淺談無人機在消防應急通信中的應用

應急救援部消防局昆明訓練總隊 云南 昆明 650208

引言

無人機應用最早可以追溯到20世紀40年代,20世紀90年代,海灣戰(zhàn)爭后,無人機技術飛速發(fā)展。尤其是近年來,隨著飛控系統(tǒng)的開源,配套技術的進步和市場需求的增加,無人機在各個領域的應用日新月異。目前,無人機在各級消防隊伍均有不同程度的配發(fā),但由于基層使用人員缺乏系統(tǒng)專業(yè)的培訓,滅火救援現(xiàn)場通信混亂等原因致使無人機應用缺乏廣度和深度,往往僅停留在火場圖像采集,合理高效應用無人機,對于提高消防隊伍應急通信保障能力有著重要意義。

1 無人機在消防應急通信中的意義

1.1 消防應急通信的特點

1.實時性。

在火災撲救和搶險救援工作中,通信已成為保障指揮的基本手段。在提高處警能力,改進火場決策手段中起著重要的支柱作用。沒有通信就沒有指揮,就無法確保作戰(zhàn)取得勝利,必須第一時間準確的將救援現(xiàn)場的聲音、圖像和數(shù)據(jù)反饋給各級指揮員和決策機構,第一時間將指令正確下達到各級作戰(zhàn)人員。

2.可靠性。

災害事故現(xiàn)場噪聲干擾源多、通信設備架設條件差;火場的高溫高壓、石油化工場所、隧道、人員密集場所和高層建筑的復雜情況都給消防應急通信保障帶來了極大的挑戰(zhàn)?？鐓^(qū)域聯(lián)合作戰(zhàn)的機率越來越高,參戰(zhàn)隊伍多,任何一個環(huán)節(jié)考慮不周都可能帶來全局性的影響。這都要求消防應急通信必須滿足高可靠性要求。組織通信聯(lián)絡的任何一點疏忽或差錯,都可能使通信聯(lián)絡不暢,從而影響決策指揮。

1.2 無人機在消防應急通信中意義 在2015年天津港重特大安全事故中,消防救援隊伍共調(diào)派25架無人機確?，F(xiàn)場圖像傳輸,為現(xiàn)場指揮調(diào)度和救援的順利進行提供了保障。

1.各項技術集成度高。集合遙測、遙控、遙感、通訊、和GPS差分定位等技術的優(yōu)勢,可裝配電動云臺,實現(xiàn)高分辨率影像的采集,可彌補衛(wèi)星遙感經(jīng)常因云層遮擋獲取不到影像缺點,解決傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感重訪周期過長,應急不及時等問題?？梢詮亩喾轿灰暯怯^察火情事故,為開展火場偵查、人員救援和控制火勢蔓延提供了有力支持。

2.執(zhí)行時間長、機動性高的任務。無人機可以超越人類生理特性極限,執(zhí)行時間長、機動性高的任務。確保災害事故現(xiàn)場信息傳輸?shù)募皶r、準確、全面和持續(xù)。

3.執(zhí)行成本低。由于無人機無需裝備生命保障系統(tǒng),因此可以代替其他造價昂貴的設備深入災害事故現(xiàn)場執(zhí)行多種任務。

4.執(zhí)行任務靈活,操作方便。無人機能從多種平臺上發(fā)射和回收,操作靈活。能在最有效的時間內(nèi)提供最有價值的數(shù)據(jù)信息,確保救援活動的順利開展。

2 無人機在消防應急通信中的有效應用

2.1 災情偵查 當災害發(fā)生時,使用無人機進行災情先導偵查,可以采用手動操作模式或者自主飛行航跡規(guī)劃模式,先于其他的消防救援力量到達災害現(xiàn)場進行災情偵查,根據(jù)無人機自身的性能、飛經(jīng)的地理環(huán)境以及面臨的環(huán)境威脅,在確定了起始位置、目標位置和任務結點后,規(guī)劃出最優(yōu)的飛行路徑,為滅火搶險救援行動提供第一手資料,為行動的開展爭取寶貴時間。在一些急難險重的災害現(xiàn)場,使用無人機進行災情偵查更加突顯其優(yōu)勢,它可以深入到情況不明,有毒有害、易燃易爆等危險環(huán)境中,第一時間開展災情偵查,查明災害事故的關鍵因素,為決策指揮提供全面準確細致的信息。同時,有效的規(guī)避了人員傷亡。此外無人機還可以配備紅外探測、可燃氣體探測和有毒氣體探測等設備,獲取危險部位的關鍵信息,便于及時優(yōu)化滅火救援方案。

