淺談無人機(jī)在消防滅火救援實(shí)戰(zhàn)研究

崔海龍

摘要：我國的消防事業(yè)面臨著日益復(fù)雜的救援環(huán)境，傳統(tǒng)的監(jiān)測救護(hù)手段已經(jīng)不能高質(zhì)量的完成救護(hù)工作，無人機(jī)的發(fā)展和完善為消防提供了新的解決方案和途徑。上?？傟?duì)在滅火救援過程中應(yīng)用無人機(jī)航拍技術(shù)對(duì)火場畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，這種方法在“12.13”上海嘉里糧油火災(zāi)現(xiàn)場得到了很好的應(yīng)用，各個(gè)層級(jí)通過無人機(jī)的視頻傳輸看到了火災(zāi)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)圖像。本文對(duì)滴水湖中隊(duì)是否可在到達(dá)火場前就對(duì)火場的相關(guān)信息進(jìn)行采集，進(jìn)行了無人機(jī)偵察的實(shí)地測試。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);消防滅火救援;火災(zāi)偵查

隨著無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，全球即將進(jìn)入無人機(jī)時(shí)代，現(xiàn)在不僅僅是一個(gè)簡單的航拍玩具，無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，在電路巡查、環(huán)境監(jiān)測、影視航拍、數(shù)字農(nóng)業(yè)、公共安全等方面充當(dāng)起重要角色，我國的消防事業(yè)面臨著日益復(fù)雜的社會(huì)救護(hù)和滅火救援工作，隨著各類山區(qū)救援、深林火災(zāi)、抗洪搶險(xiǎn)、化學(xué)品事故泄漏的頻發(fā)，傳統(tǒng)的監(jiān)測救護(hù)手段已經(jīng)不能完成高質(zhì)量的救護(hù)工作，無人機(jī)的發(fā)展和完善為消防提供了新的解決方案和途徑，尤其是無人機(jī)航拍傳送技術(shù)，可以通過在空中對(duì)復(fù)雜地形和樓層進(jìn)行監(jiān)控，并傳回圖像，為救援工作提供了更多選擇。

上海市消防救援總隊(duì)在滅火救援過程中應(yīng)用無人機(jī)航拍技術(shù)對(duì)火場畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，技術(shù)手段是通過無人機(jī)控制器搭載的高清圖像傳輸裝置將圖像連接到4G圖傳上，再通過指揮系統(tǒng)進(jìn)行觀看，間接的搭載了地面操作平臺(tái)。這種方法在“12·13”上海嘉里糧油火災(zāi)現(xiàn)場得到了很好的應(yīng)用，各個(gè)層級(jí)通過無人機(jī)的視頻傳輸看到了火災(zāi)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)圖像。

通過查閱資料發(fā)現(xiàn)在國外有許多無人機(jī)在滅火救援中起到的作用基本都是到場后對(duì)火場的畫面信息進(jìn)行傳輸，中隊(duì)是否可在到達(dá)火場前就對(duì)火場的相關(guān)信息進(jìn)行采集，針對(duì)這種情況筆者以滴水湖中隊(duì)為例進(jìn)行了無人機(jī)偵察的實(shí)地測試（車輛布置不作為實(shí)戰(zhàn)力量參考），并從中總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)供大家參考。

1? 無人機(jī)在消防滅火救援中案例分析

1.1? 天津港爆炸救援實(shí)例

2015年8月12日，天津港發(fā)生危險(xiǎn)品爆炸事件，事故現(xiàn)場存在大量危化品，在發(fā)生爆炸之后產(chǎn)生大量有毒有害氣體，對(duì)救援人員的生命健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，救援人員無法開展傳統(tǒng)的人工采集圖像手段。因此，消防救援局調(diào)集8架消防無人機(jī)開展現(xiàn)場圖像采集，實(shí)時(shí)獲取全范圍、全方位的高清災(zāi)害現(xiàn)場圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的災(zāi)害和救援過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并且及時(shí)向指揮部提供災(zāi)情動(dòng)態(tài)圖像。

