無人機在當前消防滅火和救援實戰(zhàn)中的應用

顧春靜

（蘇州市消防救援支隊 江蘇省蘇州市 215000）

在最近幾年中，隨著我國社會經(jīng)濟的不斷快速發(fā)展，有效加快了我國城市建設與發(fā)展速度，同時，災害事故的種類也隨之增多，且火災救援難度也在不斷加大。隨著火災災情勘察變得越來越為復雜，傳統(tǒng)詢問與目測方法現(xiàn)已無法滿足實際需求。目前，在火災輔助決策與勘察中，已經(jīng)開始運用單兵圖傳方式與衛(wèi)星圖像傳輸方式，但是因受到一些因素的影響，包括房屋結構因素、地形因素、火災現(xiàn)場拍攝角度因素等，降低了信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，在極大程度上提高了火災勘察與消防救援工作的難度。而在消防滅火和救援實戰(zhàn)中，通過運用無人機，則能夠有效解決以上問題。在消防滅火救援過程中，通過運用無人機，能夠進行多角度拍攝，快速傳輸視頻圖像，能夠精準監(jiān)測火災現(xiàn)場的實時動態(tài)發(fā)展情況，如果無人機的負荷比較大，則能夠對滅火劑進行攜帶，有效開展高空救援工作?；诖?，本文就無人機在當前消防滅火和救援實戰(zhàn)中的應用展開探討。

1 消防滅火救援無人機的種類與特點

1.1 無人機的種類

根據(jù)無人機的外形，無人機大致包括無人直升機、固定無人機、多旋翼這3 種類型，因為消防救援工作的性質比較特殊，所以在實際消防滅火救援過程中，常常會選用旋翼無人機。根據(jù)消防滅火救援工作的不同用途，無人機大致可以劃分為兩種類型，即：

（1）電動無人機，主要選用蓄電池作為驅動力，電動無人機的優(yōu)點就是在發(fā)生意外現(xiàn)象時，不會發(fā)生引發(fā)火災，缺點就是蓄電池不能夠進行較長時間工作；

（2）油動無人機，主要選用柴油火災汽油作為驅動力，油動無人機的優(yōu)點就是具有極強的續(xù)航能力，缺點就是當發(fā)生墜機或者意外時，極易引發(fā)火災。

1.2 無人機的特點

（1）安全、靈活。無人機的操作安全性是比較高的，操作程序不復雜，無需提供特殊的升降場所，無人機能夠進行及時運轉，具有較強的適應性，無人機拍攝的視頻畫面非常清晰，能夠進行多角度拍攝，所以在比較復雜的建筑結構區(qū)域中運用無人機，能夠有效解決拍攝遮擋問題。

（2）具有非常高的測量精度，無人機在50-100m 高度進行飛行時，它的測量精度能夠達到毫米，在近景測量方面，無人機具有非常高的測量精度。

（3）無需投入較多的拍攝安裝費用。因為天氣對無人機的干擾并不大，所以運用無人機不需要投入較多的拍攝安裝費用，具有比較高的性價比。

2 消防滅火救援無人機的設計

2.1 消防滅火救援無人機的結構

作為消防滅火救援無人機，一定要具有非常強的耐高溫特性。在對無人機傳統(tǒng)構造不改變的前提條件下，為有效減小無人機在復雜環(huán)境飛行過程中受到的磨損程度，同時能夠方便攜帶無人機，無人機關鍵部位與機身表面材料應選用耐高溫制品的包裹材料。另外，為方便小型車輛運輸無人機，有效提升無人機的機動性能，可以將消防滅火救援無人機的機翼設計成為可折疊機翼。針對消防滅火救援無人機，本文認為在對其進行設計時可以從以下兩個方面著手進行，即：

（1）硬件系統(tǒng)，包括地面站、荷載設施、動力系統(tǒng)、機身等；

（2）軟件系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫、預處理系統(tǒng)、信息采集軟件系統(tǒng)等。

2.2 消防滅火救援無人機的工作流程

本文以高層建筑火災為例，通過利用無人機基本機身，對消防滅火救援無人機的工作流程進行了相關設計。其中，消防滅火救援無人機的工作流程，具體內(nèi)容包括：

（1）通過利用遙控無人機、無人機地面控制系統(tǒng)、可視化的地面操控平臺，地面無人機操控手將紅外線成像儀、彩色攝影儀等儀器攜帶到消防隊員不方便抵達的地方或者比較高的樓層，對火場圖像進行拍攝，取得火場影像信息與火場數(shù)據(jù)；

（2）針對獲取的火場影像信息與火場數(shù)據(jù)，通過利用無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)向地面平臺操控站進行及時傳輸，地面消防隊員能夠快速獲取精準的火場信息；

