無人機(jī)技術(shù)在消防通信中的應(yīng)用探索

張新偉

摘 要：無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于消防領(lǐng)域，專業(yè)消防無人機(jī)可為消防工作提供極大的助力，目前消防救援機(jī)構(gòu)基本都在部署消防無人機(jī)，而其主要作為消防應(yīng)急通信的支撐手段，當(dāng)然其也可以為消防工作提供一些其他幫助，本文重點(diǎn)就無人機(jī)技術(shù)在消防通信當(dāng)中的應(yīng)用展開分析探索，探索了無人機(jī)在消防領(lǐng)域的具體應(yīng)用場景，并重點(diǎn)就消防通信方面探討了無人機(jī)的應(yīng)用方式，指出其可以作為空中基站為受災(zāi)區(qū)域提供通信服務(wù)，也可以作為消防通信系統(tǒng)前端設(shè)備，按物聯(lián)網(wǎng)方式組網(wǎng)，為消防應(yīng)急指揮提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)技術(shù);消防無人機(jī);消防通信;應(yīng)用場景

隨著消防救援任務(wù)不斷加重，對消防通信保障要求越來越高，當(dāng)發(fā)生災(zāi)害或事故，可能導(dǎo)致通信系統(tǒng)遭到破壞，而緊急情況下，消防的反應(yīng)速度將決定救援效果，移動信號通常需要依靠基站傳送，緊急情況下設(shè)立基站并不現(xiàn)實(shí)。因此，為了保障消防通信順暢，無人機(jī)成為一種非常關(guān)鍵的裝備。如何通過無人機(jī)技術(shù)構(gòu)建起消防通信，這值得加強(qiáng)研究。

一、消防無人機(jī)概述

（一）消防無人機(jī)簡述。消防無人機(jī)是當(dāng)前消防救援機(jī)構(gòu)的新朋友，消防無人機(jī)耐高溫，會滅火，智能化，無需跑道可垂直起降，可在災(zāi)害事故現(xiàn)場自由穿梭，可為消防指戰(zhàn)員提供通信應(yīng)急保障。從通信的角度來講，消防無人機(jī)將類似于空中基站，當(dāng)其飛到一定高度甚至將具備準(zhǔn)衛(wèi)星的應(yīng)用特征，在其上加載通信模塊，可實(shí)現(xiàn)較為廣泛的區(qū)域覆蓋，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域通信保障工作，而且無人機(jī)平臺的成本并不高，相比較于衛(wèi)星，簡直九牛一毛，而且可以重復(fù)使用，可返回升級，使用維護(hù)都非常方便。目前消防通信基本已有的通信手段是衛(wèi)星通信、地面有線通信和蜂窩網(wǎng)絡(luò)，其中衛(wèi)星是最常用也最有保障的，無人機(jī)若作為基站進(jìn)入消防通信領(lǐng)域，將提供更多的可能性，在災(zāi)難下進(jìn)行應(yīng)急通信保障顯然具有典型價值意義。

（二）消防無人機(jī)的應(yīng)用場景。從消防救援機(jī)構(gòu)的實(shí)戰(zhàn)需求上來講，消防無人機(jī)投入實(shí)戰(zhàn)中可實(shí)現(xiàn)如下功能。其一，消防偵察，當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時，利用無人機(jī)進(jìn)行偵察，可無視地形和環(huán)境，相比派遣消防員進(jìn)入現(xiàn)場偵察更加安全高效，面對復(fù)雜災(zāi)害現(xiàn)場，偵察小隊(duì)根本無法進(jìn)入，無人機(jī)則可以代替，無人機(jī)偵察的效率更高，可以第一時間查明災(zāi)害事故的關(guān)鍵因素，以便指揮人員正確決策。其二，消防無人機(jī)可針對瞬息萬變的災(zāi)害事故現(xiàn)場進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，尤其是在救援和處置事故過程中，無人機(jī)追蹤檢測，可以精準(zhǔn)提供災(zāi)情變化實(shí)際情況，以便于指揮部實(shí)時掌握動態(tài)情況，從而快速決策，最大限度降低損失。其三，消防無人機(jī)可實(shí)現(xiàn)輔助救援，無人機(jī)可以攜帶一些關(guān)鍵器材進(jìn)入災(zāi)害事故現(xiàn)場，可以空投物資，當(dāng)攜帶擴(kuò)音器，則可以遠(yuǎn)程喊話，指揮受災(zāi)人員撤離，或給予消防員指令，可充當(dāng)臨時基站，建立無線通信鏈路，可應(yīng)急測繪，航拍測繪，將災(zāi)害事故現(xiàn)場情況隨時向指揮部發(fā)布。其四，輔助監(jiān)督，利用無人機(jī)航拍設(shè)備對現(xiàn)場進(jìn)行全面實(shí)時的監(jiān)控，并存儲現(xiàn)場災(zāi)情圖像，并且可將監(jiān)控視頻與其他安防或消防檢控系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享。