1.2? 美國佛羅里達(dá)州的卡拉翰輪胎廠倉庫案例

2017年5月，位于美國佛羅里達(dá)州的卡拉翰輪胎廠倉庫突然傳來巨大的爆炸聲。隨后，僅僅在10min內(nèi)，整個(gè)建筑就被火焰吞沒。而緊挨著建筑的4000條輪胎也跟著著火了。在風(fēng)的助威下大火迅速蔓延，輪胎燃燒引起了長達(dá)數(shù)英里的黑煙。在當(dāng)?shù)伛R納提縣的南馬納提消防隊(duì)趕到后，火災(zāi)已經(jīng)迅速從三級(jí)火災(zāi)升級(jí)為五級(jí)火警。南馬納提消防隊(duì)第一時(shí)間派出無人機(jī)對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行偵查。通過無人機(jī)觀察，準(zhǔn)確判斷了煙羽正向附近一所學(xué)校發(fā)展，短短幾分鐘，就成功聯(lián)絡(luò)學(xué)校，讓他們緊閉門窗，保障師生安全。

1.3? 巴黎圣母院火災(zāi)案例

在巴黎圣母院發(fā)生火災(zāi)的救援過程中，消防員使用消防無人機(jī)監(jiān)控巴黎圣母院火災(zāi)的進(jìn)程，并尋找最佳位置來瞄準(zhǔn)灑水滅火點(diǎn)。消防部門通過使用消防無人機(jī)，飛越巴黎圣母院，獲得了控制火勢的必要數(shù)據(jù)。這場大火燒毀了巴黎圣母院的屋頂、塔尖、彩色玻璃窗和管風(fēng)琴，造成嚴(yán)重?fù)p失。消防隊(duì)發(fā)言人普拉斯告訴當(dāng)?shù)孛襟w，無人機(jī)在拯救大教堂結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮了重要作用。普拉斯表示消防無人機(jī)讓消防隊(duì)能夠正確使用手頭的資源。

1.4? 無人機(jī)在消防滅火救援中的優(yōu)勢

三起案例中消防隊(duì)到達(dá)現(xiàn)場后立即使用無人機(jī)偵查并有針對(duì)性的進(jìn)行救援行動(dòng)，通過案例可以看出無人機(jī)在滅火救援中主要有以下優(yōu)勢：

（1）有利于火場前期偵察

無人機(jī)在執(zhí)行火場偵察任務(wù)的過程中，可以有效獲取火災(zāi)損毀評(píng)估的高清實(shí)時(shí)圖像。地面指揮人員可以通過遙控指令來改變飛行航線及高度，從而獲取重點(diǎn)區(qū)域的詳盡圖像。詳查圖像可以馬上通過無線電路傳到地面指揮端，立即為指揮端提供火場內(nèi)部的情況，包括火場蔓延趨勢、過火面積、地理坐標(biāo)等重要的火場態(tài)勢信息。在無人機(jī)上配備紅外探測設(shè)備，可對(duì)過火區(qū)域開展紅外探測，紅外設(shè)備穿透煙霧得到地表的溫度，從而獲取火場范圍內(nèi)完整的地面溫度的相關(guān)分布圖像，使得指揮端可以及時(shí)了解滅火效果，從而及時(shí)調(diào)整并調(diào)配地面人員對(duì)火場區(qū)域進(jìn)行撲救。

（2）有利于提升救援效率

南馬納提消防隊(duì)的危險(xiǎn)物料處理組發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)方法搜救需要數(shù)小時(shí)，而訓(xùn)練有素的飛手操控?zé)o人機(jī)搜救僅需數(shù)分鐘。由于每次氧氣供應(yīng)只持續(xù)30min，先鋒隊(duì)員需要花費(fèi)20min在往返途中，僅有10min可用于收集數(shù)據(jù)和搜救被困人員。為完成搜救任務(wù)，消防隊(duì)員需要多次往返受災(zāi)區(qū)域和駐地，這不僅浪費(fèi)了寶貴的時(shí)間，也對(duì)隊(duì)員生命安全造成威脅。而消防無人機(jī)則可扮演先鋒角色，率先進(jìn)入災(zāi)害區(qū)域，提供整個(gè)災(zāi)害現(xiàn)場的俯視圖，以便隊(duì)員進(jìn)入后使用。無人機(jī)可將救援行動(dòng)縮短2～3h，為被困者爭取更多生機(jī)。

（3）有利于指戰(zhàn)員作戰(zhàn)安全

通過在災(zāi)害現(xiàn)場使用無人機(jī)，消防隊(duì)員可以對(duì)災(zāi)害定性，確認(rèn)或否認(rèn)尚未確定的情報(bào)，并盡可能精確地制定救援措施。消防隊(duì)員進(jìn)入現(xiàn)場后，無人機(jī)可觀察災(zāi)害現(xiàn)場的細(xì)微變化，以免發(fā)生任何次生災(zāi)害。相對(duì)于機(jī)器人等救援設(shè)備，無人機(jī)在危險(xiǎn)品救援行動(dòng)更加安全，減少人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)，減少防護(hù)服的穿戴次數(shù)。

