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5G技术在智慧消防中的应用展望

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靳涛

摘要：智慧消防是消防工作高质量快速发展的重要举措，当前处于智慧消防发展的初级阶段，面临泛在感知难、远程实时控制难、高速高可靠性传输难等诸多问题，5G技术为解决上述问题提供了契机。本文分析了5G在技术层面的五大特性，研究了5G与智慧消防结合将发挥的优势，最后简要展望了5G技术在智慧消防应用领域的十个典型场景。

关键词：5G技术;智慧消防;物联网;火灾

中图分类号：D631.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）08-0187-02

0 引言

随着经济社会发展，火灾致灾因素增多、造成的后果严重。亟需加强对消防安全状况全时段、全天候、自动化的监控，亟需加强对火灾风险的预警、预判、预测能力，亟需加强灭火救援的科技化、智能化、专业化程度。因此，智慧消防应运而生。以往智慧消防项目受传统无线通讯技术在速度、时延、功耗等方面的制约难以促成较大突破，5G技术以其大带宽、低延时和广连接的优势助力数字化转型，牵引云计算、大数据、物联网和智慧消防的深度融合。

1 5G技术特点

5G是第五代移动通信技术的简称。是新一代蜂窝移动通信技术[1]，5G通信应该至少包含以下几个方面的基本特征，即高速率、高可靠性、低时延、低能耗和广连接，可简单概括为“两高两低一广”：

（1）高速率。5G通信一般采用频率在30～300GHz范围内的频谱资源，波长为毫米波，根据香农公式，信道容量与信道带宽成正比，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发送一个32Byte的数据的成功概率可达到99.999%，此外，如果时延允许，5G还可以采用重传机制，进一步提高成功率[2]。

（3）低时延。通信时延是指数据成功由发送方无线协议层入口点，经由无线传输，到接收方无线协议层出口点的时间。4G通信的时延在50ms左右，对于通话影响不大，而对于一些工业应用场景时延较长。而5G通信空口时延达到1ms，端到端时延小于10ms。

（4）低功耗。传统传感器采用GSM、Zigbee等无线通信方式，功耗是一个很大的问题，通信设备需要经常更换电池或者充电，5G通信通过NB-IOT等通信协议使功耗大大降低。

（5）广连接。传统4G通信所连的终端数量有限，一般以手机为主，而5G通信能够连接海量设备，满足广泛采集和传感，达到100万/km2连接数密度指标要求。

此外5G与4G的关键指标对比，如表1所示。同时5G还支持网络切片（Network Slicing）、移动边缘计算（Mobile Edge Computing）等技术。

2 5G技术在智慧消防中发挥的作用

智慧消防是以移动计算、智能识别、智能处理、虚拟仿真等现代信息通信技术为支撑，为火灾预警、灭火救援和队伍管理等工作建立的智能化平台，对提升防灾减灾救灾能力起到极大作用，是智慧城市的重要组成部分[3]。

一个智慧系统通常由感知、传输和计算（决策）三个层次组成[4]，但在4G时代难以形成规模。5G技术可使感知层利用广连接、低功耗、万物互联、海量数据等特性，传输层利用高速高可靠性等特性，在计算（决策）层5G加快了边缘计算、云计算、雾计算部署的进程，总之5G在智慧消防的各个领域都起到了推波助澜的作用，如图1所示。

3 5G技术在智慧消防应用中的典型场景

5G是跨时代的技术.凭借极佳的体验和更大的容量，将开启万物互联时代，将和大数据、云计算、人工智能一道带来信息通信技术的飞跃，并渗透至各个行业。文章进一步结合智慧消防业务需求，细化出5G在智慧消防领域中十个应用场景。

3.1 云VR/AR

5G使VR/AR所需的百兆级大宽带和毫秒级短时延可由5G支持，配合云端强大的计算能力和超低延时压缩技术，可实时计算机图像渲染和建模。可以打破时空限制，模拟各类训练场景，使指战员沉浸式的演练，提高训演练的质量[5]。

3.2 消防车联网

5G技术将使消防车纳入整体车联网中，可实现自动驾驶、远控驾驶、编队行驶，其他社会车辆检测到消防车后可自动避让[6]。

3.3 远程操控

目前已有侦查、灭火等各类消防机器人，但受制于通讯技术，往往操控距离有限，遇有大范围灾害事故，操控人员往往冒有极高风险，5G可实现操控人员远距离无线操作，真正确保指战员的生命安全。

3.4 生命体征监测

目前的可穿戴设备受电池使用时间，时延和速度限制，无法作为独立设备存在，需要和计算机和智能手机配对。未来消防指战员会配备便携式可穿戴生命体征监测设备，如腕表、胸带等，实时采集人体心率、血氧、血压等生命体征指标和温度、烟气浓度、移动速度、位置等环境参数，将数据上传至云端分析，若超出警戒值则回传至设备提醒本人和其他指战员，使得训练和灭火救援更加安全。

3.5 超高清视频

在远程指挥、视频会议等应用中亟需4k/8k等超高清视频，将灾害现场画面高清无死角的实现远程传输回指挥中心，使得各级领导决策指挥更加科学和顺畅。同时在监督执法方面，支持5G技术的超高清执法记录仪将消防监督全过程向社会开放，接受公众监督[7]。

3.6 消防无人机

配备LiDAR（激光雷达）、热成像的无人机可以进行空中监视，扫描所产生海量的实时数据量需要大带宽支持，将在三维建模、预案制作、火灾侦查等场景下广泛采用。

3.7 AI消防头盔

AI消防头盔使得现场指战员能够与指挥中心和其他队员自由沟通，不受原先对讲设备限制，并且能够判断室内烟气浓度、寻找火源、分析潜在危险。

3.8 智慧营区

依托物联网实现营区供水、供电、供气、供暖、水质的实时监控和温湿度调节，通过电子围栏技术建立安防系统，远程医疗为指战员邀请权威专家诊疗。

3.9 装备物联网

将车辆、器材通过物联网连接，对灭火药剂装载率等信息实时监控，记录分析各类器材易出现的故障，不断提高消防装备信息化水平。

3.10 消防远程监控

利用物联网监测建筑室内消火栓和自动喷淋系统水压、高位消防水箱和消防水池水位等状态，利用视频监控系统监控消防车道占用、消防控制室值班等情况，动态监控单位消防安全状态，全面提升消防安全管理水平和效能。

4 结语

总之，正在到来的5G时代是一个以智慧为特征的时代，5G技术为智慧消防发展带来了绝好的契机。因此，我们要加大对5G技术的研究，加快“智慧消防”应用及模式的研发，使5G和智慧消防深入结合，从而支撑和引领消防工作科學有序发展。

参考文献

[1] 刘振宇.5G通信技术应用场景和关键技术[J].电子技术与软件工程，2019（19）：30-31.

[2] 张赟.5G通信技术应用场景和关键技术策略[J].计算机产品与流通，2019（19）：68.

[3] 丁祥郭.“智慧消防”建设与发展的思考[J].计算机安全，2012（10）：66-69.

[4] 王毅.5G通信与泛在电力物联网的融合：应用分析与研究展望[J].电网技术，2019（5）：1576-1585.

[5] 王国法，赵国瑞，胡亚辉.5G技术在煤矿智能化中的应用展望[J].煤炭学报，2020（1）：16-23.

[6] 5G时代十大应用场景白皮书[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，周钰哲，孙美玉，等.5G十大细分应用场景研究[N].中国计算机报，2019-07-15（12）.

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