2.2 圖像傳輸 無人機圖像實時傳輸系統(tǒng)主要是在滅火救援作戰(zhàn)前沿與災害現(xiàn)場指揮部之間、災害現(xiàn)場指揮部與各級消防指揮中心之間,采用無人機搭載音視頻傳輸模塊采集災害現(xiàn)場的實況圖像,并使用通信模塊進行傳輸,供各級指揮員和專家直觀了解災害現(xiàn)場情況、進行異地會商和實施可視指揮。彌補了3G/4G布控球架困難,受限于火災現(xiàn)場實際情況,圖像采集不完整的短板,克服了單兵圖傳無法深入到情況不明,危險場所采集圖像的缺點。

2.3 擴音喊話 在高層建筑火災撲救,跨區(qū)域跨部門災害事故現(xiàn)場救援行動和石油化工火災撲救中,高層、高溫和現(xiàn)場混亂是解救被困群眾的主要困難,如果能在救援人員和被困群眾之間搭建聯(lián)絡通道,將有利于提高救援的效率。無人機通過云臺搭載擴音和收音設備,通過移動通信鏈路或其他通信鏈路同地面操控人員建立通信聯(lián)絡,保障救援人員和被困群眾的直接聯(lián)系。例如,將手持臺的發(fā)射頻率調(diào)至358.950MHz,同時將無人機通信模塊的接收頻率也調(diào)至358.950MHz,救援人員通過手持臺將喊話內(nèi)容傳輸?shù)綗o人機的收音設備,并通過擴音設備擴散出去,微型擴音設備的電池體積小重量輕,對無人機載荷要求不高。此外利用無人機集群技術,能夠360度無死角對高層建筑形成網(wǎng)格式覆蓋,進一步增強無人機喊話、送物功能,未來具有廣闊的應用前景。

2.4 跟隨通信 通過無人機跟隨拍攝,能攻克室內(nèi)通信困難這一技術堡壘。跟隨方式主要有兩種,GPS跟隨和視覺跟隨,區(qū)別在于確定被拍攝主體位置的方式上。

2.4.1 GPS跟隨 通過GPS的精準定位來確定被拍攝主體位置。無人機通過自帶的GPS模塊確定自身位置,并通過消防救援人員佩帶的智能手機、智能手表、和帶有GPS的遙控器確定消防救援人員所處的位置。在跟隨的過程中,飛控系統(tǒng)和應用程序保證無人機與消防救援人員的相對水平距離始終保持不變,并根據(jù)相對高度調(diào)整相機的俯仰角,保持畫面的穩(wěn)定。

2.4.2 視覺跟隨 要求跟隨目標始終在無人機攝像頭“視覺”范圍內(nèi),這就要求第一、跟隨目標與周邊環(huán)境相比具有較高的辨識度,第二年、要求跟隨對象的速度和加速度與無人機相匹配。一旦超出“視覺”范圍,跟隨即刻停止。

在實際運用中,GPS跟隨應用更為廣泛。

場景一:當無人機與消防救援人員之間短暫出現(xiàn)遮擋物或突然出現(xiàn)的曜光,GPS跟隨基本不受影響。

場景二:滅火救援現(xiàn)場光線昏暗,跟隨目標不易識別的情況下,GPS跟隨也可以使用。

場景三:多角度跟隨,除后方跟隨外,GPS跟隨還可以采用對頭、側面跟隨,在對頭、側面跟隨中,被拍攝主體加速或減速暫時跳出畫面時,GPS跟隨模式下,無人機能夠自動找回跟隨目標。

3 結語

在消防應急通信保障中,無人機的有效應用對于提升通信質(zhì)量和效率具有重要意義,為消防搶險、滅火救援戰(zhàn)斗提供有力支撐。隨著人工智能、飛控設備和通信技術的不斷發(fā)展,消防無人機的災情偵察、圖像傳輸、擴音喊話和跟隨通信等功能將得到進一步的優(yōu)化,為“智慧消防”的建設注入新的活力。