文/朱國(guó)慶

本文通過對(duì)基于5G通訊技術(shù)的無人機(jī)功能特點(diǎn)的研究，對(duì)5G無人機(jī)在危化品倉(cāng)庫(kù)滅火救援中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行闡述，重點(diǎn)介紹了5G無人機(jī)在事故偵檢、輔助消防、應(yīng)急通信與救援等方面的功能作用，并對(duì)其在危化品事故救援的未來發(fā)展方向進(jìn)行展望。

目前，面對(duì)?；穫}(cāng)庫(kù)復(fù)雜的滅火救援形勢(shì)，傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)偵查手段的局限性日益凸顯。如何及時(shí)有效地獲取火場(chǎng)信息、掌握災(zāi)情變化、提供高效輔助決策、并迅速準(zhǔn)確處置災(zāi)情，是消防救援人員亟待解決的難題。隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展以及運(yùn)用的日趨成熟，結(jié)合最新的5G 移動(dòng)通信技術(shù)，研究無人機(jī)在?；穫}(cāng)庫(kù)事故救援中的應(yīng)用，具有深遠(yuǎn)意義。

在危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏火災(zāi)爆炸等災(zāi)害事故中，因救援人員無法靠近或進(jìn)入到災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)，一定程度上影響了救援工作。本文針對(duì)5G 無人機(jī)在?；穫}(cāng)庫(kù)事故應(yīng)急救援工作當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究和闡述，并說明了未來危化品倉(cāng)庫(kù)事故救援工作對(duì)通訊及無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用要求。

基于5G通訊的無人機(jī)

5G 網(wǎng)絡(luò)具有“高速率、低時(shí)延、大容量”的特點(diǎn)，可以提供最高達(dá)10 Gbps 的網(wǎng)絡(luò)通道，低至1 ms 的時(shí)延，并能承載每平方千米100 萬個(gè)連接，讓萬物互聯(lián)成為可能。在5G 網(wǎng)絡(luò)的支撐下，新一代無人機(jī)將打破圖像傳輸和控制的時(shí)空限制，具備實(shí)時(shí)超高清圖傳、遠(yuǎn)程低時(shí)延控制、永遠(yuǎn)在線等重要能力，大大擴(kuò)展了無人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景。

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

消防無人機(jī)特點(diǎn)

無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于危化品事故應(yīng)急救援，特別是在事故偵檢、災(zāi)情實(shí)時(shí)監(jiān)控方面，可彌補(bǔ)危化品事故應(yīng)急救援的許多不足。通過無人機(jī)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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?chǎng)所面臨的人身安全、數(shù)據(jù)采集難、偵查時(shí)間不足和難以實(shí)時(shí)反饋信息等問題。消防無人機(jī)具有以下特點(diǎn)：

一是機(jī)動(dòng)靈活，成本低廉。小型無人機(jī)重量輕、攜帶方便，可徒步將無人機(jī)攜帶至事故現(xiàn)場(chǎng)。其飛行高度和速度可人工設(shè)置和操縱，相對(duì)于消防車、消防直升機(jī)等其他消防設(shè)備，成本低廉，降低了人員、設(shè)備準(zhǔn)備的時(shí)間成本。面對(duì)復(fù)雜的事故現(xiàn)場(chǎng)，救援人員不必深入災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)就能通過無人機(jī)回傳的圖像對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行大致判斷，從而制定有針對(duì)性的救援計(jì)劃，有效規(guī)避傳統(tǒng)危化品事故救援行動(dòng)中存在的短板，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(qiáng)。利用高分辨率攝像頭，無人機(jī)可在高空對(duì)相關(guān)目標(biāo)進(jìn)行全局性拍攝，有效確認(rèn)人員、危化品等重點(diǎn)關(guān)注事物方位，并將地面情況通過無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送，準(zhǔn)確地傳遞火災(zāi)及現(xiàn)場(chǎng)事故救援信息。

圖1 無人機(jī)三維GIS應(yīng)急救援與輔助決策平臺(tái)

