5G技術(shù)在消防工作中的應(yīng)用前景

謝迪飛 楊黎仁 李卓煜 羅藝鑫

摘要：5G技術(shù)是新一代移動(dòng)通信技術(shù)，有著傳輸速度快、延時(shí)低和連接量大的特點(diǎn)，在未來(lái)將會(huì)與多種技術(shù)互相促進(jìn)發(fā)展，廣泛應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。為探究5G通信技術(shù)如何結(jié)合消防工作實(shí)際，提升我國(guó)消防領(lǐng)域的信息化、專業(yè)化水準(zhǔn)，文章在研究5G技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，論述了5G技術(shù)在防火工作中、滅火救援中和消防隊(duì)伍發(fā)展建設(shè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：5G通信技術(shù);智慧消防;防火工作;滅火救援;隊(duì)伍建設(shè)

一、引言

隨著時(shí)代發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)中移動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸速度呈爆炸式增長(zhǎng)。近年來(lái)，各國(guó)通過(guò)技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)、技術(shù)方案驗(yàn)證和系統(tǒng)驗(yàn)證三個(gè)階段，逐步進(jìn)行5G技術(shù)的研究并推往商用。第五代移動(dòng)通信技術(shù)簡(jiǎn)稱5G（5th-Generation）技術(shù)，是繼4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）系統(tǒng)之后的延伸[1]。

2020年全國(guó)安全生產(chǎn)電視電話會(huì)議中，專項(xiàng)整治三年行動(dòng)方案中提到消防安全整治的重要措施，其中一點(diǎn)為積極推廣應(yīng)用消防安全物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)、消防大數(shù)據(jù)分析研判等信息技術(shù)，推動(dòng)建設(shè)基層消防網(wǎng)格信息化管理平臺(tái)，2021年底前地級(jí)以上城市建成消防物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，2022年底前分級(jí)建成城市消防大數(shù)據(jù)庫(kù)[2]。5G技術(shù)性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。其技術(shù)特點(diǎn)、現(xiàn)階段技術(shù)水平以及主要應(yīng)用趨勢(shì)如下表1。5G技術(shù)伴隨而來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展影響越來(lái)越深，智慧消防建設(shè)對(duì)于信息采集方面的需求也越來(lái)越大[3]。而目前，我國(guó)傳統(tǒng)消防行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)共享不足，還達(dá)不到智慧城市建設(shè)對(duì)于大數(shù)據(jù)的要求，并且消防行業(yè)信息孤島明顯，數(shù)據(jù)壁壘、數(shù)據(jù)碎片化和信息不對(duì)稱問(wèn)題大量存在[4]。這些問(wèn)題制約了我國(guó)消防部門的信息化發(fā)展，影響了消防行業(yè)在跨行業(yè)、跨區(qū)域、跨部門的協(xié)同協(xié)作和科學(xué)決策。

在新時(shí)代下，我國(guó)消防行業(yè)亟須推廣并完善5G通信技術(shù)的應(yīng)用，在5G技術(shù)的助力之下，發(fā)展消防物聯(lián)網(wǎng)以及智慧消防建設(shè)已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)和需求，成為破解消防工作難題的捷徑。將5G技術(shù)全方面貫穿于消防的防火、滅火以及隊(duì)伍建設(shè)工作中，加快實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防控“自動(dòng)化”、滅火救援“智能化”、隊(duì)伍建設(shè)“精準(zhǔn)化”。

二、5G技術(shù)在防火工作中的應(yīng)用

（一）防火監(jiān)督現(xiàn)狀

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市火災(zāi)隱患不斷增加，需要持續(xù)進(jìn)行消防監(jiān)督檢查的單位數(shù)量急劇上升。但與之相對(duì)應(yīng)的是傳統(tǒng)消防監(jiān)督模式下，大多數(shù)的單位還在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)督察，而檢查過(guò)程中的科學(xué)技術(shù)支撐不足，效率較低，且消防監(jiān)督人力有限，防火監(jiān)督工作超負(fù)荷的現(xiàn)狀[5]。而行業(yè)主管部門又存在著不會(huì)管、不愿管的情況，消防維保人員安全意識(shí)淡薄，導(dǎo)致消防工作社會(huì)化難以落實(shí)。

