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消防灭火救援在5G时代下的发展研究

时间:2020-10-20 15:58:11    

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   责任编辑:xfj119

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消防灭火救援在5G时代下的发展研究

  摘要:2019年6月工信部发放了5G(第五代移动通信技术系统)商用牌照,标志着中国正式进入5G时代,相比上一代通信技术,5G具有高速率、低延时、泛在网等优点,使得自动驾驶、虚拟现实、远程医疗、无人物流等变成现实,深刻影响了汽车、医疗、交通、教育等行业。消防灭火救援也应该抓住5G时代的机遇,主动拥抱技术变革,创新灭火救援手段,扩宽救援应用场景,不断提高灭火救援效能,实现消防灭火救援的智能化和现代化。
 
  关键词:5G;消防;灭火救援;发展

  作者简介:黄赞辉  湖南省永州市消防救援支队
 
  随着5G技术的推广应用和深耕发展,不仅改变革新了很多行业,而且催生了很多业态,极大地提高了工作效率、提升了生产力,探究消防灭火救援在5G时代下的发展应用,不仅是提高灭火救援实战能力的迫切需求,也是推动消防救援队伍灭火救援智能化的必然要求。
 
  1 现状与不足
 
  目前《城市消防站建设标准》(建标152-2017)中使用通信技术的装备器材有:消防员单兵图侦系统、消防员单兵定位装置、消防员呼救器后场接收装置、单兵图像传输设备、无线复合气体探测仪、消防用小型飞行器(无人机)、手持电台、遥控消防炮以及各类消防机器人(排烟、侦察)等,虽然装备比较成熟,能够满足日常灭火救援之需,但是在实际使用过程中,受限于通信技术、地理环境、现场条件等因素,经常会出现图像传输卡顿失真、遥控信号延时甚至中断等现象,限制了装备器材的使用效能,也一定程度上影响了灭火救援的顺利进行。
 
  1.1图传不畅
 
  消防员单兵图侦系统、单兵图像传输设备等图像视频传输设备,采用433MHz无线传输通讯方式理论传输距离可达2km,采用2.4GHz的可达1km,频率大小不同传输距离不一,采用4G 通信技术的理论上传输距离不受限制,但是在实际使用过程中,由于现场地理环境(如建筑物遮挡、地下空间等)以及信号强弱(移动基站)等因素的影响,常常会导致传输的音频视频出现卡顿延时、模糊失真等问题。
 
  1.2设备不融
 
  目前各类装备器材厂家所使用的通信协议和技术标准都不一样,即便是同一类器材也存在使用不同通信技术的情况,如手持电台(对讲机),有使用350Mhz警用频段,也有使用数字集群通信系统、还有使用公网语音传输。各种对讲机之间无法通用,需要分别购置配备,不仅造成经费的浪费,而且不方便指战员在灭火救援现场的携带使用。其他通信类装备器材更是因为通信技术标准不一,不能互融互通,很大程度上影响了作战效能。
 
  1.3定位不精
 
  消防员单兵定位装置、消防员呼救器后场接收装置等装备器材使用通信技术进行定位的主要有GPS、GPRS(GSM)、LBS、NB-IoT、wifi、蓝牙、RFID等,均存在定位不精确的问题,不能满足实战之需。GPS定位误差在5米左右,受气候(阴雨天气)和地理环境(车库隧道)对信号遮挡从而影响定位精度,也存在终端续航能力的问题;LBS基站定位精度误差大,定位精度受周边基站数量和SIM卡信号强度的影响,而且同一基站范围内的设备均被定位到该基站位置导致误差较大;NB-IoT虽然功耗较低,可以实现大连接,但只适合于静态定位,不适合消防员快速移动过程中的定位,定位精度(5米左右)也不能满足实战需要,5米的距离几乎是两层楼的误差。WiFi定位虽然适合室内定位,精度也只能达到2米左右,而且容易受周围环境影响。蓝牙和RFID也适合于室内定位,精度比WiFi稍高,但需布置大量的硬件设备终端,电池耗尽之后更换电池工作很繁琐,抗干扰能力较差。
 
  2 5G特点与优势
 
  在第一代通信系统中只有语音,第二代通信系统中传输速度只有10kb/s,第三代通信系统中也只有2Mb/s,第四代通信系统达到了100Mb/s,到了第五代通信系统(5G),相比上一代通信系统(4G),在通信速度、通信质量等方面都有了一个质的飞跃。
 
  2.1高速率
 
  5G通信的数据传输速率最高可达10Gb/s,是上一代通信技术快100倍,超大的数据传输能力,意味着可以每秒下载一部高清电影,观看4k高清视频、360度全景视频不会出现卡顿,极大改善和提升VR虚拟现实和AR增强现实体验。
 
  2.2低时延
 
  时延是指数据从上传请求到接收的用时,5G的时延最低要求是1毫秒,而4G为30-70毫秒,较低的延时,可以获得更快的响应时间,使得无人驾驶、远程手术等成为可能。解决时延问题,是通信系统里最核心的一个问题,如果延时长,系统不能及时传达接收指令,高速行驶的无人汽车会在100毫秒左右冲出几十米,将导致车毁人亡;无人机更是如此,极小的偏差就会导致碰撞和事故。
 
  2.3泛在网
 
  泛在网,顾名思义是指在每一个角落都有网络信号的存在,一是广泛覆盖,不仅在城市里,而且在偏远农村及高山峡谷都有网络覆盖;二是纵深覆盖,如卫生间、地下停车场等信号死角的地方都有5G网络覆盖。
 
  2.4低功耗
 
  通信需要能源提供动力,5G的低功耗使得大规模物联网应用成为现实,真正实现万物互联,可将大量的传感器、终端接入到网络中,在联网之后就可以实现实时管理和智能化管理,大大改善了用户体验,促使物联网产品快速推广普及。
 
  3 发展展望
 
  5G因其特有的技术优势,已经促使很多行业发生改变,借鉴目前无人汽车、虚拟现实、远程医疗等业态的发展形势,如果将5G技术与消防灭火救援领域相结合,会实现什么样的应用场景、催生怎么样的救援变革?
 