三是拓展性強(qiáng)，適用廣泛。無人機(jī)機(jī)載設(shè)備的多樣性，可極大地滿足在危化品事故救援中的應(yīng)用需求。可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，隨時(shí)更換機(jī)載模塊，滿足不同條件下的使用需求。

無人機(jī)用于滅火也有巨大的想象空間，是解決高層建筑和?；穲?chǎng)所火災(zāi)滅火難題的重要途徑。未來的消防滅火無人機(jī)，要載重大、抗風(fēng)能力強(qiáng)、拋撒精度高，能夠在復(fù)雜火場(chǎng)氣象環(huán)境下遠(yuǎn)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(shí)能夠快速抵達(dá)火場(chǎng)，利用光電吊艙觀察火勢(shì)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(jī)

有了5G 技術(shù)加持，無人機(jī)更是如虎添翼，輕松實(shí)現(xiàn)如云端遠(yuǎn)程控制無人機(jī)、4K 圖像的實(shí)時(shí)回傳、VR 全景高清視頻直播等用途，適用于更多場(chǎng)景的輔助救援決策。如圖1，采用無人機(jī)三維建模技術(shù)建立的應(yīng)急救援與輔助決策平臺(tái)在控制中心能夠全方位監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情信息并輔助救援。

利用5G 網(wǎng)絡(luò)的大帶寬、低時(shí)延特點(diǎn)，可將實(shí)時(shí)視頻流及時(shí)回傳至控制中心，同時(shí)在幾十（或幾百）千米外的控制中心通過5G 網(wǎng)絡(luò)可向無人機(jī)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(jī)用于危化品倉(cāng)庫(kù)災(zāi)害救援場(chǎng)景的效率。5G+無人機(jī)應(yīng)用可滿足危化品倉(cāng)庫(kù)消防救援的以下需求：

一是全方位無死角的監(jiān)測(cè)和布控。控制中心人員通過VR 眼鏡、PAD 或大屏，實(shí)時(shí)觀看現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信息、救援情況，與地面消防救援設(shè)備同步聯(lián)動(dòng)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，優(yōu)化災(zāi)害救援場(chǎng)景能力。控制中心人員通過控制終端經(jīng)由5G 網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程控制無人機(jī)機(jī)載攝像頭的轉(zhuǎn)向、調(diào)整飛行狀態(tài)及路線，進(jìn)一步摸清現(xiàn)場(chǎng)情況。無人機(jī)4K 視頻實(shí)時(shí)回傳，多機(jī)協(xié)同360°全景拍攝，數(shù)據(jù)冗余采集，減少由于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)角、光線不一致、圖像漏拍等導(dǎo)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(jìn)行內(nèi)外場(chǎng)協(xié)同作業(yè)，即時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行圖像復(fù)采集，作業(yè)效率提升40%～80%。5G無人機(jī)搭載光電吊艙，配合5G 實(shí)時(shí)圖傳全天候24 小時(shí)監(jiān)控可疑火點(diǎn)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(shí)回傳畫面至指揮部或相關(guān)負(fù)責(zé)單位。

圖2 無人機(jī)高清直播現(xiàn)場(chǎng)信息

二是實(shí)時(shí)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(jī)準(zhǔn)確執(zhí)行，中間的時(shí)延要盡可能縮短，才能保證無人機(jī)精準(zhǔn)操作，圓滿完成任務(wù)，這只有5G 網(wǎng)絡(luò)低至毫秒級(jí)的超低時(shí)延能夠?qū)崿F(xiàn)。當(dāng)?；穫}(cāng)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，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(jī)即可利用其不受地面交通影響的機(jī)動(dòng)靈活性、快速性，從部署地迅速飛抵目標(biāo)區(qū)域，第一時(shí)間將火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的視頻、照片等數(shù)據(jù)采集保存并通過5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)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(jī)的高清直播可以把危化品倉(cāng)庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)信息實(shí)時(shí)傳到指揮中心。采用專業(yè)級(jí)航拍無人機(jī)，將高清視頻信號(hào)通過5G 網(wǎng)絡(luò)傳輸至控制中心，供遠(yuǎn)在控制中心的消防人員實(shí)時(shí)查看。以往的應(yīng)急救援需要人工地毯式搜索，搜索地域廣、時(shí)間長(zhǎng)、成本高、難度大。而通過5G 無人機(jī)實(shí)時(shí)回傳的高清畫面，可快速確定目標(biāo)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，人工搜索耗時(shí)長(zhǎng)的問題，使搜索效率極大提高，在最短時(shí)間內(nèi)完成緊急救援。