（二）應(yīng)用方式

通過(guò)將需要檢查維保的消防設(shè)施加載模塊實(shí)現(xiàn)信息化傳遞，搭配上5G通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)物與物之間的信息互聯(lián)互通，接入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)后，可以實(shí)現(xiàn)防火監(jiān)督檢查的技術(shù)化管理。對(duì)于每一個(gè)消防設(shè)施，其運(yùn)行狀態(tài)都能通過(guò)5G通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控室中進(jìn)行顯示，使消防檢查人員在遠(yuǎn)端就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)消防設(shè)施的檢查和監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)、早整改。利用5G技術(shù)超大連接量的特點(diǎn)，搭配上RFID技術(shù)等無(wú)線或其他有線的信號(hào)傳輸手段，物聯(lián)傳感設(shè)備之間的互聯(lián)互通將得到更大的促進(jìn)，消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將會(huì)更加完善和廣泛應(yīng)用[6]。

除了傳統(tǒng)的報(bào)警手段之外，5G超大連接量的特點(diǎn)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)重點(diǎn)單位內(nèi)部所有需要進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控和管理，如重點(diǎn)電路、重點(diǎn)電氣設(shè)備等均可進(jìn)行監(jiān)控和火災(zāi)報(bào)警。海量的數(shù)據(jù)通過(guò)5G技術(shù)傳入接收端，可以實(shí)現(xiàn)更大范圍的火災(zāi)監(jiān)控和報(bào)警[7]。

（三）5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

與4G技術(shù)相比，5G通信技術(shù)應(yīng)用于防火工作中主要就是依靠其超大連接量的特點(diǎn)。隨著時(shí)代發(fā)展，大面積的大型商業(yè)綜合體越來(lái)越多，不少綜合體的面積超過(guò)了5萬(wàn)平方米。而在這些大型綜合體中，包括室內(nèi)消火栓、防煙排煙設(shè)備、自動(dòng)滅火設(shè)施、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等就達(dá)到數(shù)萬(wàn)個(gè)，若使用4G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)連接，則成本高、效果較差，而使用5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在每平方公里就連接超過(guò)一百萬(wàn)個(gè)設(shè)備，可以較好地實(shí)現(xiàn)火災(zāi)監(jiān)控和報(bào)警。

目前四川消防救援總隊(duì)已完成與四川省委政法委對(duì)接，四川省已有16795家消防重點(diǎn)單位，32458棟建筑接入消防大數(shù)據(jù)平臺(tái)。四川的消防大數(shù)據(jù)平臺(tái)涵蓋了火災(zāi)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)、監(jiān)督管理系統(tǒng)、技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)管理系統(tǒng)、“雙隨機(jī)一公開”監(jiān)督管理系統(tǒng)等5大系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)。在將來(lái)，通過(guò)5G通信技術(shù)，可以更大范圍地將消防重點(diǎn)單位的消防設(shè)施納入智慧消防體系中進(jìn)行管理和監(jiān)督。

三、5G技術(shù)在滅火救援中的應(yīng)用

（一）滅火救援現(xiàn)狀

目前消防救援隊(duì)伍參與處置的災(zāi)害形式復(fù)雜，不同適用性的通信等裝備種類繁多，裝備的多元化拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，而正是由于多元化帶來(lái)了巨大的弊端，應(yīng)用于特定場(chǎng)景的設(shè)備信號(hào)缺少相互銜接的媒介，信號(hào)形式不具備兼容性導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，單一的裝備技術(shù)性能雖然強(qiáng)大，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)聯(lián)合使用發(fā)揮最大效能。此外，目前救援中仍在廣泛使用的350M無(wú)線對(duì)講的信號(hào)傳輸距離受功率限制，并且在極端惡劣環(huán)境下信號(hào)容易受到影響，降低信息的傳遞效率。依托4G網(wǎng)絡(luò)的視頻圖傳技術(shù)在圖像流暢和清晰度方面具有提升空間。

（二）應(yīng)用方式

在滅火救援中，首先可以利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)接入火災(zāi)探測(cè)設(shè)備對(duì)重點(diǎn)單位火災(zāi)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)處理，得到火場(chǎng)信息的匯總?；馂?zāi)現(xiàn)場(chǎng)海量的監(jiān)測(cè)設(shè)備可以實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)反饋至終端，用于指揮員對(duì)于火場(chǎng)情況的把握，輔助研判和決策。在火場(chǎng)救援的偵察階段，可以通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)火場(chǎng)情況進(jìn)行有效的偵察和掌控。在此基礎(chǔ)上，利用BIM建筑建模等技術(shù)輔助，將前期掌握的建筑情況結(jié)合無(wú)人機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的偵察數(shù)據(jù)反饋，可以達(dá)到數(shù)據(jù)秒級(jí)的實(shí)時(shí)回傳并基于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)建模。這在4G技術(shù)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，由于傳輸速率慢，而高清圖像大小又有幾十兆，只能通過(guò)人工拷貝的方式將圖像傳輸進(jìn)建模系統(tǒng)，相比之下，5G寬帶速率足以承載無(wú)人機(jī)航拍圖像，實(shí)現(xiàn)航拍和建模的無(wú)縫銜接。

