5G在森林防火中的应用

占夏莲

(海南中京南方信息工程有限公司,海南海口 570125)

在科学技术快速发展的过程中,移动通信技术发展速度迅猛,5G技术不断成熟,在数据存储、数据传输以及视频监控等方面发挥着重要的作用,成为森林防火工作顺利开展的重要技术支撑。在构建森林防火监控系统的过程中,利用5G技术来落实高效的防火管理工作,能够显著提高森林防火能力和效果。

1 5G技术概述

5G技术最显著的优势是将人、物彼此间的通信变得更加高效化,将万物互联变为了现实,促进了社会进步。同4G相比,5G明显要快,用户体验速率达到10Gbps,支持用户对3D电影观看[1]。智慧家庭与物联网充分发挥5G技术的优势,不仅能够连接各种设施进行连接,使续航能力明显提升,低功耗运行,同时还具有较大的网络容量,使物联网的高效通讯变为了现实,此外还增强了连接数以及流量的密度,能够支持系统协同化运行,使监控及管理工作的智能化程度有效改善,所形成的协同组网具有多摄取、多天线、多点和多用户的特征,支持灵活化的调控网络。

5G技术摆脱了时空因素的制约,网络传输速度快,显著提升了用户的体验。5G技术特点如下:首先,速率较高。理论角度看,5G通信技术的峰值速率为20G/s,静值速率为10G/s,表示在一秒之内能够对10G监控视频进行传输,所以非常适用于AR视频、VR视频和高清监控视频等的传输;其次,缓解了延时问题。5G技术下,理论程度上的空中接口延时在一毫秒左右,明显比4G要小很多,所以可以自动化的监控森林资源,还具备智能化远程监控的功能;然后,覆盖范围更广。5G技术具有非常大的网络容量,能够承载千亿设备,极大的扩展了覆盖范围及面积,能够监控更大面积的森林区域,拥有100Mbit/s的森林资源管理中心速率[2]。综上所述,5G技术达到了森林防火管理的需要,具有良好的灵活性、安全性,且拥有较大容量和较高效率。

2 5G技术在森林防火中的应用

2.1 森林防火视频监控中5G技术的应用

以往在开展森林防火监控工作过程中,采用人工监控联合防火视频,需要工作人员时刻关注森林监控系统,监控效果不理想。集网络化、数字化和现代化等特点于一体的综合监控系统的应用越来越广泛。而在提出和运用5G技术之后,整合5G技术优势,打造出智能化大型视频监控系统,实现无线网络和有线网络的有效整合,使森林防火指挥、视频传输、预警及监测等工作更加自动化,可以实时有效监控森林资源,在预警和发现问题的情况下尽快做出处理,联合监控系统的功能,将森林火灾影响降低到最小。森林防火监控工作中,利用5G技术传输速率快的特征,能够有效解决画面传输延迟问题。在5G技术下,依托RTCP协议、实时传输协议,森林防火视频监控可以对服务进行端对端的有效传输,确保在出现森林火灾时监控画面延迟小于一秒,从而为森林火灾抢救和管理节约时间,快速传出监控信息[3]。由于5G技术具有较大的容量,所以可以在监控时对清晰、及时的画面进行传送,在AR画面、4K高清画面等的制作中发挥着重要作用,为森林管理工作者开展研究工作奠定了基础。

2.2 输电线路防森林山火预警系统中5G技术的应用

森林火灾危害较大,而其中输电线路火灾是一个重要的原因,所以必须要强加防范和管控。受天气、可燃物以及火源等风险因素影响,输电管线在跨森林的情况下会增大防火管控难度,出现雷电天气时很容易出现输电线路起火状况,从而引发严重的森林火灾,干扰高压交流线路的正常运行。由于森林地区地况相对复杂,而森林防火工作又需定期检查,将5G技术融入到输电线路防森林山火预警系统中可以显著改善森林火灾防控工作的整体水平和质量。

3 5G技术下森林防火监控系统运行原理

3.1 森林防火视频监控系统运行原理

3G和4G技术下构建森林防火视频监控系统通过3G、4G以及微波传输,构建无线链路传输图像数据信息,利用无线微波链路设施,将所采集的信息传输至森林防火预警监控中心,所传输的信号可以被热源探测系统指挥中心所接收,便于对森林火情进行处理[4]。但是上述传输模式具有一定的弊端,会耗费资金,无法有效传输720P视频。在森林防火监控系统内,融入5G网络技术,可以显著提升图像信息资源传输速率,且频谱更加宽广。森林防火对处理速度有着较高的要求,5G技术能够确保图像实时传输至中心控制系统中,延迟时间控制在一毫秒之内,有效升级了森林防火视频监控系统,明显改善了森林火灾安全防控管理工作质量,如图1所示。