四是5G 巡檢，讓安全隨時(shí)在線。?；穫}(cāng)庫(kù)地點(diǎn)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(yīng)用5G 無人機(jī)巡查，既能避免作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，亦可以360°全視角查看?；反鎯?chǔ)細(xì)節(jié)情況，提高巡視質(zhì)量。4G 網(wǎng)絡(luò)帶寬受限，對(duì)于某些細(xì)節(jié)檢查，視頻和圖片的清晰度明顯不足，而5G 網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)上行單用戶速率100 Mbps 以上，空口時(shí)延10 ms 以內(nèi)，使得實(shí)時(shí)視頻更加流暢、更加清晰、巡查效果更優(yōu)。

5G無人機(jī)在?；肥鹿蕬?yīng)急救援中的應(yīng)用

5G 無人機(jī)在危化品事故應(yīng)急救援領(lǐng)域的應(yīng)用才剛剛起步，但隨著5G 技術(shù)及無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，5G無人機(jī)在?；肥鹿蕚蓹z、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、輔助消防、應(yīng)急通信及救援等方面的應(yīng)用會(huì)越來越多，因其極大地改善了應(yīng)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(cāng)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，通常伴隨易燃、易爆、有毒、有害、腐蝕性氣體擴(kuò)散等危險(xiǎn)因素，使用5G 無人機(jī)進(jìn)行事故偵檢，具有以下顯著特點(diǎn)：一是無視環(huán)境危險(xiǎn)，可機(jī)動(dòng)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(jìn)入有毒、易燃易爆的危險(xiǎn)環(huán)境中，同時(shí)又能全面、細(xì)致熟知事故現(xiàn)場(chǎng)情況；三是通過5G 無人機(jī)掛載的偵檢模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，如通過有毒氣體探測(cè)儀和可燃?xì)怏w探測(cè)儀，對(duì)易燃易爆、化學(xué)事故災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)氣體濃度和擴(kuò)展范圍進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)，從而準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場(chǎng)事故數(shù)據(jù)。

5G 無人機(jī)可快速感知災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)情況，并將視頻畫面實(shí)時(shí)傳到系統(tǒng)平臺(tái)，輔助決策人員進(jìn)行指揮，同時(shí)指揮人員可通過平臺(tái)控制裝備完成場(chǎng)景救援任務(wù)。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

救援人員所面對(duì)的?；肥鹿尸F(xiàn)場(chǎng)往往瞬息萬變，在事故處理過程中，利用5G 無人機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠提供精準(zhǔn)的災(zāi)情變化情況和實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)。

當(dāng)火情發(fā)生的時(shí)候，前線需要盡快傳輸現(xiàn)場(chǎng)情況及圖像信息，便于各級(jí)指揮部及時(shí)了解事故動(dòng)態(tài)情況，從而作出及時(shí)、準(zhǔn)確的對(duì)策，最大限度地減少事故損失。這就要求無人機(jī)傳回的實(shí)時(shí)圖像必須是超高清畫質(zhì)，可以進(jìn)行多倍放大，如果搭載的是VR 全景攝像機(jī)，指揮中心還能更加方便、全面了解著火地點(diǎn)的環(huán)境情況，通過5G 的高速率將數(shù)據(jù)及時(shí)傳回指揮中心。5G 無人機(jī)加裝紅外熱成像儀可以有效解決彩色數(shù)字?jǐn)z像儀在夜間甚至極惡劣氣候環(huán)境條件下監(jiān)控目標(biāo)的不足，有效控制復(fù)燃隱患；搭載測(cè)風(fēng)儀，可以測(cè)定風(fēng)向、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)。