若消防員進(jìn)入建筑內(nèi)部進(jìn)行偵察，5G通信技術(shù)還可以通過(guò)搭載消防員穿戴的信息傳輸眼鏡進(jìn)行實(shí)時(shí)的3D景象傳輸，在后方進(jìn)行研判和指揮的火場(chǎng)指揮員可以通過(guò)景象的傳輸實(shí)時(shí)看到火場(chǎng)內(nèi)的場(chǎng)景，可以更科學(xué)地進(jìn)行決策和指揮。利用虛擬的BIM技術(shù)搭載5G通信技術(shù)，可以將現(xiàn)場(chǎng)所有情況傳輸至后方的指揮中心，實(shí)現(xiàn)指揮員位于后方實(shí)時(shí)對(duì)火場(chǎng)情況的掌握，甚至可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)方式下的指揮員更清楚地掌握火場(chǎng)情況[8]。如果數(shù)據(jù)傳輸速度和運(yùn)算速度達(dá)到一定要求的話，還可以實(shí)現(xiàn)全息影像的建模和投放，以便指揮員進(jìn)行推演。

（三）5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)

設(shè)備的高速率、低時(shí)延是滅火救援現(xiàn)場(chǎng)信息上傳下達(dá)的有效保證。5G通信技術(shù)傳輸速度達(dá)到4G通信技術(shù)的100倍以上，而時(shí)延時(shí)長(zhǎng)僅有4G的十分之一。在5G技術(shù)的支持下，目前救援中常用的單兵圖傳、車載圖傳、無(wú)人機(jī)圖傳等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到質(zhì)的飛躍，使數(shù)據(jù)的交互更加快捷。5G基站通信速率峰值要求不低于20Gb/s，并且整體覆蓋率很大，以往受到電臺(tái)基站數(shù)量的限制，350M電臺(tái)時(shí)常出現(xiàn)通訊空白，而基于5G公網(wǎng)的集群對(duì)講機(jī)彌補(bǔ)了此項(xiàng)紕漏，保證了實(shí)地實(shí)時(shí)通信信號(hào)的高質(zhì)量、高效率，實(shí)現(xiàn)指令與反饋信息的上傳下達(dá)。

無(wú)人機(jī)航拍圖像的回傳要求上行寬帶速度大于40Mbps，而4G上行寬帶速度小于15Mbps，遠(yuǎn)未到達(dá)無(wú)人機(jī)圖像回傳的要求，并且4G基站僅在100m高度內(nèi)有效垂直覆蓋，當(dāng)無(wú)人機(jī)飛行高度很高時(shí)信號(hào)非常不穩(wěn)定。5G通信技術(shù)的速率可以滿足無(wú)人機(jī)信息的傳輸，并且垂直覆蓋面廣，有效覆蓋可達(dá)到300m。當(dāng)大型災(zāi)害發(fā)生時(shí)，參與到救援中的設(shè)備數(shù)量巨大，同一時(shí)刻同一位置信息回傳的概率極大，此時(shí)大流量、高迸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)不可或缺，而4G技術(shù)已經(jīng)不能夠順應(yīng)災(zāi)害發(fā)展的需要，5G的連接密度為4G的10～100倍，百萬(wàn)級(jí)超大連接量便可發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

四、5G技術(shù)在消防隊(duì)伍發(fā)展建設(shè)中的應(yīng)用

（一）人員建設(shè)和訓(xùn)練現(xiàn)狀

目前，我國(guó)消防救援隊(duì)伍正處于改革期間，消防隊(duì)伍正朝著專業(yè)化與職業(yè)化發(fā)展。在隊(duì)伍建設(shè)方面，增強(qiáng)了日常專業(yè)技能培訓(xùn)，各消防總隊(duì)都會(huì)組織人員參加相關(guān)技能的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，并取得相關(guān)技能的證書。但由于戰(zhàn)備執(zhí)勤等原因，無(wú)法所有人員都參與，并且參與培訓(xùn)的人員在回到消防隊(duì)伍后存在著復(fù)訓(xùn)條件不足的情況，會(huì)出現(xiàn)培訓(xùn)成果的遺忘。在日常訓(xùn)練中，已經(jīng)提出了實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練的目標(biāo)，而且訓(xùn)練方式也正在逐步向?qū)崙?zhàn)化靠攏，但是仍然沒有準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)去定義“實(shí)戰(zhàn)化”?，F(xiàn)在所強(qiáng)調(diào)的依然是單一的體能訓(xùn)練，在日常的基礎(chǔ)訓(xùn)練中，還是存在很多的訓(xùn)戰(zhàn)脫節(jié)、組訓(xùn)不規(guī)范等制約實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練水平的問(wèn)題[9]。并且在每一次的滅火戰(zhàn)斗后，由于滅火戰(zhàn)斗現(xiàn)場(chǎng)一些必要信息的缺失，無(wú)法完全還原戰(zhàn)斗過(guò)程，導(dǎo)致戰(zhàn)評(píng)環(huán)節(jié)有所缺失和不足。