二、消防無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用

（一）典型消防無人機(jī)架構(gòu)。一個無人機(jī)架構(gòu)，有機(jī)體，通常為四軸無人機(jī)，其內(nèi)集成控制器、通信模塊和外部設(shè)備如高清可見光攝像頭、紅外熱像儀、拋投設(shè)備、擴(kuò)音器等，配套設(shè)備包括地面站點(diǎn)和無人機(jī)作業(yè)車等，其中控制器主要控制無人機(jī)姿態(tài)、外部設(shè)備作業(yè)，通信模塊則是基于地面站點(diǎn)通信的核心模塊。紅外熱像儀透過煙霧發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)對消防員提供有利幫助，高清可見光攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程拍照、攝像，防抖防摔，可以為遠(yuǎn)程指揮車提供現(xiàn)場高清、多角度視頻資料，控制器依據(jù)相應(yīng)算法可自動計算火場面積。智能傳感器，如氣體傳感器，可以識別火災(zāi)現(xiàn)場一氧化碳等有害氣體，擴(kuò)音器的聲音強(qiáng)度在100m范圍內(nèi)可達(dá)到80dB以上，接收范圍在5公里，可用于災(zāi)害事故現(xiàn)場秩序指揮和疏散指揮。拋投裝置可攜帶多種物資多次投放，可確保救援物資第一時間到達(dá)。通信模塊低延時，支持位置信息、姿態(tài)數(shù)據(jù)、巡檢數(shù)據(jù)實(shí)時回傳，并在地面站顯示，地面站則將實(shí)時數(shù)據(jù)信息上傳指揮部，實(shí)現(xiàn)高效指揮。

（二）無人機(jī)在消防通信中的具體應(yīng)用方式。無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用例子，如波多黎各遭遇強(qiáng)烈臺風(fēng)災(zāi)害后，AT&T公司在波多黎各投放了“飛?！睙o人機(jī)為當(dāng)?shù)靥峁┚o急4G信號，每個無人機(jī)可以提供覆蓋36平方公里區(qū)域的信號。諾基亞公司更進(jìn)一步，將警察和消防車輛變?yōu)橹笓]控制中心，幫助救援者在緊急時刻更為迅速地做出決策，由此消防車就有了自己的4G網(wǎng)絡(luò)，可以在方圓50公里內(nèi)支持移動信號。消防人員發(fā)射無人機(jī)，通過無人機(jī)上的外設(shè)對現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并隨時通過通信模塊將數(shù)據(jù)上傳。具體來看可以讓無人機(jī)搭載局域網(wǎng)單元，可以在災(zāi)害事故現(xiàn)場搭建空間局域網(wǎng)，提供信息服務(wù)，有效支撐現(xiàn)場調(diào)度指揮。當(dāng)然這需要無人機(jī)搭載相應(yīng)的設(shè)備，把無人機(jī)作為空中移動基站來使用。