輔助消防

危化品事故危害大，處置困難，甚至?xí)a(chǎn)生次生災(zāi)害，利用5G 無人機(jī)集成或者靈活搭載關(guān)鍵器材裝備，能夠?yàn)槎喾N情況下的滅火和救援提供幫助。一是可以負(fù)責(zé)滅火，在消防救援人員無法靠近或消防車、消防設(shè)備無法抵近實(shí)施滅火的起火點(diǎn)，可將滅火劑裝載在無人機(jī)上，由地面人員控制無人機(jī)在空中實(shí)施定點(diǎn)噴灑或釋放滅火劑完成輔助滅火，為消防救援爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間。二是具有輔助救援功能?？梢蕴峁┬碌木仍緩剑脽o人機(jī)搭載必要的救援器材（如空氣呼吸器、救援繩等），進(jìn)行定點(diǎn)器材運(yùn)送，輔助疏散被困人員，為受困人員的應(yīng)急救援創(chuàng)造新的途徑。三是可以輔助傳達(dá)指令，無人機(jī)可通過集成的語音、擴(kuò)音模塊，實(shí)現(xiàn)空中呼喊或轉(zhuǎn)達(dá)指令。四是具有其他輔助功能。如果事故現(xiàn)場(chǎng)存在有毒可燃?xì)怏w，需主動(dòng)點(diǎn)燃，可由無人機(jī)吊掛點(diǎn)火棒，到達(dá)設(shè)定位置后，由地面控制無人機(jī)完成點(diǎn)火工作，大大降低人工主動(dòng)點(diǎn)燃的危險(xiǎn)性。

應(yīng)急通信及救援

危化品倉(cāng)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)后，救援工作尤其重要。利用無人機(jī)靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，使用搭載通信基站的無人機(jī)，基于規(guī)劃的路線飛行，觸發(fā)受災(zāi)被困人員手機(jī)接入機(jī)載基站網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被困人員通信設(shè)備的主動(dòng)定位，確認(rèn)被困人員的位置及身份信息。同時(shí)，利用5G 網(wǎng)絡(luò)的大帶寬傳輸能力，通過機(jī)載攝像頭實(shí)時(shí)拍攝并回傳現(xiàn)場(chǎng)高清視頻畫面，結(jié)合邊緣計(jì)算能力與AI 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速人員識(shí)別及周邊環(huán)境分析，便于救援人員針對(duì)性地開展?fàn)I救工作。通過5G 無人機(jī)與傳統(tǒng)搜救方式的結(jié)合，可有效降低搜尋時(shí)間，保證被困人員能夠在第一時(shí)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(jī)技術(shù)監(jiān)測(cè)?；坊馂?zāi)事故

隨著5G 無線通信技術(shù)及無人機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，5G 及無人機(jī)在危化品倉(cāng)庫(kù)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、事故處置領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景還將進(jìn)一步擴(kuò)展。5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)決定了其更易與大數(shù)據(jù)和AI 結(jié)合，5G 無人機(jī)結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)?；穫}(cāng)庫(kù)消防監(jiān)測(cè)、應(yīng)急救援的智能化、精準(zhǔn)化，提高危化品事故應(yīng)急救援效率。

應(yīng)用案例

圖3 某油庫(kù)火災(zāi)的三維火災(zāi)預(yù)案與沙盤推演

某油庫(kù)發(fā)生火災(zāi)，消防救援人員接到庫(kù)區(qū)火災(zāi)報(bào)警后，通過無人機(jī)迅速建立受災(zāi)建筑的三維模型，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量和計(jì)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(gòu)建災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，無人機(jī)實(shí)時(shí)偵測(cè)有毒有害氣體濃度、可燃?xì)怏w擴(kuò)散濃度分布、溫度分布、高清畫面等關(guān)鍵消防數(shù)據(jù)。依據(jù)無人機(jī)偵測(cè)結(jié)果，擬定滅火救援預(yù)案并進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)推演，科學(xué)劃定救援危險(xiǎn)區(qū)域以及人員警戒區(qū)域，輔助制定救援決策，科學(xué)化部署救援力量。如圖3、4 所示。