森林消防信息化建設(shè)中5G 技術(shù)的應(yīng)用

李 安

（哈爾濱市森林消防支隊，哈爾濱 150000）

森林消防救援工作要時刻面臨不可預(yù)測的森林災(zāi)害挑戰(zhàn)，這主要是因為森林災(zāi)害起因的復(fù)雜性和發(fā)生時間的不可預(yù)測性[1]。當(dāng)森林災(zāi)害發(fā)生時，不僅會對當(dāng)?shù)厣值纳鷳B(tài)環(huán)境造成破壞，且由于林地地況復(fù)雜多變，地處偏遠(yuǎn)也會大大提升被困人員的逃生難度，從而極易造成巨大的經(jīng)濟損失。此外，森林資源在維持生態(tài)平衡、保護生態(tài)環(huán)境及維持生態(tài)多樣性方面均有不可替代的作用，其作為支撐生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)的重要基礎(chǔ)，消防安全和救援工作的開展更需高度關(guān)注和重視。而充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，加大對森林消防的有序管理，是現(xiàn)行更好防止森林毀于災(zāi)害，保護生態(tài)環(huán)境平衡和多樣性的有效手段。

森林消防信息化建設(shè)是我國大力開展林業(yè)信息化建設(shè)和消防救援信息化建設(shè)的重要關(guān)隘之一[2]。隨著多樣信息化技術(shù)融入，諸如遙感、GIS、GPS、通信和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的應(yīng)用，我國森林消防信息化建設(shè)水平有了顯著提高，覆及安全穩(wěn)定的消防通信網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)，在能夠保障森林消防工作中指揮的精準(zhǔn)傳達的同時，提升了森林災(zāi)害事故應(yīng)急搶險救援任務(wù)時效性。

由此可見，新技術(shù)的推廣和應(yīng)用對森林消防工作是十分有益的，但也需要科學(xué)合理地將新技術(shù)應(yīng)用于森林消防信息化建設(shè)中，選用的新技術(shù)要符合實際森林消防工作的特點。5G 技術(shù)作為如今最新一代的通信技術(shù)，結(jié)合遙感、無人機和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)更快速的應(yīng)急響應(yīng)速度，也可以提高森林工作人員平時對森林管理的效率，對進一步提升森林消防信息化建設(shè)有十分重大的意義。

1 森林消防信息化建設(shè)的必要性

消防現(xiàn)代化建設(shè)一直是我國消防部隊工作的重心，我國的消防系統(tǒng)現(xiàn)代化工作起步于20 世紀(jì)90 年代，雖然目前基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)幾近實現(xiàn)了全面覆蓋，甚至采用專業(yè)的消防系統(tǒng)來進行森林滅火救災(zāi)方面的技術(shù)指導(dǎo)工作也有了部分成功案例，但相較于其他起步較早的國家，我國的消防信息化水平依然存在不足[3]。這主要是消防系統(tǒng)中消防設(shè)備等一系列物理設(shè)備，與消防數(shù)據(jù)的信息以及消防網(wǎng)絡(luò)等一系列虛擬的信息化系統(tǒng)之間有機結(jié)合度不高導(dǎo)致的，是現(xiàn)階段消防信息化建設(shè)亟待解決的問題。

相較而言，森林消防領(lǐng)域的傳統(tǒng)消防工作信息化建設(shè)難度尤為突出，這是由于我國大部分森林區(qū)域相較偏遠(yuǎn)，涉及范圍較廣，行政管轄交叉，既存在現(xiàn)代化發(fā)展水平局限，如上述基礎(chǔ)設(shè)備與信息化系統(tǒng)有效結(jié)合的問題，又存在屬地不同導(dǎo)致的信息通信阻塞和管理管轄掣肘，再加上森林消防特有的氣候環(huán)境等因素影響和可能面臨的頻發(fā)森林自然災(zāi)害。所以在實際的工作中，森林消防工作管理難度較大，效率較差，而且實施救援的困難性比較高。因此，加強森林地區(qū)的消防信息化建設(shè)是非常有必要的，精尖的信息技術(shù)應(yīng)用和統(tǒng)一的設(shè)施配備可以有效推進森林消防救援工作的開展，確保指令的有效精準(zhǔn)傳達，便于對轄屬區(qū)域全面監(jiān)管，利于對災(zāi)情發(fā)展全過程進行數(shù)據(jù)記錄、規(guī)律掌握、趨勢分析、救援總結(jié)和災(zāi)情預(yù)測，以此促進救援方法的高效選擇和應(yīng)急預(yù)案的有效落地，從而減少森林災(zāi)害對森林資源的破壞，有效保護我國森林資源。