（3）在消防滅火救援輔助決策系統(tǒng)中輸入地面指揮部收獲的火場數(shù)據(jù)信息，然后快速分析火場數(shù)據(jù)信息，并制定出現(xiàn)相應合理的消防滅火救援決策部署方案；

（4）針對消防隊員與消防車輛，對其發(fā)布消防滅火救援作戰(zhàn)行動命令；

（5）遙控無人機通過選用機載輔助滅火救援系統(tǒng)，或者地面消防操控手通過可視化的地面操控平臺來開展空中消防滅火救援工作，有助于消防滅火救援效率的提高，有助于財產(chǎn)與人員損失的減少。

2.3 消防滅火救援無人機的功能擴展系統(tǒng)

針對消防滅火救援無人機，本文對其的功能擴展系統(tǒng)進行有效設計，以實現(xiàn)消防無人機的滅火救援功能。消防滅火救援無人機的功能擴展系統(tǒng)，主要是由兩部分構成的，分別為地面控制平臺與無人機搭載平臺，主要實現(xiàn)的功能有：

2.3.1 機載強光照明功能

在無人機的前端，選取與空中監(jiān)控攝像頭相同的方向來安裝強光照明系統(tǒng)。當消防隊員在夜間進行消防滅火救援時，可以進行空中照明，能夠有效實現(xiàn)多種功能，如準備撤離、目標確定、快速定位等；當光線受到一定限制時，通過利用機載強光照明，能夠對空中拍攝效果起到有效提高作用。

2.3.2 空中監(jiān)測功能

針對消防無人機的機頭，可以在這個位置安裝很多儀器設備，如有毒可燃氣體探測儀、測風儀、測溫儀、紅外熱成像儀等。

（1）在非常惡劣的氣候環(huán)境條件或者夜間中，彩色數(shù)字攝像無法精準監(jiān)控目標，而通過安裝紅外線熱成像儀，則能夠有效解決以上問題，同時可以有效避免出現(xiàn)復燃隱患問題；

（2）針對火場中不同角度與不同高度的火災信息，通過安裝彩色數(shù)字攝像儀，能夠以無線數(shù)據(jù)傳輸方式向地面站接收器進行高效傳輸；

（3）針對火場中的大量數(shù)據(jù)信息，通過安裝有毒可燃氣體探測儀、測風儀、定位儀、測溫儀等，能夠以無線數(shù)據(jù)傳輸方式向地面站接收器進行高效傳輸，以制定出相應合理、可行的消防滅火救援決策。

2.3.3 機載語音交互功能

針對火場中被困人員的需求信息與火場現(xiàn)場信息，為方便地面操控人員對其進行精準、快速獲取，可以在大功率揚聲器安裝在無人機上，與此同時，還可以通過大功率揚聲器向火場中的被困人員發(fā)送自救他救的語言指導信息與逃生疏散信息，幫助被困人員成功逃生。

2.3.4 機載輔助滅火功能

在開展消防滅火救援工作過程中，當遇到無法使用液體滅火劑現(xiàn)象或者消防隊員不方便靠近接觸的起火點時，無人機可以對滅火劑進行加載，通過對無人機進行地面控制，促使無人機在空中進行釋放滅火劑或者定點噴灑，進行快速滅火。

2.3.5 機載輔助救援功能

將救援纜繩、防毒面具等簡易火災救護裝置吊掛在無人機上，以賦予無人機機載輔助救援功能。當人們被困在樓頂或者房間內(nèi)時，通過將無人機降落在被困房間陽臺或者樓頂，能夠將一些簡單的救援設備提供給被困人員，幫助被困人員進行逃生。

3 無人機在當前消防滅火救援實戰(zhàn)中的有效運用

3.1 空中實時偵察

操縱工作人員主要負責無人機的設置，選用掃描式的空中實時偵查，全方位、多角度監(jiān)控多層建筑或者超高層建筑物，進而觀測人員可以對火災發(fā)展中期的消防現(xiàn)場視頻、火災發(fā)展初期的災情危險視頻進行直接觀察。將空中監(jiān)察數(shù)據(jù)流接入消防監(jiān)控系統(tǒng)與安防系統(tǒng)中，同時利用飛行器中ROM 硬件儲存的災區(qū)火情視頻文件與地面指揮控制系統(tǒng)，能夠快速調閱、檢索大量的文件、圖片與視頻。

3.2 信息的收集

根據(jù)各種實際需求，可以在無人機中增加多種不同模塊，包括熱傳感器、風速儀、音視頻拍攝設備等，通過4G/5G 圖像、微波單兵、無線、有線等方式，能夠有效傳輸無人機拍攝的火災音頻數(shù)據(jù)信息與視頻數(shù)據(jù)信息，進而能夠為消防滅火救援工作的決策方案提供可靠的依據(jù)。在開展消防滅火救援行動過程中，通過利用數(shù)傳系統(tǒng)，無人機能夠有效連接4G/5G 單兵設備、防動中通衛(wèi)星指揮車、消防救援后方指揮中心等。

