5G与无人机技术应用于危化品仓库火灾应急救援

文/朱国庆

本文通过对基于5G通讯技术的无人机功能特点的研究，对5G无人机在危化品仓库灭火救援中的实际应用进行阐述，重点介绍了5G无人机在事故侦检、辅助消防、应急通信与救援等方面的功能作用，并对其在危化品事故救援的未来发展方向进行展望。

目前，面对危化品仓库复杂的灭火救援形势，传统现场侦查手段的局限性日益凸显。如何及时有效地获取火场信息、掌握灾情变化、提供高效辅助决策、并迅速准确处置灾情，是消防救援人员亟待解决的难题。随着无人机技术的快速发展以及运用的日趋成熟，结合最新的5G 移动通信技术，研究无人机在危化品仓库事故救援中的应用，具有深远意义。

在危险化学品泄漏火灾爆炸等灾害事故中，因救援人员无法靠近或进入到灾害事故现场，一定程度上影响了救援工作。本文针对5G 无人机在危化品仓库事故应急救援工作当中的应用进行研究和阐述，并说明了未来危化品仓库事故救援工作对通讯及无人机技术的应用要求。

基于5G通讯的无人机

5G 网络具有“高速率、低时延、大容量”的特点，可以提供最高达10 Gbps 的网络通道，低至1 ms 的时延，并能承载每平方千米100 万个连接，让万物互联成为可能。在5G 网络的支撑下，新一代无人机将打破图像传输和控制的时空限制，具备实时超高清图传、远程低时延控制、永远在线等重要能力，大大扩展了无人机的应用场景。

5G 无人机，是当前最具创新精神的移动通信应用之一。虽然目前市面上已经有很多无人机，但其原有的WiFi、蓝牙或4G 通讯方式，只能满足人们的一些娱乐体验，移动5G 通讯技术将无人机应用从狭窄的娱乐应用空间迈向更为广阔的行业应用市场。

消防无人机特点

无人机技术应用于危化品事故应急救援，特别是在事故侦检、灾情实时监控方面，可弥补危化品事故应急救援的许多不足。通过无人机对事故现场进行持续空中侦查、监控，可有效解决消防救援人员在危化品事故场所面临的人身安全、数据采集难、侦查时间不足和难以实时反馈信息等问题。消防无人机具有以下特点：

一是机动灵活，成本低廉。小型无人机重量轻、携带方便，可徒步将无人机携带至事故现场。其飞行高度和速度可人工设置和操纵，相对于消防车、消防直升机等其他消防设备，成本低廉，降低了人员、设备准备的时间成本。面对复杂的事故现场，救援人员不必深入灾害现场就能通过无人机回传的图像对事故现场情况进行大致判断，从而制定有针对性的救援计划，有效规避传统危化品事故救援行动中存在的短板，确保救援人员的自身安全，提高了安全系数，降低了二次事故发生频率。

二是视野全面，全局性强。利用高分辨率摄像头，无人机可在高空对相关目标进行全局性拍摄，有效确认人员、危化品等重点关注事物方位，并将地面情况通过无线通信网络实时传送，准确地传递火灾及现场事故救援信息。

图1 无人机三维GIS应急救援与辅助决策平台

三是拓展性强，适用广泛。无人机机载设备的多样性，可极大地满足在危化品事故救援中的应用需求。可根据现场实际需求，随时更换机载模块，满足不同条件下的使用需求。

无人机用于灭火也有巨大的想象空间，是解决高层建筑和危化品场所火灾灭火难题的重要途径。未来的消防灭火无人机，要载重大、抗风能力强、抛撒精度高，能够在复杂火场气象环境下远程发射灭火弹、抛投灭火弹，也可以近距离喷洒高效灭火剂。战时能够快速抵达火场，利用光电吊舱观察火势并锁定火源，采用发射、抛投、喷射等方式持续向火区投放灭火剂。

5G+无人机

有了5G 技术加持，无人机更是如虎添翼，轻松实现如云端远程控制无人机、4K 图像的实时回传、VR 全景高清视频直播等用途，适用于更多场景的辅助救援决策。如图1，采用无人机三维建模技术建立的应急救援与辅助决策平台在控制中心能够全方位监测现场灾情信息并辅助救援。

