靳濤

摘 要：智慧消防是消防工作高質(zhì)量快速發(fā)展的重要舉措，當前處于智慧消防發(fā)展的初級階段，面臨泛在感知難、遠程實時控制難、高速高可靠性傳輸難等諸多問題，5G技術(shù)為解決上述問題提供了契機。本文分析了5G在技術(shù)層面的五大特性，研究了5G與智慧消防結(jié)合將發(fā)揮的優(yōu)勢，最后簡要展望了5G技術(shù)在智慧消防應(yīng)用領(lǐng)域的十個典型場景。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);智慧消防;物聯(lián)網(wǎng);火災(zāi)

中圖分類號：D631.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0187-02

0 引言

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，火災(zāi)致災(zāi)因素增多、造成的后果嚴重。亟需加強對消防安全狀況全時段、全天候、自動化的監(jiān)控，亟需加強對火災(zāi)風險的預(yù)警、預(yù)判、預(yù)測能力，亟需加強滅火救援的科技化、智能化、專業(yè)化程度。因此，智慧消防應(yīng)運而生。以往智慧消防項目受傳統(tǒng)無線通訊技術(shù)在速度、時延、功耗等方面的制約難以促成較大突破，5G技術(shù)以其大帶寬、低延時和廣連接的優(yōu)勢助力數(shù)字化轉(zhuǎn)型，牽引云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和智慧消防的深度融合。

1 5G技術(shù)特點

5G是第五代移動通信技術(shù)的簡稱。是新一代蜂窩移動通信技術(shù)[1]，5G通信應(yīng)該至少包含以下幾個方面的基本特征，即高速率、高可靠性、低時延、低能耗和廣連接，可簡單概括為“兩高兩低一廣”：

（1）高速率。5G通信一般采用頻率在30～300GHz范圍內(nèi)的頻譜資源，波長為毫米波，根據(jù)香農(nóng)公式，信道容量與信道帶寬成正比，因此5G通信的峰值速率不低于20Gbps，是4G-LTE通信的10倍以上。

（2）高可靠性。5G發(fā)送一個32Byte的數(shù)據(jù)的成功概率可達到99.999%，此外，如果時延允許，5G還可以采用重傳機制，進一步提高成功率[2]。

（3）低時延。通信時延是指數(shù)據(jù)成功由發(fā)送方無線協(xié)議層入口點，經(jīng)由無線傳輸，到接收方無線協(xié)議層出口點的時間。4G通信的時延在50ms左右，對于通話影響不大，而對于一些工業(yè)應(yīng)用場景時延較長。而5G通信空口時延達到1ms，端到端時延小于10ms。

（4）低功耗。傳統(tǒng)傳感器采用GSM、Zigbee等無線通信方式，功耗是一個很大的問題，通信設(shè)備需要經(jīng)常更換電池或者充電，5G通信通過NB-IOT等通信協(xié)議使功耗大大降低。

（5）廣連接。傳統(tǒng)4G通信所連的終端數(shù)量有限，一般以手機為主，而5G通信能夠連接海量設(shè)備，滿足廣泛采集和傳感，達到100萬/km2連接數(shù)密度指標要求。

此外5G與4G的關(guān)鍵指標對比，如表1所示。同時5G還支持網(wǎng)絡(luò)切片（Network Slicing）、移動邊緣計算（Mobile Edge Computing）等技術(shù)。

2 5G技術(shù)在智慧消防中發(fā)揮的作用

智慧消防是以移動計算、智能識別、智能處理、虛擬仿真等現(xiàn)代信息通信技術(shù)為支撐，為火災(zāi)預(yù)警、滅火救援和隊伍管理等工作建立的智能化平臺，對提升防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力起到極大作用，是智慧城市的重要組成部分[3]。

一個智慧系統(tǒng)通常由感知、傳輸和計算（決策）三個層次組成[4]，但在4G時代難以形成規(guī)模。5G技術(shù)可使感知層利用廣連接、低功耗、萬物互聯(lián)、海量數(shù)據(jù)等特性，傳輸層利用高速高可靠性等特性，在計算（決策）層5G加快了邊緣計算、云計算、霧計算部署的進程，總之5G在智慧消防的各個領(lǐng)域都起到了推波助瀾的作用，如圖1所示。

3 5G技術(shù)在智慧消防應(yīng)用中的典型場景

5G是跨時代的技術(shù).憑借極佳的體驗和更大的容量，將開啟萬物互聯(lián)時代，將和大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能一道帶來信息通信技術(shù)的飛躍，并滲透至各個行業(yè)。文章進一步結(jié)合智慧消防業(yè)務(wù)需求，細化出5G在智慧消防領(lǐng)域中十個應(yīng)用場景。

3.1 云VR/AR

5G使VR/AR所需的百兆級大寬帶和毫秒級短時延可由5G支持，配合云端強大的計算能力和超低延時壓縮技術(shù)，可實時計算機圖像渲染和建模?？梢源蚱茣r空限制，模擬各類訓練場景，使指戰(zhàn)員沉浸式的演練，提高訓演練的質(zhì)量[5]。