  3.1远程救援指挥系统
 
  得益于5G高速率、低时延的优势,将VR、AR技术应用于灭火救援,可以打造现代化的远程救援指挥管理系统。一线指战员在灭火救援现场,通过现有的AR智能眼镜、VR视频设备或研发与救援头盔一体化的音视频采集系统,将现场情况实时高清远程传输到全国乃至全球各地的平台终端,有了VR/AR技术的加持,可以实现灭火救援实战化展示,远程端的指挥人员和专家技术人员可以犹如身临其境灭火救援现场;商讨制定最佳战术措施,实时向现场救援人员下达精准的指令,实现跨平台协同作战,而无需全部赶赴现场,节省时间、提高救援效率,最大限度减少人们生命财产损失。此外,还可以实现远程医学救援,被救伤员从灭火救援现场送到医院的路上,就可以利用VR、AR等技术远程与医院无缝联动,及时制定抢救方案,提前准备手术,大大缩减伤员抢救的响应时间。
 
  3.2车辆装备物联网
 
  将各种各样的传感器安装到装备器材上并连接至网络中, 有了5G技术低功耗的优势,能够长时间出于联网状态,实现装备器材的互联互通,真正做到实时管理和智能化管理。在消防车上安装各类传感器,不仅可以了解车辆的维护保养情况,如发动机转速温度、燃油机油余量等静态数据,还可以实时掌握车辆的运行状态,如水(泡沫液)余量、水泵及各出水口的压力和流量、空气压缩系统的进气量、润滑油类温度等动态数据,为现场灭火救援提供辅助决策数据。通过在各类灭火救援装备器材上安装传感器,还可以实时观测并记录各类装备器材的运行数据,如液压器材的液压油量温度、电源电压电量等。
 
  3.3消防员生命安全系统
 
  研发各类生命体征传感器的可穿戴设备,使得现场指挥员或者后方指挥中心能够实时掌握灭火救援现场消防员的心率、呼吸、血压、乃至血液中含氧量等各项数据,以便及时做出指挥决策,极大保障消防员的生命安全。在物联网产品推广普及、真正实现万物互联之后,每件设备终端或者每个传感器等都会有其固定的地址或者地理信息,而无需额外安装布置硬件设备,由于数量多、范围广,使得定位能够变得非常精确(厘米级别),5G泛在网的特点确保这些终端设备能够随时随地处于联网状态,提供位置信息,这样一来,可以有效解决复杂灾害现场或室内建筑物中消防员的定位问题。关乎消防员生命安全的各类数据、各种设备和各类应用都可以在5G技术应用下成为现实。
 
  3.4无人灭火救援作战系统
 
  在远程救援指挥系统和车辆装备物联网的基础上,结合无人驾驶技术,可以实现无人灭火救援,最大限度解放人力、减少伤亡。指挥中心接收到警情后,无人驾驶消防车自动规划路线行驶至灭火救援现场,在行驶过程中可提前派出侦察无人机第一时间抵达现场,实时传回现场高清视频,提供动态灾情以便指挥中心能够第一时间调集足够力量、及时调整制定灭火救援方案;还可以利用无人机倾斜摄影对救援现场进行三维建模,为各级指挥部制定灭火救援方案提供第一手仿真的现场情况。在车辆装备互联互通的情况下,后方指挥中心可以实时全面掌握参战消防车辆装备器材的实力状况、性能参数,远程遥控灭火救援,利用5G通信遥控消防机器人、移动消防炮等进行灭火,还可以远程指挥大载重、长续航的无人机携带灭火药剂扑救高层建筑火灾,机动灵活,克服地理条件的约束;结合人工智能技术,还可以研发无人机集群系统,实现自动化无人灭火的场景。相信在不远的将来,灭火救援也可以实现像电影中无人作战部队的应用情景,打造全方位的立体作战系统,只需指挥中心的两三名指挥员,即可远程操控各类装备器材实施无人灭火救援。
 
  4 结语
 
  国家制定了5G的发展规划,也相继出台很多政策支持5G产业发展,对于消防灭火救援领域来说,是挑战更是机遇,挑战在于需要花费很大精力、投入很多经费进行研发,也需要很长时间去习惯适应新的灭火救援方式;机遇在于将改变传统灭火救援方式,不仅极大提高灭火救援效能,而且将最大限度减少人员伤亡、保护人民生命财产安全。5G技术应用与消防灭火救援领域相结合,存在很大的潜能和空间,需要我们把握时机不断探索与实践,逐步实现智慧化的灭火救援。
 
  参考文献:
 
  [1]赵雨昕,孙鹏举.浅谈5G技术在消防救援队伍信息化建设中的应用[J].数字通信世界,2019(04):37.
 
  [2]崔彦琛,吴立志,朱红伟,崔俊广.无人机在消防通信中的应用研究[J].消防科学与技术,2019(04):526-528.
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