無(wú)人機(jī)技術(shù)在消防滅火救援中的應(yīng)用探析

崔建華

（消防救援局昆明訓(xùn)練總隊(duì)，云南 昆明 650208）

0 引言

隨著信息通信技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的深度融合，消防滅火救援在新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)和新模式等方面迎來(lái)了前所未有的機(jī)遇。我國(guó)每年因自然災(zāi)害、事故和火災(zāi)等突發(fā)公共事件造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失巨大。無(wú)人機(jī)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸改變了這一局面，相比傳統(tǒng)的消防滅火救援方式，無(wú)人機(jī)以其靈活性、簡(jiǎn)便性的技術(shù)優(yōu)勢(shì)迅速受到消防部門的青睞，無(wú)人機(jī)可以在滅火救援現(xiàn)場(chǎng)能夠快速深入災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)獲取災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)影像數(shù)據(jù)，不但提高了救援效率，也降低了人員傷亡。隨著科技的不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)的技術(shù)水平日漸提升，性能較之前相比也不可同日而語(yǔ)，在消防領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)已經(jīng)能適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境，通過(guò)掛載紅外熱成像、激光雷達(dá)和應(yīng)急通信等載荷，在災(zāi)害中可以實(shí)現(xiàn)緊急搜救、空投物資及空中通信中繼等，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)滅火救援中存在的諸多問(wèn)題，為消防救援隊(duì)伍科學(xué)部署滅火救援工作起到強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐，無(wú)人機(jī)技術(shù)已成為消防滅火救援工作中不可或缺的重要組成部分。

1 無(wú)人機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)及分類

無(wú)人機(jī)是區(qū)別于載人飛機(jī)的飛行器，它是由無(wú)線電控制或計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操控，無(wú)人機(jī)在技術(shù)層面上主要利用了無(wú)人操控技術(shù)、遠(yuǎn)距成像技術(shù)、遠(yuǎn)距測(cè)量技術(shù)、GPS（北斗、格洛納斯，伽利略）定位技術(shù)、數(shù)據(jù)收發(fā)與傳輸技術(shù)等，能夠自主測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)詳情，獲取清晰圖像，在精準(zhǔn)測(cè)繪上，無(wú)人機(jī)可以對(duì)災(zāi)害發(fā)生地的地質(zhì)地貌進(jìn)行精確測(cè)繪并回傳遙感影像或數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)人機(jī)傳輸回的數(shù)據(jù)，完成對(duì)勘察地?cái)?shù)據(jù)處理，建模分析和應(yīng)用解析等。

1.1 無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)

無(wú)人機(jī)目前在我國(guó)應(yīng)用過(guò)程中具有較多的優(yōu)點(diǎn)，主要有以下3點(diǎn)：精準(zhǔn)的監(jiān)控性能、進(jìn)價(jià)比較高、安全性能較高。無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)的監(jiān)控性能主要體現(xiàn)在，目前我國(guó)的無(wú)人機(jī)都屬于低空飛行器，因此在實(shí)際航空測(cè)量過(guò)程中可以用于近景測(cè)量，甚至我國(guó)部分工程測(cè)量中無(wú)人機(jī)的測(cè)量精度可以達(dá)到厘米級(jí)別；無(wú)人機(jī)應(yīng)用過(guò)程中的性價(jià)比較高，主要體現(xiàn)在無(wú)人機(jī)的制作成本較低，并且無(wú)人機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中受到外界的干擾較小，同時(shí)測(cè)量人員還可以在無(wú)人機(jī)上方安裝相應(yīng)的攝影儀器，這樣就可以在控制無(wú)人機(jī)成本的過(guò)程中，提高無(wú)人機(jī)的自身性價(jià)比；無(wú)人機(jī)應(yīng)用過(guò)程中的安全靈活性，主要體現(xiàn)在無(wú)人機(jī)對(duì)升降機(jī)場(chǎng)要求較低，同時(shí)無(wú)人機(jī)還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。此外無(wú)人機(jī)在操控過(guò)程中的操控流程較為簡(jiǎn)單。

1.2 無(wú)人機(jī)的具體分類

這些年，無(wú)人機(jī)的技術(shù)不斷創(chuàng)新，其飛行控制器及自動(dòng)飛機(jī)駕駛儀的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。通常，無(wú)人機(jī)根據(jù)其的外形可以分為固定翼飛機(jī)、單旋翼直升機(jī)、多旋翼直升機(jī)等。此外，無(wú)人機(jī)如果應(yīng)用于消防滅火救援行動(dòng)中還可以根據(jù)無(wú)人機(jī)的動(dòng)力進(jìn)行區(qū)分為油動(dòng)和電動(dòng)這兩種，通常油動(dòng)無(wú)人機(jī)主要是通過(guò)依靠汽油或者是柴油作為動(dòng)力來(lái)源；而電動(dòng)無(wú)人機(jī)主要是通過(guò)鋰電池作為自身的驅(qū)動(dòng)力。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，電動(dòng)無(wú)人機(jī)對(duì)于油動(dòng)無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)安全性較高；而油動(dòng)無(wú)人機(jī)對(duì)于電路無(wú)人機(jī)相比續(xù)航能力較高。