目前國內(nèi)消防通信應(yīng)急保障中，無人機(jī)是主要設(shè)備，布控球也是關(guān)鍵圖傳設(shè)備。在具體的應(yīng)用中，為了發(fā)揮無人機(jī)最大的優(yōu)勢，按如下思路考慮。即消防救援機(jī)構(gòu)轄區(qū)內(nèi)若出現(xiàn)災(zāi)害事故，應(yīng)急指揮車輛趕赴現(xiàn)場附近，放飛無人機(jī)偵察災(zāi)害事故現(xiàn)場實(shí)際情況，并將現(xiàn)場圖像實(shí)時回傳至無人機(jī)操控手旁邊的監(jiān)視器，數(shù)據(jù)進(jìn)一步分發(fā)給指揮車和指揮中心，為了方便無人機(jī)操作，以及數(shù)據(jù)的接收發(fā)送，需要在現(xiàn)場架設(shè)無線遙控天線以及圖傳接收天線用以擴(kuò)大通信范圍。

基于上述思路，構(gòu)筑如下系統(tǒng)，包含無人機(jī)（設(shè)備集成），應(yīng)急通信車。傳輸鏈路，可按如下方式構(gòu)建，前端以應(yīng)急指揮車為節(jié)點(diǎn)，無人機(jī)由應(yīng)急指揮車攜帶，通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)和應(yīng)急車之間的連接，無人機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)一步通過制高點(diǎn)基站分發(fā)，通過有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至指揮中心。這一通信系統(tǒng)中制高點(diǎn)基站要安裝無線圖傳和無線遙控天線，提高信號覆蓋范圍，無人機(jī)操作靈活，可實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)，廣播式傳輸，實(shí)現(xiàn)高清無線圖傳，可拍攝高清視頻或照片，可全天候飛行。

（三）無人機(jī)應(yīng)用的思考。目前國內(nèi)消防救援機(jī)構(gòu)使用的無人機(jī)建設(shè)周期短，可快速形成能力，前期投資小收益見效快，消防救援機(jī)構(gòu)可以基于無人機(jī)快速到達(dá)，靈活部署，實(shí)現(xiàn)需求快速響應(yīng)，滿足受災(zāi)地區(qū)特殊任務(wù)場景需求，提供各種接入手段，提供各種現(xiàn)場監(jiān)控手段，方便消防救援指揮工作的開展。

但依托目前的技術(shù)來講，無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用上存在一些短板，比如續(xù)航時間不足，載重量不足等，為了確保靈活部署，同時對操控手的要求非常高，實(shí)踐中，消防救援機(jī)構(gòu)在逐步部署消防無人機(jī)，實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)揮了一定優(yōu)勢，具體應(yīng)用上如2020年泉州酒店垮塌事故中，無人機(jī)發(fā)揮了巨大作用，對現(xiàn)場調(diào)度指揮起到了關(guān)鍵支撐作用，但不可忽視的是無人機(jī)續(xù)航時間問題，智能化問題，特別是要采取無人機(jī)集群的情況下，智能化和續(xù)航時間是必須要突破的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)。

三、結(jié)束語

無人機(jī)在消防領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價值前景，實(shí)踐中也有利用無人機(jī)的實(shí)例，在消防通信領(lǐng)域，無人機(jī)可以沖淡空中基站，也可以作為消防應(yīng)急通信的前端裝備，支撐現(xiàn)場指揮車、指揮中心進(jìn)行高效指揮，同時也幫助消防人員展開災(zāi)害事故處理工作。隨著技術(shù)的進(jìn)步，后續(xù)更加高智能、高續(xù)航的無人機(jī)必定會投入運(yùn)用，進(jìn)一步強(qiáng)化其在消防領(lǐng)域的實(shí)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 李懷義.論無人機(jī)集群技術(shù)在消防應(yīng)急通信保障中的應(yīng)用前景[J].中國新通信，2018，20（24）：43-44.

[2] 陳群策.無人機(jī)技術(shù)在通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用探討[J].通訊世界，2020（3）：58-59.

[3] 董括.無線通信技術(shù)在消防通信系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].通訊世界，2017（19）