2 通信技術(shù)在森林消防信息化建設(shè)中的應(yīng)用

我國森林消防通信系統(tǒng)依據(jù)信息傳遞方式和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架設(shè)的不同，主要分為有線和無線2 種通信形式。其中，有線通信由于穩(wěn)定的線路鋪設(shè)，使得其信息傳遞可靠性較高，通信質(zhì)量較好，主要受限于基礎(chǔ)線路鋪設(shè)中難易、成本等方面。而無線通信，主要指適用于復(fù)雜森林地況的短波通信、超短波通信、衛(wèi)星通信、移動通信或上述通信的有機組合。其中，單一的通信方式弊端較為明顯，例如電離問題限制了短波通信的實際應(yīng)用；而超短波技術(shù)由于繞過率低而不適用于復(fù)雜地況；LEO（低軌道）、MEO（中軌道）和GEO（高軌道）等不同軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)雖然在可靠性和準(zhǔn)確性均有一定優(yōu)勢，但需要地面設(shè)置較大的發(fā)射功率，制造成本較高，從而影響了其普適性推廣；而移動通信相較于上述3類，通信成本低、傳輸效率高等特點就尤為顯現(xiàn)。因此，森林消防通信系統(tǒng)宜采用以數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為主體，重、難點或高發(fā)地區(qū)采用應(yīng)急衛(wèi)星通信作為輔助建設(shè)，靈活搭配多樣的通信方式，在森林災(zāi)害預(yù)防、監(jiān)測和救援工作中確保指令傳達精確和數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定。

2.1 通信技術(shù)的重要性

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與成熟，越來越多的新技術(shù)被應(yīng)用到森林消防信息化建設(shè)中，森林消防信息化建設(shè)的水平也隨著新技術(shù)的應(yīng)用不斷提升。例如通信技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)、GPS 系統(tǒng)技術(shù)、無人機技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等，將這些技術(shù)與森林消防相結(jié)合，不僅可以快速確定災(zāi)情的位置，也可以實現(xiàn)對災(zāi)情的快速響應(yīng)，以及對災(zāi)情現(xiàn)場的控制，更可以有效幫助森林工作人員進行森林日常巡邏、森林災(zāi)害預(yù)防，不斷提高森林消防工作的效率。

具備先進的通信保障系統(tǒng)是高效開展森林災(zāi)害預(yù)防、應(yīng)急救援及搶險救災(zāi)工作的重要支撐。例如森林火災(zāi)會比一般火災(zāi)更嚴(yán)重、范圍更廣、更加危機四伏，如若沒有一個穩(wěn)定可靠的通信技術(shù)以及通信設(shè)備，即使使用的定位設(shè)備再精準(zhǔn)，也無法將火災(zāi)位置和被困人員位置及時準(zhǔn)確地傳達給消防救援人員，指揮其進行有針對性地滅火和施救，那么將會浪費更多的國家資源，并且對被困人員及救援人員都有巨大的生命威脅。因此，具備一個穩(wěn)定可靠的通信系統(tǒng)將對消防指揮、消防救援有至關(guān)重要的作用。不僅可以減少不必要的人員傷亡和財產(chǎn)損失，而且對消防人員的安全起到有效的保障。

2.2 現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的短板

在森林消防信息化建設(shè)水平不斷提升的同時，使用的通信技術(shù)也不斷提升。目前，森林消防救援隊伍使用較為廣泛的通信手段有4G 圖傳設(shè)備、350 M 無線對講系統(tǒng)和PDT 對講系統(tǒng)等，但上述通信技術(shù)對森林消防信息化建設(shè)的進一步發(fā)展仍然存在著局限性[4]。