利用5G 网络的大带宽、低时延特点，可将实时视频流及时回传至控制中心，同时在几十（或几百）千米外的控制中心通过5G 网络可向无人机飞行控制系统发送控制指令，可极大地提升传统无人机用于危化品仓库灾害救援场景的效率。5G+无人机应用可满足危化品仓库消防救援的以下需求：

一是全方位无死角的监测和布控。控制中心人员通过VR 眼镜、PAD 或大屏，实时观看现场监测信息、救援情况，与地面消防救援设备同步联动、优势互补，优化灾害救援场景能力。控制中心人员通过控制终端经由5G 网络，远程控制无人机机载摄像头的转向、调整飞行状态及路线，进一步摸清现场情况。无人机4K 视频实时回传，多机协同360°全景拍摄，数据冗余采集，减少由于对现场目标角、光线不一致、图像漏拍等导致的GIS 图像3D 建模失败，节约成本30%～90%；地面站与管理中心进行内外场协同作业，即时发现问题并进行图像复采集，作业效率提升40%～80%。5G无人机搭载光电吊舱，配合5G 实时图传全天候24 小时监控可疑火点火情；即使是在夜晚，也能依靠红外吊舱清晰地发现热源火情，及时回传画面至指挥部或相关负责单位。

图2 无人机高清直播现场信息

二是实时救援指挥。在超视距、跨区域甚至跨城市的指挥救援工作中，指挥中心从发出命令到无人机准确执行，中间的时延要尽可能缩短，才能保证无人机精准操作，圆满完成任务，这只有5G 网络低至毫秒级的超低时延能够实现。当危化品仓库发生火灾时，人员根据接警指令在地面站上操作发出控制指令，无人机即可利用其不受地面交通影响的机动灵活性、快速性，从部署地迅速飞抵目标区域，第一时间将火灾现场的视频、照片等数据采集保存并通过5G 网络实时传输至指挥中心，便于指挥决策与减少人员伤亡。

三是高清直播，提高救援效率，如图2 所示。无人机的高清直播可以把危化品仓库现场信息实时传到指挥中心。采用专业级航拍无人机，将高清视频信号通过5G 网络传输至控制中心，供远在控制中心的消防人员实时查看。以往的应急救援需要人工地毯式搜索，搜索地域广、时间长、成本高、难度大。而通过5G 无人机实时回传的高清画面，可快速确定目标所在地的建筑特征、周围环境、交通工具、位置信息等情况，为地面力量提供可靠线索，有效解决地形、厂区结构复杂，人工搜索耗时长的问题，使搜索效率极大提高，在最短时间内完成紧急救援。

四是5G 巡检，让安全随时在线。危化品仓库地点往往地处偏僻，且人员不宜靠近，人工巡视检查的效率较低，应用5G 无人机巡查，既能避免作业的安全风险，亦可以360°全视角查看危化品存储细节情况，提高巡视质量。4G 网络带宽受限，对于某些细节检查，视频和图片的清晰度明显不足，而5G 网络可实现上行单用户速率100 Mbps 以上，空口时延10 ms 以内，使得实时视频更加流畅、更加清晰、巡查效果更优。

5G无人机在危化品事故应急救援中的应用

5G 无人机在危化品事故应急救援领域的应用才刚刚起步，但随着5G 技术及无人机技术的发展，5G无人机在危化品事故侦检、实时监测、辅助消防、应急通信及救援等方面的应用会越来越多，因其极大地改善了应急救援的信息采集、传输和利用的方式，具有十分广阔的发展前景。

事故侦检

危化品仓库发生火灾事故时，通常伴随易燃、易爆、有毒、有害、腐蚀性气体扩散等危险因素，使用5G 无人机进行事故侦检，具有以下显著特点：一是无视环境危险，可机动灵活开展侦检，有效提升侦检效率；二是有效规避人员伤亡，可避免人员进入有毒、易燃易爆的危险环境中，同时又能全面、细致熟知事故现场情况；三是通过5G 无人机挂载的侦检模块对现场进行检测，如通过有毒气体探测仪和可燃气体探测仪，对易燃易爆、化学事故灾害现场的相关气体浓度和扩展范围进行远程检测，从而准确掌握现场事故数据。