2? 以臨港大隊(duì)轄區(qū)單位商業(yè)體為對(duì)象模擬火災(zāi)現(xiàn)場對(duì)案例測試

2.1? 測試天氣情況

晴，東南風(fēng)4～5級(jí)。

2.2? 測試機(jī)型

無人機(jī)機(jī)型大疆Phantom3Standard娛樂級(jí)無人機(jī)，續(xù)航時(shí)間為25min，1200萬像素。

2.3? 測試內(nèi)容

（1）火警出動(dòng)。

（2）到達(dá)距離火場約2～3km，無人機(jī)起飛。

（3）火場信息實(shí)時(shí)傳輸，發(fā)現(xiàn)具體火災(zāi)部位，附近水源。

（4）指揮獲取火場信息，進(jìn)行任務(wù)分工。以中隊(duì)、大隊(duì)、支隊(duì)、總隊(duì)各個(gè)層級(jí)為單位進(jìn)行相應(yīng)信息共享。圖3為頭車分享任務(wù)到各作戰(zhàn)車輛。

（5）圖4，到場按照車上分工進(jìn)行車輛?？浚ㄔ诠蚕硇畔D內(nèi)進(jìn)行標(biāo)注）展開。

通過這個(gè)測試可以看出無人機(jī)在滅火救援中為中隊(duì)滅火救援起到了很好的偵察作用。通過無人機(jī)預(yù)先給出的信息更加準(zhǔn)確，增加指揮員對(duì)預(yù)先展開判斷，使各個(gè)車輛任務(wù)分配更加合理。減少指揮員外部火場偵察、車輛尋找水源的時(shí)間，同樣在處置其他救援任務(wù)中起相應(yīng)的作用，例如在槽罐車泄漏時(shí)，可以減少人員近距離接觸危險(xiǎn)品的前提下快速定位泄漏位置、起火點(diǎn)等。在大面積的森林火災(zāi)可以第一時(shí)間確定火災(zāi)面積，進(jìn)而快速進(jìn)行布防攔截。

2.4? 無人機(jī)測試的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）實(shí)現(xiàn)火場信息共享，為后續(xù)應(yīng)援車輛提供透明信息;

（2）可攜帶氣體檢測裝備，判斷布置警戒范圍，減少人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn);

（3）持續(xù)觀察煙羽的可視光和熱成像變化;

（4）清晰觀察有害物質(zhì)對(duì)周邊環(huán)境的污染狀況;

（5）明確現(xiàn)場周邊需要封閉管控的區(qū)域;

（6）通過無人機(jī)喊話提醒周邊居民在安全場所避險(xiǎn);

（7）通過無人機(jī)預(yù)先給出的信息，增加指揮員對(duì)預(yù)先展開判斷，使各個(gè)車輛任務(wù)分配更加合理;

（8）減少指揮員外部火場偵察、車輛尋找水源的時(shí)間。

3? 無人機(jī)在消防滅火救援中遇到的困難及建議

3.1? 中隊(duì)使用大疆無人機(jī)型號(hào)較舊，無法達(dá)到相應(yīng)起飛距離

目前中隊(duì)測試使用的小型無人機(jī)為Phantom3 Standard娛樂級(jí)無人機(jī)，續(xù)航時(shí)間為25min，像素在1200萬，在性能上根本無法滿足火場偵察攝像要求。中隊(duì)配備的大型無人機(jī)機(jī)動(dòng)性差，不適合作為火災(zāi)初期偵察使用。建議配備目前大疆更加專業(yè)的小型無人機(jī)，根據(jù)大疆工程師提供的數(shù)據(jù)，偵察用mavic2無人機(jī)飛行實(shí)測距離在3km，禪思H20系列攝像頭可以在400m外看清車牌號(hào)。

3.2? 中隊(duì)?wèi)?zhàn)備車輛對(duì)無人機(jī)信號(hào)干擾較大

由于消防車自帶相關(guān)電臺(tái)設(shè)備，對(duì)無人機(jī)起飛有一定影響，這里分為兩種情況，飛機(jī)在車外時(shí)起飛不受影響，但是飛機(jī)在車內(nèi)或者靠近車頭部位時(shí)信號(hào)干擾較為嚴(yán)重，經(jīng)過試驗(yàn)無飛機(jī)在組裝一七后座車頂部位不影響起飛，可以嘗試在成員室上面設(shè)置天窗供無人機(jī)起飛。另據(jù)大疆工程師提供，從技術(shù)上可以增加遙控器信號(hào)功率或者其他頻段實(shí)現(xiàn)，只是這種需求不多并不會(huì)單獨(dú)研發(fā)，從法規(guī)層面上對(duì)遙控器頻段和頻率上也是有限制的。