3.3 連續(xù)動態(tài)保障

在對各種易爆易燃物品、危險物品進行處理過程中，因為災區(qū)現(xiàn)場充滿危險、環(huán)境多變，所以災區(qū)消防滅火救援人員可以選用多旋翼無人機，對整個災區(qū)的災區(qū)動態(tài)發(fā)展情況進行實時偵查，為消防滅火救援指揮部快速傳輸災區(qū)火災動態(tài)數(shù)據(jù)，以制定出相應合理的救援方案，同時還能夠對處置災害過程中的事故發(fā)生率進行有效降低。

3.4 指揮調度

在對火災進行消防滅火救援過程中，要想充分發(fā)揮出消防滅火救援指揮調度的作用，一定要為指揮調度快速傳輸實時的災害現(xiàn)場音視頻圖像。當遇到一些環(huán)境非常復雜的災區(qū)現(xiàn)場時，通過利用4G/5G 圖像傳輸系統(tǒng)、衛(wèi)星鏈路等設備，無人機可以向總隊、消防救援局指揮中心傳輸災區(qū)現(xiàn)場圖像，能夠為消防滅火救援的指揮調度提供合理、科學的輔助決策。同時，無人機利用RTK 差分定位技術實現(xiàn)厘米級定位，可制作災害現(xiàn)場高精度三維模型和二維正射圖，利用VR全景相機可實時傳輸高空全景，大大提升指揮的精準度。

3.5 輔助搶險救援

當快速到達災區(qū)現(xiàn)場以后，將一些設備安裝在無人機上，能夠有效開展輔助搶險救援工作。其中，目前比較常見的一些無人機滅火救援設備包括：

（1）吊裝小型滅火裝置，當高層建筑物剛開始發(fā)生火災時，消防人員在地面上遙控無人機，對滅火彈的投放進行激發(fā)，在火源中心直接控制火災災情；

（2）搭載聲光吊艙，利用擴音器與對講機，對火災現(xiàn)場進行喊話，將相關信息及時傳遞給災區(qū)被困人員，能夠對被困人員的情緒起到有效穩(wěn)定作用，同時可以幫助被困人員進行逃生；

（3）搭載生命探測儀，在大型建筑地震倒塌災區(qū)現(xiàn)場，在無人機上搭載生命探測儀，能夠幫助找尋被困人員，對廢墟中存在的生命信號進行探測，以有效提高消防救災的工作效率；

（4）搭載拋投器。將飲用水、食物、救援安全繩、防毒面具懸掛在無人機的拋投器上，通過利用空中投送方式，將應急救援物資及時提供給災區(qū)中的被困人。

4 消防滅火救援無人機的運用前景

4.1 對載人運物能力進行提升

在最近幾年的發(fā)展與進步中，當下一些無人機的載荷已經(jīng)高于100kg，例如，美國研發(fā)的無人飛行平臺，具有較強的載人能力，在一些比較特殊的消防滅火救援災區(qū)中，通過利用這種無人機來裝載被困人員或者大重量的重要裝備，能夠創(chuàng)造很多的消防滅火救援輔助條件，以有效搶救被困人員，確保被困人員的生命安全。

4.2 變?yōu)橄罍缁鹁仍闹饕α?/h3>

隨著我國科學技術水平的不斷提高，無人機的載荷水平將會變得越來越高，作為消防滅火救援主力的無人機，可以對因建筑物高度造成的消防滅火救援障礙進行有效解決。目前，我國不少企業(yè)均在積極研發(fā)無人機，并獲取一定的成效，如實現(xiàn)無人機在火源上方的投擲、無人機對多多枚滅火彈的攜帶等。

4.3 對高危環(huán)境信息進行精準判斷與實時傳輸

在無人機上安裝電子探測設備，當無人機進入高危、高溫災區(qū)現(xiàn)場時，無人機可以檢查與監(jiān)控各種危情，能夠對災情隱患、災情變化等相關數(shù)據(jù)信息進行及時獲取，同時通過數(shù)據(jù)云方式，無人機能夠將獲取的數(shù)據(jù)信息傳輸給地面控制工作人員，有助于人身傷害概率的降低，同時能夠有效提高數(shù)據(jù)判斷的準確性。

5 小結

綜上所述，隨著我國無人機技術的不斷快速發(fā)展，在進行各種消防滅火救援行動過程中，怎樣通過利用無人機來高效協(xié)助消防滅火救援，提高消防滅火救援的效率，有效保護災區(qū)被困人員的生命安全，值得我們對其進行深入研究。本文對無人機在當前消防滅火和救援實戰(zhàn)中的應用進行了深入研究，以期對相關消防滅火救援工作人員的工作起到一定的借鑒作用。