5G 无人机可快速感知灾害现场的实时情况，并将视频画面实时传到系统平台，辅助决策人员进行指挥，同时指挥人员可通过平台控制装备完成场景救援任务。

实时监测

救援人员所面对的危化品事故现场往往瞬息万变，在事故处理过程中，利用5G 无人机进行实时监测，能够提供精准的灾情变化情况和实时环境数据。

当火情发生的时候，前线需要尽快传输现场情况及图像信息，便于各级指挥部及时了解事故动态情况，从而作出及时、准确的对策，最大限度地减少事故损失。这就要求无人机传回的实时图像必须是超高清画质，可以进行多倍放大，如果搭载的是VR 全景摄像机，指挥中心还能更加方便、全面了解着火地点的环境情况，通过5G 的高速率将数据及时传回指挥中心。5G 无人机加装红外热成像仪可以有效解决彩色数字摄像仪在夜间甚至极恶劣气候环境条件下监控目标的不足，有效控制复燃隐患；搭载测风仪，可以测定风向、风速等气象数据。

辅助消防

危化品事故危害大，处置困难，甚至会产生次生灾害，利用5G 无人机集成或者灵活搭载关键器材装备，能够为多种情况下的灭火和救援提供帮助。一是可以负责灭火，在消防救援人员无法靠近或消防车、消防设备无法抵近实施灭火的起火点，可将灭火剂装载在无人机上，由地面人员控制无人机在空中实施定点喷洒或释放灭火剂完成辅助灭火，为消防救援争取宝贵的时间。二是具有辅助救援功能。可以提供新的救援途径，利用无人机搭载必要的救援器材（如空气呼吸器、救援绳等），进行定点器材运送，辅助疏散被困人员，为受困人员的应急救援创造新的途径。三是可以辅助传达指令，无人机可通过集成的语音、扩音模块，实现空中呼喊或转达指令。四是具有其他辅助功能。如果事故现场存在有毒可燃气体，需主动点燃，可由无人机吊挂点火棒，到达设定位置后，由地面控制无人机完成点火工作，大大降低人工主动点燃的危险性。

应急通信及救援

危化品仓库发生火灾后，救援工作尤其重要。利用无人机灵活性强的特点，当灾害发生时，使用搭载通信基站的无人机，基于规划的路线飞行，触发受灾被困人员手机接入机载基站网络，实现对被困人员通信设备的主动定位，确认被困人员的位置及身份信息。同时，利用5G 网络的大带宽传输能力，通过机载摄像头实时拍摄并回传现场高清视频画面，结合边缘计算能力与AI 技术，实现快速人员识别及周边环境分析，便于救援人员针对性地开展营救工作。通过5G 无人机与传统搜救方式的结合，可有效降低搜寻时间，保证被困人员能够在第一时间得到有效救助，最大程度地减少人员伤亡。

图4 利用5G及无人机技术监测危化品火灾事故

随着5G 无线通信技术及无人机技术的进一步发展，5G 及无人机在危化品仓库灾害监测、事故处置领域的应用场景还将进一步扩展。5G网络的特点决定了其更易与大数据和AI 结合，5G 无人机结合大数据技术将会进一步推动危化品仓库消防监测、应急救援的智能化、精准化，提高危化品事故应急救援效率。

应用案例

图3 某油库火灾的三维火灾预案与沙盘推演

某油库发生火灾，消防救援人员接到库区火灾报警后，通过无人机迅速建立受灾建筑的三维模型，并进行相关数据的测量和计算，如着火油罐高度、厂区道路宽度、与周围建筑的距离等，构建灾害现场实时监测系统，无人机实时侦测有毒有害气体浓度、可燃气体扩散浓度分布、温度分布、高清画面等关键消防数据。依据无人机侦测结果，拟定灭火救援预案并进行战术推演，科学划定救援危险区域以及人员警戒区域，辅助制定救援决策，科学化部署救援力量。如图3、4 所示。