首先，不同的通信手段之間存在技術(shù)壁壘。這是因為不同的通信方式約定協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，即在采用的信道頻域、數(shù)據(jù)格式和應(yīng)答方式等方面存在較大差異，而面對復(fù)雜的消防實況，現(xiàn)行的消防需求需要消防隊伍同時配備搭載不同通信方式的通信設(shè)備，這樣的方式無疑會造成消防救援工作資源的浪費，增加了消防救援現(xiàn)場溝通和指揮的復(fù)雜度，降低了通信系統(tǒng)的可靠性；這樣的通信弊端限制了消防救援工作的有效開展，也難以保障受災(zāi)群眾和消防救援一線工作人員的安全。

其次，現(xiàn)有通信手段的通信效果難以保證。如4G技術(shù)由于其通信速度較快，網(wǎng)絡(luò)頻譜較寬，兼容性較好而廣泛應(yīng)用于消防救援的基礎(chǔ)通信，但隨著實際應(yīng)用的增多，其弊端也逐漸顯現(xiàn)，例如基站與通信設(shè)備距離受限、公共網(wǎng)絡(luò)頻點有限、通信制式標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一、有效覆蓋率較低和抗干擾能力較弱等，在森林、山地等信號難以覆及或存在信號遮擋的地區(qū)使用效果不理想，難以滿足消防救援工作的高質(zhì)量通信需求。所以現(xiàn)階段消防救援工作所采取的通信系統(tǒng)，主要依托于350 M 無線對講系統(tǒng)。相對于4G 技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)，350 M無線對講系統(tǒng)的設(shè)備傳輸距離更長、實現(xiàn)的信息通信質(zhì)量更高，不受限于4G 信號基站的高額架設(shè)成本和通信商壁壘，能夠較高質(zhì)量地完成大多數(shù)環(huán)境下的應(yīng)急救援指令傳遞和反饋。然而，在遇到地勢復(fù)雜程度較高的山地，或者高溫、輻射等強干擾的情況時，該系統(tǒng)的穩(wěn)定程度會因為信號的減弱而呈現(xiàn)明顯下滑。同時，該通信系統(tǒng)設(shè)備較為笨重，額外增加了消防救援一線工作人員的體力消耗，一定程度上阻礙了消防救援工作的順利開展[5]。而目前大多采用的基于數(shù)字集群技術(shù)的PDT 對講系統(tǒng)解決方案，雖然解決了增設(shè)集群基站減低地勢阻礙時原有頻率范圍資源緊張的問題，在一定程度上提高信息通信的距離和質(zhì)量，但在面對森林內(nèi)復(fù)雜的高低地勢阻礙和其他難以預(yù)料的強干擾環(huán)境時，通信效果依舊不能滿足消防救援工作的預(yù)期。

再次，現(xiàn)有通信手段存在拓展瓶頸。通信技術(shù)及科技日新月異，消防救援的需求也逐漸趨于專業(yè)化和多樣化，原有的通信技術(shù)難以滿足現(xiàn)階段各級消防救援指揮面向大數(shù)據(jù)時代的多層級網(wǎng)絡(luò)融合、云數(shù)據(jù)決策分析、多維度可視化融合和信息圖文集成等指揮需求[6]。一線工作人員的前端設(shè)備配備和指揮中心系統(tǒng)的整體技術(shù)發(fā)展，與現(xiàn)有通信技術(shù)水平難以匹配，從而導(dǎo)致森林消防信息化建設(shè)停滯，首先受通信網(wǎng)絡(luò)傳輸容量限制，導(dǎo)致出現(xiàn)一線采集的信息在被高量壓縮和還原后出現(xiàn)有效信息大量丟失的現(xiàn)象，這對信息還原提出了更高的技術(shù)要求，在增加運算成本的同時，很大程度上局限了消防救援中心對于救援現(xiàn)場的有效指揮工作，造成了消防救援工作的前后端信息不對等，阻礙了消防救援的高效開展。