2 無(wú)人機(jī)技術(shù)在消防滅火救援中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)在災(zāi)害救援領(lǐng)域的應(yīng)用是從20世紀(jì)90年代開始的，首次試用是在科技相對(duì)發(fā)達(dá)的發(fā)達(dá)國(guó)家。而我國(guó)的無(wú)人機(jī)在消防滅火救援領(lǐng)域的發(fā)展相對(duì)滯后，直到2008年的汶川地震，中科院研究隊(duì)伍最先嘗試將遙感無(wú)人機(jī)應(yīng)用于震中災(zāi)情航拍，并取得了較好的效果，無(wú)人機(jī)技術(shù)在消防滅火救援中開始嶄露頭角。在隨后的青海玉樹地震、四川蘆山地震、天津?yàn)I海新區(qū)爆炸事故、雅魯藏布江山體滑坡、江蘇鹽城響水爆炸事故等災(zāi)害事故的應(yīng)急救援中，無(wú)人機(jī)以其成本低、易操縱、反應(yīng)快的特點(diǎn)投入到滅火救援中，在合理分配救援力量、確定救災(zāi)重點(diǎn)區(qū)域、選擇安全救援路線以及災(zāi)后重建等工作中起著重要作用，發(fā)揮了無(wú)人機(jī)技術(shù)在滅火救援中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

2.1 無(wú)人機(jī)災(zāi)情偵查

在傳統(tǒng)的消防滅火救援工作當(dāng)中，很大程度上會(huì)受到地形地物及環(huán)境方面的限制，并伴隨著各種危險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅消防救援人員的生命安全。在災(zāi)害發(fā)生的過(guò)程中，以高清攝像機(jī)配合無(wú)人機(jī)，可以偵查災(zāi)害詳情，可以利用其機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，不受復(fù)雜地形和環(huán)境的影響。少許危險(xiǎn)性極高的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，消防員不能親身進(jìn)入開展偵探或者救援行動(dòng)，不能及時(shí)而有效的開展應(yīng)急措施，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行災(zāi)情偵查，能夠降低救援人員的傷亡率，還能利用無(wú)人機(jī)執(zhí)行高危險(xiǎn)任務(wù)，進(jìn)入救災(zāi)人員無(wú)法進(jìn)入的有毒、易爆、易燃的惡劣環(huán)境中，無(wú)人機(jī)偵查對(duì)于指揮救災(zāi)救援行動(dòng)的指揮員來(lái)說(shuō)，能夠幫助其詳細(xì)而全面的掌控全局，從而作出正確決策。

2.2 無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控

火災(zāi)、地震、泥石流等災(zāi)害環(huán)境復(fù)雜多變，無(wú)人機(jī)的監(jiān)控可以全面細(xì)致的反映現(xiàn)場(chǎng)詳情，在展開有效行動(dòng)時(shí)，利用無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，能夠快速傳輸災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。各級(jí)指揮部通過(guò)無(wú)人機(jī)所傳送出的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，隨時(shí)把握災(zāi)害的動(dòng)態(tài)詳情，作出更加符合現(xiàn)場(chǎng)的救援戰(zhàn)略部署，對(duì)一些突發(fā)狀況也可以個(gè)更加及時(shí)有效的措施，以便最大程度的減少救援過(guò)程中的人員傷亡，降低滅火救災(zāi)的損失。同時(shí)多功能無(wú)人機(jī)還可以在滅火救援中，通過(guò)相關(guān)的儀器來(lái)對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患進(jìn)行排除，這樣就可以給消防人員的安全帶來(lái)保障。

