無線遙控?zé)o人機(jī)在消防滅火救援領(lǐng)域的應(yīng)用研究

■ 邱奕鴻 陳鵬 中國消防救援學(xué)院

無人機(jī)不是傳統(tǒng)的有載人載物用途的飛機(jī)，無人機(jī)是由人或者電腦系統(tǒng)操作的飛行器。其操作便捷、環(huán)境適用性強(qiáng)，無論溫度多么極端氣候多么惡劣，只要有網(wǎng)絡(luò)就可以進(jìn)行圖像傳輸。另外，無線遙控?zé)o人機(jī)的智能化、自動化控制特點(diǎn)在消防滅火救援領(lǐng)域中的應(yīng)用表現(xiàn)為巡查路徑設(shè)計(jì)、智能數(shù)據(jù)分析、定點(diǎn)連續(xù)性監(jiān)控、火情獲取，并在分析和監(jiān)控后可以自動制定應(yīng)急方案、快速響應(yīng)機(jī)制、火情存檔和取證，以此有效發(fā)揮出先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的防控作用。

一、無線遙控?zé)o人機(jī)的功能和特點(diǎn)

無線遙控是一種自動控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等綜合應(yīng)用的技術(shù)，無線遙控可以縮短遙控距離、靈活輕巧、便于控制，但是無線遙控信號會受到距離和障礙物的影響，對于無人機(jī)無線遙控主要采用碼分制遙控方式，碼分制就是指令信號產(chǎn)生電路以不同的脈沖編碼代表不同的控制指令。無線遙控?zé)o人機(jī)采用了具備先進(jìn)技術(shù)的飛行控制平臺和前后視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)、飛行和地勤保障系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)和平臺，無人機(jī)可以對地面進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，以此有效解決傳統(tǒng)飛行控制技術(shù)無法實(shí)時監(jiān)控和緊急救援的問題。其具體特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，輕小靈活。無線遙控?zé)o人機(jī)是一種微型無人機(jī)，其重量低，憑借飛行控制器件就可以進(jìn)行無線操控，有效完成各種操作任務(wù)，一般在道路不通、交通遇阻的情況下，人員可以直接將其帶入事故現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測。且無線遙控?zé)o人機(jī)飛行條件簡單、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、飛行速度和方向易于控制、轉(zhuǎn)彎半徑小、機(jī)動性能高，其機(jī)載攝像頭可以自動追蹤拍攝監(jiān)測對象。并且無人機(jī)飛行路線阻礙較少，對飛行環(huán)境要求不高，不受道路交通影響，低空作業(yè)飛行對氣候條件沒有太多要求，無人機(jī)可以快速獲取影像，有效完成偵察任務(wù)。第二，視野開闊。無線遙控?zé)o人機(jī)可以利用寬度、數(shù)據(jù)鏈技術(shù)進(jìn)行超視距控制，根據(jù)任務(wù)需要，在不同角度、不同距離直接可以進(jìn)行工作，既可以在固定高空距離內(nèi)進(jìn)行全局拍攝，也可以自動調(diào)整距離和高度進(jìn)行現(xiàn)場抓拍，為實(shí)際需要提供決策數(shù)據(jù)。無線遙控?zé)o人機(jī)利用遠(yuǎn)程控制技術(shù)和攝像頭可以自動采集圖形數(shù)據(jù)，特別是在低空飛行中，可以對監(jiān)測對象進(jìn)行實(shí)時追蹤，其機(jī)載攝像頭可以獲取高分辨率圖形，并在熱視和夜視模式下，獲取更加完整的視頻資料。這種優(yōu)勢特點(diǎn)可以用于對消防滅火救援現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控，有效提高消防滅火救援能力[1]。

二、無線遙控?zé)o人機(jī)在消防滅火救援領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢

（一）易燃易爆、化學(xué)火災(zāi)事故中的偵察

無線遙控?zé)o人機(jī)可以在隨時可能爆破或者產(chǎn)生有毒氣體的環(huán)境中運(yùn)行，為救援人員提供有利的信息，無線遙控?zé)o人機(jī)可以攜帶微型可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測儀器對火災(zāi)事故現(xiàn)場的有毒有害氣體濃度和擴(kuò)散情況進(jìn)行檢測，以此確定救援、防治路線，便于對現(xiàn)場火情變化情況進(jìn)行監(jiān)測，減少救援的盲目性、無效性。

（二）救援現(xiàn)場輔助監(jiān)督和監(jiān)控追蹤

無線遙控?zé)o人機(jī)可以通過航拍設(shè)備對高空或者高層建筑物進(jìn)行監(jiān)測，及時預(yù)測各種隱藏性火災(zāi)隱患，也可以對消防滅火救援現(xiàn)場火情進(jìn)行監(jiān)控，并將消防檢查結(jié)果、現(xiàn)場火情圖像制作為空中監(jiān)控視頻，和消防監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行連接，以此實(shí)現(xiàn)大容量長時間圖像存儲、調(diào)用功能，且無線遙控?zé)o人機(jī)也可以通過智能終端進(jìn)行遠(yuǎn)程查看、遠(yuǎn)程控制。另外，無線遙控?zé)o人機(jī)不僅可以對消防滅火救援現(xiàn)場進(jìn)行災(zāi)情偵察，也可以對不斷變化的火情火勢進(jìn)行監(jiān)控追蹤，為救援人員提供精準(zhǔn)的災(zāi)情信息。各級指揮人員可以及時了解火情變化情況，便于及時調(diào)整應(yīng)急和救援方案，控制火災(zāi)破壞范圍。