2.3 5G 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢

5G 是第5 代移動通信技術(shù)，相對于原有的移動通信技術(shù)具有更快的信息傳輸速度，以及更高的信號穩(wěn)定性和兼容性，同時在通信傳遞過程中，安全性和保密性也有了很大提高。其中傳輸速度快是其最顯著優(yōu)勢。相比4G 網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，5G 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣饶苓_其10~100 倍。就森林消防的發(fā)展而言，將5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于消防信息化建設(shè)，可以很好地發(fā)揮5G 通信技術(shù)傳輸速度快、信道容量高、延遲低、可靠性強和多設(shè)備連接等特點，可以補全現(xiàn)有通信技術(shù)的不足之處，實現(xiàn)對森林的全面監(jiān)測以及對災(zāi)情的快速響應(yīng)，森林消防的信息化建設(shè)進一步完善，讓“智慧消防”的實現(xiàn)可成為可能。

3 5G 時代森林消防信息化建設(shè)的建議

我國5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)處于國際前沿，其對于“萬物互聯(lián)”時代的開展和落地作用不言而喻，更快的傳輸速率意味著更高的響應(yīng)速度，更廣泛的覆蓋范圍決定了技術(shù)應(yīng)用和拓展的影響程度，更穩(wěn)定的信息傳輸水平保障了各行業(yè)對于5G 通信技術(shù)的基礎(chǔ)需求。所以為了滿足消防救援隊伍在應(yīng)對各類森林災(zāi)害事故的緊迫時效需求和可靠保障方面，5G 通信技術(shù)在森林消防信息化建設(shè)中的應(yīng)用和普及迫在眉睫。為更好地實現(xiàn)5G時代下的森林消防信息化建設(shè)，作者認(rèn)為應(yīng)該從以下幾點進行深入探索。

3.1 強化通信人才培養(yǎng)

新技術(shù)的成功應(yīng)用必須要有與之相關(guān)的人才。因此森林消防隊伍要優(yōu)化已有的人員配置，不斷推動新的人才的培養(yǎng)，組建一支符合森林消防信息化發(fā)展需要的現(xiàn)代化的森林消防隊伍[7]。

（1）隨著相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，新技術(shù)和新方法不斷涌現(xiàn)，在崗員工有的可能不能緊跟時代發(fā)展的步伐，不能把新的技術(shù)及時運用到森林消防的建設(shè)中來。因此，森林消防隊伍需要不斷引進掌握相關(guān)技術(shù)的人才，并通過培訓(xùn)讓其快速適應(yīng)工作崗位，達到上崗要求，補充森林消防信息化建設(shè)工作隊伍的人才空缺，提高森林消防隊伍的信息化建設(shè)水平。

（2）必須加大對在崗員工的技術(shù)培養(yǎng)力度。消防信息化建設(shè)是一個不斷學(xué)習(xí)、循序漸進的過程。與傳統(tǒng)經(jīng)驗不同，新技術(shù)發(fā)展是快速的，其更新周期更短，隨著時間的推移會不斷完善。這就需要在崗員工與時俱進，不斷地進行學(xué)習(xí)。只有這樣，在崗員工才可以適應(yīng)森林消防的信息化、現(xiàn)代化建設(shè)需求。因此，對于在崗員工，應(yīng)該多提供相應(yīng)的培訓(xùn)機會以及外出學(xué)習(xí)交流機會，鼓勵其不斷學(xué)習(xí)，接受新知識，掌握技術(shù)的最新發(fā)展動向以及最新使用方法，為森林消防信息化建設(shè)提供可持續(xù)的優(yōu)質(zhì)的發(fā)展人才。

3.2 加強基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

有了相應(yīng)的技術(shù)人才，與之相匹配的基礎(chǔ)設(shè)施也應(yīng)該跟上，讓相應(yīng)的人才有用武之地。

（1）健全5G 通信設(shè)備。5G 技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用為森林消防信息化建設(shè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。與此同時，承載5G 通信的設(shè)施裝備，諸如裝配指揮中心控制平臺、輕型便攜式通訊器等設(shè)備的裝配也應(yīng)實現(xiàn)隊伍全覆蓋，從而完備5G 森林消防信息體系的建設(shè)。除了硬件設(shè)施和軟件平臺的落地，應(yīng)加強專項的5G 設(shè)施設(shè)配培訓(xùn)，并設(shè)有相關(guān)的考核環(huán)節(jié)，有助于全面提高對森林消防信息體系的推廣速率和使用效率，從而實現(xiàn)新老技術(shù)裝備的無縫轉(zhuǎn)型，保障5G 建設(shè)后的救援現(xiàn)場與指揮中心之間高質(zhì)量信息傳遞，達到5G 技術(shù)于森林消防救援中的有效落地。