（二）應(yīng)用方式

5G通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在救援的同時(shí)對(duì)所有信息進(jìn)行匯總并上傳云端備份，在滅火戰(zhàn)斗結(jié)束后，通過(guò)對(duì)這些信息的下載，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)滅火戰(zhàn)斗的復(fù)盤，便于消防救援隊(duì)伍進(jìn)行戰(zhàn)評(píng)總結(jié)與經(jīng)驗(yàn)交流?；诨饒?chǎng)救援的情況，還可以通過(guò)模擬技術(shù)對(duì)火災(zāi)發(fā)展情況進(jìn)行推演，反復(fù)論證救援過(guò)程中的救援效率，達(dá)到真正的戰(zhàn)斗中增長(zhǎng)消防救援能力與水平。在日常的訓(xùn)練之余，可以組織消防員對(duì)于典型戰(zhàn)例進(jìn)行復(fù)盤，進(jìn)行全方位地再體驗(yàn)，再學(xué)習(xí)。對(duì)于新消防員來(lái)說(shuō)，對(duì)完整的滅火戰(zhàn)斗過(guò)程展開學(xué)習(xí)也是快速熟悉消防滅火戰(zhàn)斗的過(guò)程。通過(guò)這種戰(zhàn)例學(xué)習(xí)的方式，可以使消防員長(zhǎng)期地進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)化的學(xué)習(xí)。

5G通信技術(shù)的高傳輸速率和低時(shí)延特點(diǎn)將會(huì)推進(jìn)AR和VR技術(shù)的快速發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在未來(lái)消防的訓(xùn)練中將會(huì)廣泛應(yīng)用于模擬訓(xùn)練中[10]。每一個(gè)消防站中都應(yīng)當(dāng)建立一個(gè)模擬訓(xùn)練設(shè)施。通過(guò)5G技術(shù)從云端實(shí)時(shí)下載傳輸相應(yīng)的滅火救援場(chǎng)景，使消防救援人員在室內(nèi)就可以完成沉浸式的消防實(shí)戰(zhàn)情景訓(xùn)練，既保證了訓(xùn)練的安全，幫助消防員克服對(duì)滅火救援現(xiàn)場(chǎng)的心理障礙，又通過(guò)實(shí)戰(zhàn)化模擬，使消防員做到如同在滅火救援現(xiàn)場(chǎng)一樣面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況、操作裝備器材，實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練。

（三）5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)

在一場(chǎng)滅火戰(zhàn)斗中，滅火救援的信息都是巨大的，包括滅火戰(zhàn)斗中的視頻影像資料實(shí)時(shí)上傳云端都需要5G技術(shù)超大傳輸量的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行支持，4G網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)快速傳輸。并且在AR和VR技術(shù)中，只有5G技術(shù)才能有效實(shí)現(xiàn)高清和低延時(shí)的傳輸，使人在使用時(shí)降低眩暈感，實(shí)現(xiàn)情景式體驗(yàn)。

五、結(jié)語(yǔ)

5G通信技術(shù)是新一代移動(dòng)通信技術(shù)，有著傳輸速度快、延時(shí)低、連接量大的特點(diǎn)，在生活云端化、智能交互和萬(wàn)物互聯(lián)等方面有廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展成熟和應(yīng)用，5G通信技術(shù)將在防火工作中實(shí)現(xiàn)智能化火災(zāi)防控和分析，在滅火救援中實(shí)現(xiàn)輔助決策和輔助救援，在消防隊(duì)伍發(fā)展建設(shè)中輔助人才培養(yǎng)建設(shè)和實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練。在未來(lái)，5G通信技術(shù)將與其他許多技術(shù)如BIM技術(shù)、AR技術(shù)、VR技術(shù)相互促進(jìn)發(fā)展，將來(lái)會(huì)在消防領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，實(shí)現(xiàn)消防領(lǐng)域的信息化、智能化發(fā)展。

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