三、消防滅火救援領(lǐng)域應(yīng)用無人機(jī)的技術(shù)需求

（一）增強(qiáng)可靠性

消防部門在火災(zāi)事故現(xiàn)場開展救援工作時，會面臨各種復(fù)雜的環(huán)境，救援工作需要考慮風(fēng)速、煙霧濃度、溫度、防水等因素，使用無人勘察機(jī)需要考慮現(xiàn)場的各種環(huán)境，具體如下：第一，抗風(fēng)性，南方城市常年刮東南風(fēng)和西北風(fēng)，沿岸風(fēng)力各不相同，無人機(jī)飛行過程中會受風(fēng)力大小的影響，大風(fēng)會為工作增添阻礙，為了保證安全首先抗風(fēng)性需要提高。第二，無人機(jī)在滅火救援環(huán)境中要想正常工作，機(jī)身和內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)都需要有在高溫環(huán)境中正常運(yùn)行的能力。一般無人機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)排氣管可能會帶有火花，且會產(chǎn)生噪聲，對操作維護(hù)都有一定的要求，如果無人機(jī)飛行不穩(wěn)掉落會產(chǎn)生起火和爆炸的問題，對此無人機(jī)飛行平臺需要具備耐高溫能力，才可以進(jìn)入事故現(xiàn)場有效開展輔助救援工作。

（二）操作性

根據(jù)無人機(jī)巡航平均速度計(jì)算，其巡視范圍可達(dá)到2km，續(xù)航能力對單組電池也具有一定的時間限制，在航線巡查期間需要進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，巡查準(zhǔn)備也需要預(yù)留一定的時間，且根據(jù)無人機(jī)飛行高度來看，無人機(jī)在火災(zāi)事故現(xiàn)場飛行高度在200m 以下，因此需要考慮高層建筑最高高度，以滿足事故現(xiàn)場偵察需要。

（三）穩(wěn)定性

無線遙控?zé)o人機(jī)圖像傳輸能力強(qiáng)，具有連續(xù)性，因此對圖像無線收發(fā)技術(shù)有著較高的要求。但是一般在無線傳輸?shù)倪^程中，信號會受到隔絕干擾，因此無人機(jī)需要具有一定的抗干擾能力，才可以確保圖像傳輸過程中不出現(xiàn)信號中斷問題。

（四）集成兼容性

無人機(jī)在消防滅火救援過程中需要具備一定的擴(kuò)展性能力，除此之外還需要有集成性和兼容性，所以無人機(jī)的操作也需要不斷練習(xí)，才可以順利進(jìn)入事故現(xiàn)場周圍，對現(xiàn)場機(jī)動情況進(jìn)行部署。特殊條件下，無人機(jī)也可以攜帶一些小型構(gòu)件，配套系統(tǒng)攜帶重量一般有著嚴(yán)格的要求。進(jìn)行視頻傳輸?shù)耐瑫r，還需要提升系統(tǒng)之間相互協(xié)調(diào)工作的程度即兼容性，從而提高傳輸速度，以便于更好地服務(wù)消防滅火救援。

四、無線遙控?zé)o人機(jī)在消防滅火救援領(lǐng)域的具體應(yīng)用

（一）明確無人機(jī)的三級配備模式

在消防滅火救援時需要考慮其配備模式，對此明確以下標(biāo)準(zhǔn)：第一，大隊(duì)級配備標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)各城市消防站建設(shè)等級或者消防中隊(duì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)配備無人機(jī)，特勤大隊(duì)可以配備單兵背負(fù)式無人機(jī)。主要進(jìn)行固定范圍內(nèi)的偵察和短途巡航，便于在突遇事故時可以隨著搶險車隊(duì)第一時間出動，對于一些滅火救援任務(wù)較為特殊的需要根據(jù)具體情況選擇配備。第二，支隊(duì)級配備標(biāo)準(zhǔn)。支隊(duì)級別配備主要以自動控制飛行平臺為主，其可以進(jìn)行短途巡航，以偵察、輔助救援為主，可以在應(yīng)急響應(yīng)時隨著支隊(duì)出動，進(jìn)行火災(zāi)救援。第三，總隊(duì)級配備標(biāo)準(zhǔn)?？傟?duì)級無人機(jī)配備主要以燃油機(jī)為主，其可以長途巡航，既可以進(jìn)行日常偵察和輔助滅火救援，也可以進(jìn)行監(jiān)控，可以跟隨總隊(duì)出動，在全省內(nèi)執(zhí)行火災(zāi)救援任務(wù)。