（2）建立森林消防數(shù)據(jù)庫。森林消防數(shù)據(jù)庫可以對冗雜的森林信息和消防數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)性的動態(tài)更迭和媒介存儲，在確保信息的實時性、全面性和安全性的同時，促進森林消防工作規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化發(fā)展。結(jié)合5G 技術(shù)的傳輸速度快、信道容量大和安全可靠等特點實現(xiàn)數(shù)據(jù)的云計算，將龐大復(fù)雜的森林消防數(shù)據(jù)通過云計算強大的能力實現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)分析。這樣在森林消防信息化的建設(shè)中，就可以不用額外組建一臺計算能力強大的計算機，只需要建立數(shù)據(jù)庫，結(jié)合5G技術(shù)，與外部的強大的計算機相聯(lián)通，以此減少資源以及財力的消耗。這不僅能擴大信息數(shù)據(jù)的儲存容量，提高信息的入檔時長，更便于歷史信息調(diào)用、比對，將其作為依據(jù)有效指導(dǎo)應(yīng)急救援工作的開展。

3.3 建立高效的指揮體系

建設(shè)完善統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的體系以及軟件的應(yīng)用，實現(xiàn)高效的指揮體系，用以解決標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、不規(guī)范和消防信息化軟件不成熟等一系列消防信息化建設(shè)問題。

（1）制定統(tǒng)一的森林消防信息標(biāo)準(zhǔn)。擬定合適的消防通信數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)采集與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。依托于既定的5G 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對所屬的森林消防機構(gòu)完成關(guān)鍵裝備裝配，實現(xiàn)關(guān)鍵通信裝備的5G 信號全面覆蓋，在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)架構(gòu)上實現(xiàn)指揮中心對各設(shè)備及現(xiàn)場人員的快速調(diào)度和指揮。

（2）建立智能的森林消防調(diào)度系統(tǒng)。基于森林消防數(shù)據(jù)庫的動態(tài)數(shù)據(jù)，采用云計算的方式對可能到來的災(zāi)害進行預(yù)測和智能調(diào)度，是保障救援工作的應(yīng)急響應(yīng)速率和有效執(zhí)行的基礎(chǔ)。功能完備的綜合信息平臺建設(shè)是其中關(guān)鍵，實現(xiàn)具有云計算功能的信息自動收集、整理、匯總，達到森林應(yīng)急區(qū)域內(nèi)無阻礙的信息共享和互聯(lián)互通，通過平臺的專家系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)比對下的綜合判斷，確認(rèn)屬實后，提前向轄管區(qū)域發(fā)送預(yù)警信息，同時點對點向所處該地人員的移動通信設(shè)備發(fā)送撤離警告，協(xié)助安全疏散。

（3）搭建完善的指揮保障體系。應(yīng)制定融入5G 信息技術(shù)及通信裝備的森林消防應(yīng)急預(yù)案，并積極開展預(yù)案演練，以達到當(dāng)災(zāi)害來臨時森林消防救援隊伍可完全熟練使用新設(shè)備新技術(shù)。與此同時，森林消防救援隊伍應(yīng)定期與相關(guān)應(yīng)急救援保障體系所涉及的屬地政府、行政部門、通信部門、醫(yī)療單位和消防重點單位等聯(lián)合開展綜合性演練，建立緊密的消防應(yīng)急救援保障合作機制[8]。

4 結(jié)束語

5G 技術(shù)在森林消防救援信息化建設(shè)中的應(yīng)用是現(xiàn)階段數(shù)字信息化時代的發(fā)展趨勢，也是有效提高森林消防救援工作應(yīng)急響應(yīng)和救援效率的關(guān)鍵。森林消防救援發(fā)展應(yīng)加強適用于5G 基礎(chǔ)通信設(shè)備等硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)的建設(shè)，滿足新時代森林消防救援的信息化需求，提升我國整體信息化建設(shè)水平。