图1 5G技术下的森林防火视频监控系统运行原理Fig.1 Operation principle of forest fire prevention video monitoring system under 5G technology

3.2 输电线路防森林山火预警系统运行原理

森林中生物会对电磁波、热辐射进行释放,且森林植物表面温度、符合红外能量二者具有正相关的联系。借助红外线成像技术可以对较远距离的森林火灾进行智能化和自动化的探测,还能够二次准确的识别、确定森林可见光烟火,精准明确森林火灾发生位置。在发现森林火灾后,热成像探测器组件可以充分发挥自身作用,精确的识别现场温度状况,发现同平时环境温度的差异,从而对信号值的升高状况进行准确的采集、传输,在这个过程中还会对预警信号进行发送,确保监控中心收到相关信息[5]。5G技术下的输电线路防森林山火预警系统运行原理详见图2:

图2 5G技术下的输电线路防森林山火预警系统运行原理Fig.2 Operation principle of the forest fire prevention early warning system for transmission lines under 5G technology

在输电线路防森林山火预警系统中,凭借5G技术的多天线特点,联合NFV、SDD以及动态TDD等多种技术的作用,构建的5G核心网络架构进行构建,这样就能够有效扩大预警系统的网络覆盖范围,更加灵活化的布局监控中心、输电线路。5G技术下的输电线路防森林山火预警系统能够存储大量的视频资料和画面信息,支持实时的传输所采集的火灾信息,还可以多元化的呈现森林火灾的画面,便于提前做好应预警决策工作,改善了森林火灾管理指挥救援决策制定的科学性。

4 5G在森林防火领域应用的展望

4.1 5G通信技术在森林消防展望

随着5G技术广泛应用于森林防火领域中,不仅需要将有关森林火灾管控和救援资料提供给应急管理机构、国务管理部门,从而加强对森林防火工作的重视,获得充足的资金支持,制定出完善的森林防火区域5G公网基站规划路线及实施方案,为更好的开展森林防火管理工作提供充足的保障。同时,面对不断提升的森林防火现场应急通信数据需要,要求森林防火管理工作者要全面整合多种异构网络,例如：短波通信、集群对讲、卫星、公网以及宽带自组网等,基于整体角度有效的调度和运用多源数据,包括：短信、音视频等,这样就能够确保防火网络的适用性得到提升,而且能够结合森林实际状况进行调整,形成立体化的通信网络结构,使森林防火管理工作效率得到增强。

在森林消防方面,5G通信技术还可以借助无人机、直升机开展高效化的通讯、灭火工作,其中无人机能够对5G通信开展有效的火灾勘察活动,评估森林火灾的灾情严重情况,扩大救援工作范围,充分发挥指挥调度网络的功能,提高森林火灾救援能力[6]。此外,也能够基于5G通信技术,利用森林应急救援航空航天资源,对不同的接警处信息进行搜集,使系统的多项功能能够集合起来,形成功能完善的实战智慧平台,实现语音及图像的有效互通,使森林防火工作的智能化程度变得更高。

4.2 对灭火救援现场实施数据传输

在森林消防通信领域中,借助红外线射频技术以及无人机技术,发挥数字化技术的作用,依托5G通信技术开展高效率传输工作,可以实时有效监测森林现场的环境参数。5G技术的运用,能够传输详细、真实的数据信息,对森林火灾位置的有毒气体含量进行测量,并监控好森林火灾的发展态势,对救援工作者的具体位置进行呈现,全方位的掌握森林火灾现场信息,便于准确的分析火灾状况,从而制定出合理的救援方案。5G技术通过获取图像信息,向指挥中心快速传输森林火灾现场温度信息,并在较短的时间内汇总处理相关的数据信息,例如：浓度以及烟雾种类等,这样便于了解实际状况,科学的智慧调度森林火灾救援工作。相信在5G技术不断发展和成熟过程中,其在森林防火和救援现场中发挥的作用会越来越重要,能够支持指挥调度这结合现场数据对全息投影进行绘制,达到准确化和直观的对森林火灾进行呈现的效果,方便灭火工作的开展。

5 结语

综上所述,5G技术极大的促进了森林防火通信管理工作的发展,依靠5G技术科学的布局、设计森林防火监控系统,可以使通信信号得到显著提升,改善图像的传输质量,同时还使通信通道的稳定程度得到增强,便于更加高效的进行调度管理、智慧以及监控,有效降低了森林灾害,实现5G技术同森林防火监控系统的有效整合,进而推动森林防火工作的信息化及现代化发展进程。