（二）科學(xué)應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行災(zāi)情偵察

當(dāng)火災(zāi)事故發(fā)生時，無人機(jī)一般可以在以下幾方面開展偵察工作：第一，不需要考慮現(xiàn)場地形和環(huán)境條件，靈活開展偵察工作，對一些隱蔽性、突遇緊急情況的火災(zāi)發(fā)生地，可以利用無人機(jī)代替消防人員進(jìn)行現(xiàn)場偵察，提高偵察效率。第二，利用無人機(jī)增強(qiáng)偵察效率。利用無人機(jī)可以及時了解火災(zāi)發(fā)生的原因、火災(zāi)類型、火災(zāi)破壞程度，針對性地制定救援對策，提高救援效率。第三，利用無人機(jī)可以減少人員傷亡。在一些空間狹小或者空氣稀薄的環(huán)境中，可以采用無人機(jī)代替消防救援人員進(jìn)行火場偵察，有效偵察現(xiàn)場火災(zāi)情況。第四，利用集成勘檢模塊進(jìn)行監(jiān)測。對于火災(zāi)現(xiàn)場的一些有毒氣體、可燃?xì)怏w可以利用探測儀進(jìn)行監(jiān)測，以此獲取危險源關(guān)鍵信息，也可以攜帶一些測溫、測風(fēng)速設(shè)備，精確了解火災(zāi)現(xiàn)場的情況。

（三）輔助救援

利用無人機(jī)集成可以攜帶一些小型設(shè)備和儀器，可以在多種情況下靈活應(yīng)用，其具體救援表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，集成語音、擴(kuò)音模塊信息傳遞?？梢岳脽o人機(jī)在高空中傳遞指令，便于指揮消防人員有序進(jìn)行救援，尤其是高空、高層建筑物火災(zāi)事故現(xiàn)場，利用無人機(jī)可以有效解決救援指令問題；第二，為救援工作提供多個路徑，比如在山岳上救援時，信號網(wǎng)絡(luò)較差時可以使用無人機(jī)通信模塊作為臨時信息轉(zhuǎn)換臺，確保在特殊條件下也可以進(jìn)行無線通信；第三，利用無人機(jī)進(jìn)行應(yīng)急測繪。使用無人機(jī)可以開展集成航拍緊急測繪工作，在獲取火災(zāi)事故現(xiàn)場的信息數(shù)據(jù)后，可以及時給救援人員提供信息，以此對現(xiàn)場地形、救援工作進(jìn)行規(guī)劃，便于救援工作有序開展。

（四）有效滅火

利用無線遙控?zé)o人機(jī)進(jìn)行消防滅火救援是無人機(jī)在消防領(lǐng)域應(yīng)用的未來發(fā)展優(yōu)勢，無人機(jī)可以集成滅火彈、滅火劑、聲波滅火裝備，便于在復(fù)雜情況下有效進(jìn)行滅火。對于高層建筑物的滅火救援工作，可以采用無人機(jī)攜帶水、泡沫、干粉等滅火劑，對高層建筑物內(nèi)一些狹窄空間、易燃易爆物進(jìn)行撲救，以控制火勢，降低其蔓延速度。無人機(jī)可以攜帶多個滅火彈和發(fā)射裝置，接近火源附近，通過遠(yuǎn)程遙控功能向目標(biāo)物射擊滅火彈，滅火彈進(jìn)入室內(nèi)可以轉(zhuǎn)變?yōu)閲娚涫降臏缁饎源擞行Ы鉀Q高層滅火難題。無人機(jī)也可以攜帶干粉滅火劑和玻璃破拆槍飛行在火場周圍，通過懸停平臺無線遙控系統(tǒng)對準(zhǔn)目標(biāo)，采用玻璃破拆槍發(fā)射高速沖擊彈，射穿玻璃，玻璃破碎后才能對室內(nèi)有火的地方實(shí)施有效滅火。另外，無人機(jī)除了攜帶傳統(tǒng)的滅火設(shè)備以外，還有更先進(jìn)的滅火設(shè)備——聲波滅火器。聲波滅火是采用聲波將火源周圍的氧氣驅(qū)散，讓火源缺少氧氣助燃而自動熄滅，能夠快速撲滅一些火勢較弱的火災(zāi)。聲波滅火技術(shù)可以處理視野空曠地發(fā)生的火災(zāi)和建筑小型火災(zāi)，為消防員們提供有效的滅火方法，便于實(shí)施滅火撲救。

五、結(jié)語

總之，隨著無人機(jī)技術(shù)的成熟，其在消防領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢越來越顯著，應(yīng)用功能也越來越強(qiáng)大，有效解決了傳統(tǒng)消防滅火救援只能人工勘察、監(jiān)測的問題。各級消防部門需要科學(xué)利用無線遙控?zé)o人機(jī)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況有效發(fā)揮無人機(jī)技術(shù)優(yōu)勢，以此高效率完成滅火救援和搶險救援工作。