場往往瞬息萬變，在事故處理過程中，利用5G 無人機進行實時監(jiān)測，能夠提供精準的災情變化情況和實時環(huán)境數(shù)據(jù)。

當火情發(fā)生的時候，前線需要盡快傳輸現(xiàn)場情況及圖像信息，便于各級指揮部及時了解事故動態(tài)情況，從而作出及時、準確的對策，最大限度地減少事故損失。這就要求無人機傳回的實時圖像必須是超高清畫質，可以進行多倍放大，如果搭載的是VR 全景攝像機，指揮中心還能更加方便、全面了解著火地點的環(huán)境情況，通過5G 的高速率將數(shù)據(jù)及時傳回指揮中心。5G 無人機加裝紅外熱成像儀可以有效解決彩色數(shù)字攝像儀在夜間甚至極惡劣氣候環(huán)境條件下監(jiān)控目標的不足，有效控制復燃隱患；搭載測風儀，可以測定風向、風速等氣象數(shù)據(jù)。

輔助消防

?；肥鹿饰：Υ?，處置困難，甚至會產(chǎn)生次生災害，利用5G 無人機集成或者靈活搭載關鍵器材裝備，能夠為多種情況下的滅火和救援提供幫助。一是可以負責滅火，在消防救援人員無法靠近或消防車、消防設備無法抵近實施滅火的起火點，可將滅火劑裝載在無人機上，由地面人員控制無人機在空中實施定點噴灑或釋放滅火劑完成輔助滅火，為消防救援爭取寶貴的時間。二是具有輔助救援功能?？梢蕴峁┬碌木仍緩剑脽o人機搭載必要的救援器材（如空氣呼吸器、救援繩等），進行定點器材運送，輔助疏散被困人員，為受困人員的應急救援創(chuàng)造新的途徑。三是可以輔助傳達指令，無人機可通過集成的語音、擴音模塊，實現(xiàn)空中呼喊或轉達指令。四是具有其他輔助功能。如果事故現(xiàn)場存在有毒可燃氣體，需主動點燃，可由無人機吊掛點火棒，到達設定位置后，由地面控制無人機完成點火工作，大大降低人工主動點燃的危險性。

應急通信及救援

?；穫}庫發(fā)生火災后，救援工作尤其重要。利用無人機靈活性強的特點，當災害發(fā)生時，使用搭載通信基站的無人機，基于規(guī)劃的路線飛行，觸發(fā)受災被困人員手機接入機載基站網(wǎng)絡，實現(xiàn)對被困人員通信設備的主動定位，確認被困人員的位置及身份信息。同時，利用5G 網(wǎng)絡的大帶寬傳輸能力，通過機載攝像頭實時拍攝并回傳現(xiàn)場高清視頻畫面，結合邊緣計算能力與AI 技術，實現(xiàn)快速人員識別及周邊環(huán)境分析，便于救援人員針對性地開展營救工作。通過5G 無人機與傳統(tǒng)搜救方式的結合，可有效降低搜尋時間，保證被困人員能夠在第一時間得到有效救助，最大程度地減少人員傷亡。

圖4 利用5G及無人機技術監(jiān)測?；坊馂氖鹿?/p>

隨著5G 無線通信技術及無人機技術的進一步發(fā)展，5G 及無人機在危化品倉庫災害監(jiān)測、事故處置領域的應用場景還將進一步擴展。5G網(wǎng)絡的特點決定了其更易與大數(shù)據(jù)和AI 結合，5G 無人機結合大數(shù)據(jù)技術將會進一步推動危化品倉庫消防監(jiān)測、應急救援的智能化、精準化，提高危化品事故應急救援效率。

應用案例

圖3 某油庫火災的三維火災預案與沙盤推演

某油庫發(fā)生火災，消防救援人員接到庫區(qū)火災報警后，通過無人機迅速建立受災建筑的三維模型，并進行相關數(shù)據(jù)的測量和計算，如著火油罐高度、廠區(qū)道路寬度、與周圍建筑的距離等，構建災害現(xiàn)場實時監(jiān)測系統(tǒng)，無人機實時偵測有毒有害氣體濃度、可燃氣體擴散濃度分布、溫度分布、高清畫面等關鍵消防數(shù)據(jù)。依據(jù)無人機偵測結果，擬定滅火救援預案并進行戰(zhàn)術推演，科學劃定救援危險區(qū)域以及人員警戒區(qū)域，輔助制定救援決策，科學化部署救援力量。如圖3、4 所示。