2.3 無(wú)人機(jī)輔助救援

無(wú)人機(jī)配合使用其他關(guān)鍵器材和裝備，可以輔助多種災(zāi)害的救援。無(wú)人機(jī)的運(yùn)用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一種是以無(wú)人機(jī)作為機(jī)械載體，在無(wú)人機(jī)上裝載語(yǔ)音系統(tǒng)和擴(kuò)音裝置，可以利用無(wú)人機(jī)下達(dá)指令，特別適合高空、高層等災(zāi)害事故救援。第二種是以無(wú)人機(jī)作為物質(zhì)載體，利用無(wú)人機(jī)投放救災(zāi)物資和設(shè)備，主要是在救災(zāi)人員無(wú)法直接進(jìn)入的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，可以迅速解決災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)對(duì)物資的迫切需求。災(zāi)害的突然性勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生人員傷亡，對(duì)傷亡人員的救治工作就顯得特別迫切。這時(shí)候無(wú)人機(jī)就不需要有人機(jī)那樣長(zhǎng)時(shí)間的準(zhǔn)備，直接可以運(yùn)送救治相關(guān)的設(shè)備或者藥品即時(shí)放飛，為受傷人員爭(zhēng)取救治時(shí)間，挽回生命，提高救援的質(zhì)量和效率。三是利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行應(yīng)急測(cè)繪，通過(guò)無(wú)人機(jī)掛載傾斜攝相機(jī)，從垂直和傾斜角度進(jìn)行全方位拍攝，能輕松感知復(fù)雜場(chǎng)景，有效彌補(bǔ)正射相機(jī)在獲取航測(cè)影像時(shí)角度不足的問(wèn)題，更加全面、具象地反映地形地物的實(shí)際情況及多方位信息，再通過(guò)高性能GPU將采集到的圖像進(jìn)行3D建模，生成三維模型圖并傳至現(xiàn)場(chǎng)指揮部，為滅火救援的決策部署提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

2.4 無(wú)人機(jī)應(yīng)急通信

我國(guó)幅員遼闊，由于地理環(huán)境和氣候的多樣性，洪水、龍卷風(fēng)、地震、泥石流等自然災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，很大可能會(huì)造成災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)中心區(qū)域內(nèi)的公共通信網(wǎng)絡(luò)全面中斷，一旦中斷難以快速恢復(fù)。以往應(yīng)急救援中使用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，因救援現(xiàn)場(chǎng)的單位和人員通信負(fù)荷過(guò)重，后方指揮中心不能即時(shí)獲得災(zāi)害發(fā)生地的實(shí)際情況，指揮部的行動(dòng)指令不能第一時(shí)間下達(dá)，必將嚴(yán)重影響滅火救援工作的展開。

無(wú)人機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為應(yīng)急通信提供了一種新的解決方案。目前消防救援隊(duì)伍使用的無(wú)人機(jī)大多數(shù)為電動(dòng)無(wú)人機(jī)，其飛行時(shí)間僅為30分鐘至1小時(shí)，使無(wú)人機(jī)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用具有一定的局限性，但隨著微小型多旋翼無(wú)人機(jī)日漸成熟，直流無(wú)刷電機(jī)、多旋翼協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù)的突破，基于系留式無(wú)人機(jī)的便攜式通信基站將成為空中應(yīng)急通信基站搭建的一種有效手段。在大型災(zāi)害事故救援中可以通過(guò)系留型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)地面電源供電，并由系留線纜輸送至無(wú)人機(jī)升空平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷飛行，天線高度可隨無(wú)人機(jī)飛行高度升高，覆蓋角度可以利用無(wú)人機(jī)旋轉(zhuǎn)方向來(lái)進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)大面積信號(hào)覆蓋，保障一定區(qū)域內(nèi)的連續(xù)通信，搭建大型災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急通信無(wú)線鏈路。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外多年的實(shí)踐，無(wú)人機(jī)在消防滅火救援中發(fā)揮的作用得到了消防滅火救援領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可，政府和社會(huì)組織對(duì)于無(wú)人機(jī)的重視程度也逐步提升。更高端的通信技術(shù)為通信領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)了更大的變革，更加及時(shí)的信息傳達(dá)和更加寬廣的信號(hào)范圍，也為無(wú)人機(jī)提供了更加可靠的數(shù)據(jù)鏈接和更加便捷的運(yùn)用模式。依賴于5G通信技術(shù)，無(wú)人機(jī)在救災(zāi)救援領(lǐng)域，將會(huì)以無(wú)人機(jī)中繼通信的運(yùn)用模式出現(xiàn)，穩(wěn)定的指揮系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)是支撐無(wú)人機(jī)順利運(yùn)轉(zhuǎn)和調(diào)控的基礎(chǔ)和保障，只有更加完善的技術(shù)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)滅火救援中無(wú)人機(jī)的快速部署、災(zāi)情偵查、實(shí)時(shí)監(jiān)視、輔助救援和應(yīng)急通信等功能，發(fā)揮無(wú)人機(jī)技術(shù)在消防滅火救援工作中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，全面提升消防滅火救援工作水平。