3.2 消防車聯(lián)網(wǎng)

5G技術(shù)將使消防車納入整體車聯(lián)網(wǎng)中，可實現(xiàn)自動駕駛、遠控駕駛、編隊行駛，其他社會車輛檢測到消防車后可自動避讓[6]。

3.3 遠程操控

目前已有偵查、滅火等各類消防機器人，但受制于通訊技術(shù)，往往操控距離有限，遇有大范圍災(zāi)害事故，操控人員往往冒有極高風險，5G可實現(xiàn)操控人員遠距離無線操作，真正確保指戰(zhàn)員的生命安全。

3.4 生命體征監(jiān)測

目前的可穿戴設(shè)備受電池使用時間，時延和速度限制，無法作為獨立設(shè)備存在，需要和計算機和智能手機配對。未來消防指戰(zhàn)員會配備便攜式可穿戴生命體征監(jiān)測設(shè)備，如腕表、胸帶等，實時采集人體心率、血氧、血壓等生命體征指標和溫度、煙氣濃度、移動速度、位置等環(huán)境參數(shù)，將數(shù)據(jù)上傳至云端分析，若超出警戒值則回傳至設(shè)備提醒本人和其他指戰(zhàn)員，使得訓練和滅火救援更加安全。

3.5 超高清視頻

在遠程指揮、視頻會議等應(yīng)用中亟需4k/8k等超高清視頻，將災(zāi)害現(xiàn)場畫面高清無死角的實現(xiàn)遠程傳輸回指揮中心，使得各級領(lǐng)導(dǎo)決策指揮更加科學和順暢。同時在監(jiān)督執(zhí)法方面，支持5G技術(shù)的超高清執(zhí)法記錄儀將消防監(jiān)督全過程向社會開放，接受公眾監(jiān)督[7]。

3.6 消防無人機

配備LiDAR（激光雷達）、熱成像的無人機可以進行空中監(jiān)視，掃描所產(chǎn)生海量的實時數(shù)據(jù)量需要大帶寬支持，將在三維建模、預(yù)案制作、火災(zāi)偵查等場景下廣泛采用。

3.7 AI消防頭盔

AI消防頭盔使得現(xiàn)場指戰(zhàn)員能夠與指揮中心和其他隊員自由溝通，不受原先對講設(shè)備限制，并且能夠判斷室內(nèi)煙氣濃度、尋找火源、分析潛在危險。

3.8 智慧營區(qū)

依托物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)營區(qū)供水、供電、供氣、供暖、水質(zhì)的實時監(jiān)控和溫濕度調(diào)節(jié)，通過電子圍欄技術(shù)建立安防系統(tǒng)，遠程醫(yī)療為指戰(zhàn)員邀請權(quán)威專家診療。

3.9 裝備物聯(lián)網(wǎng)

將車輛、器材通過物聯(lián)網(wǎng)連接，對滅火藥劑裝載率等信息實時監(jiān)控，記錄分析各類器材易出現(xiàn)的故障，不斷提高消防裝備信息化水平。

3.10 消防遠程監(jiān)控

利用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測建筑室內(nèi)消火栓和自動噴淋系統(tǒng)水壓、高位消防水箱和消防水池水位等狀態(tài)，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控消防車道占用、消防控制室值班等情況，動態(tài)監(jiān)控單位消防安全狀態(tài)，全面提升消防安全管理水平和效能。

4 結(jié)語

總之，正在到來的5G時代是一個以智慧為特征的時代，5G技術(shù)為智慧消防發(fā)展帶來了絕好的契機。因此，我們要加大對5G技術(shù)的研究，加快“智慧消防”應(yīng)用及模式的研發(fā)，使5G和智慧消防深入結(jié)合，從而支撐和引領(lǐng)消防工作科學有序發(fā)展。

參考文獻

[1] 劉振宇.5G通信技術(shù)應(yīng)用場景和關(guān)鍵技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（19）：30-31.

[2] 張赟.5G通信技術(shù)應(yīng)用場景和關(guān)鍵技術(shù)策略[J].計算機產(chǎn)品與流通，2019（19）：68.

[3] 丁祥郭.“智慧消防”建設(shè)與發(fā)展的思考[J].計算機安全，2012（10）：66-69.

[4] 王毅.5G通信與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的融合：應(yīng)用分析與研究展望[J].電網(wǎng)技術(shù)，2019（5）：1576-1585.

[5] 王國法，趙國瑞，胡亞輝.5G技術(shù)在煤礦智能化中的應(yīng)用展望[J].煤炭學報，2020（1）：16-23.

[6] 5G時代十大應(yīng)用場景白皮書[EB/OL].[2019-08-08].https：//www.huawei.com/cn/industry-insights/outlook/mobile-broadband/insights-reports/5g-unlocks-a-world-of-opportunities.

[7] 彭建，周鈺哲，孫美玉，等.5G十大細分應(yīng)用場景研究[N].中國計算機報，2019-07-15（12）.