3.3? 小型無人機(jī)因?yàn)樯嵋鬅o法進(jìn)行防雨設(shè)施

經(jīng)了解目前小型無人機(jī)由于其散熱需要無法進(jìn)行防雨設(shè)施的密封，大型無人機(jī)可以做到雨天飛行，但會(huì)失去一定的機(jī)動(dòng)性。建議大型火場可以配備大型無人機(jī)，以彌補(bǔ)小型無人機(jī)的缺陷。

3.4? 無人機(jī)受建筑物影響較大

目前中隊(duì)使用的無人機(jī)實(shí)測飛行距離在二三百米，如遇到建筑物遮擋，一百米的距離信號(hào)顯示無法連接，如果在市區(qū)使用勢必對(duì)飛行距離產(chǎn)生影響，據(jù)了解，目前市場上已經(jīng)有可以穿越樓層的信號(hào)技術(shù)，但非實(shí)測數(shù)據(jù)，具體作用還要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

3.5? 缺少相應(yīng)規(guī)程和專業(yè)培訓(xùn)

雖然上海市消防救援支隊(duì)在前期進(jìn)行了一些無人機(jī)培訓(xùn)，但是目前只有部分中隊(duì)有無人機(jī)飛手，無法保證每個(gè)消防站人員的配備，對(duì)無人機(jī)火場應(yīng)用缺少相應(yīng)的規(guī)程。建議在硬件配備齊全前提下制定相應(yīng)的規(guī)程，加大人員培訓(xùn)，使無人機(jī)技術(shù)真正用到滅火救援過程中。

3.6? 缺少配套的地面站及配套平臺(tái)

中隊(duì)的無人機(jī)使用只依靠大疆的App進(jìn)行操作，在測試過程中圖像傳輸依靠手機(jī)截圖通過微信發(fā)送到各個(gè)車輛指揮部，建議設(shè)置以中隊(duì)為單位的一級(jí)指揮平臺(tái)，以頭車為地面總站，各個(gè)車輛間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。如圖5所示。同時(shí)在支隊(duì)、總隊(duì)、部局等單位設(shè)置相應(yīng)的指揮平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，可與現(xiàn)行的指揮網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行整合。

目前為消防隊(duì)使用的定制無人機(jī)較少，但根據(jù)大疆工程師介紹無人機(jī)在出廠設(shè)置時(shí)會(huì)預(yù)留相應(yīng)端口，這些端口可以搭載一些設(shè)備，例如有毒氣體檢測儀，可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，可搭載熱成像儀，快速識(shí)別被救援人員具體位置，可以搭載廣播系統(tǒng)，搜尋被困人員。

無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用會(huì)隨著技術(shù)的成熟更好地為消防救援工作服務(wù)，節(jié)約救援時(shí)間，降低救援風(fēng)險(xiǎn)，提升救援效率。

4? 結(jié)語

本文以滴水湖中隊(duì)為對(duì)象模擬火災(zāi)現(xiàn)場對(duì)無人機(jī)開展測試，可以通過無人機(jī)預(yù)先給出的信息更加準(zhǔn)確，增加指揮員預(yù)先展開判斷，使各個(gè)車輛任務(wù)分配更加合理。減少指揮員外部火場偵察、車輛尋找水源的時(shí)間，但是無人機(jī)在消防滅火救援中還存在很多問題，本文給出很多建議以供參考。

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Research on UAV in fire fighting and rescue actual combat

Cui Hailong

Fire and Rescue Department of Shanghai

Abstract：The domestic fire industry is facing increasingly complex rescue work， the traditional means of monitoring and rescue have been unable to complete high-quality rescue work， the development and improvement of UAV provide new solutions and ways for fire protection. In the process of fire fighting and rescue， fire and rescue department of Shanghai applied UAV aerial technology to real-time transmission of fire scene images. This method has been well applied in the "12.13" Shanghai Jiali grain and oil fire scene. The real-time images of the fire scene can be seen at all levels through UAV video transmission. In this paper， whether Dishui Lake squadron can collect the fire-related information before arriving at the fire site is tested.

Keywords：UAV; fire fighting and rescue; fire investigation