無人機(jī)在化工消防救援中的應(yīng)用

李攀(江蘇省常州市金壇區(qū)消防救援大隊，江蘇 常州 213000)

1 無人機(jī)的主要應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 無人機(jī)簡介

無人機(jī)也被稱之為無人駕駛飛機(jī)，主要是通過無線電遙控設(shè)備和自備程序來進(jìn)行操控，為不載人飛機(jī)。在無人機(jī)的使用上，大致劃分為兩類，分別為民用和軍用。在我國航拍、救災(zāi)、測繪、電力、農(nóng)業(yè)、巡檢等多個領(lǐng)域中獲得廣泛運(yùn)用，使得無人機(jī)的用途全面拓寬。在無人機(jī)的組成上，主要包括飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、發(fā)射回收系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和飛機(jī)機(jī)體?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外的各種無人機(jī)公司已經(jīng)獲得了繁榮發(fā)展，比較具備代表性的包括大疆創(chuàng)新、Parrot、3DRobotics、極飛科技等[1]。

1.2 無人機(jī)特點(diǎn)

將無人機(jī)設(shè)備運(yùn)用在我國的化工事故安全應(yīng)急救援活動中，尤其是將其運(yùn)用在事故偵察、火情監(jiān)控等工作中，可以有效補(bǔ)齊目前在危險品事故應(yīng)急救援上存在的不足之處。同時運(yùn)用更為現(xiàn)代化的飛機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈管理信息系統(tǒng)，可對事故火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行持續(xù)不斷地偵察監(jiān)控，彌補(bǔ)相關(guān)工作人員在事故現(xiàn)場面臨的人身安全問題、數(shù)據(jù)信息采集數(shù)量較少問題、偵查時間較短問題、無法對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時反饋的問題[2]。相較于傳統(tǒng)的消防模式，無人機(jī)救援消防特征和優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

一是更為機(jī)動靈活，便攜性更強(qiáng)。對于一般的小型無人機(jī)來說，其重量在100 kg以下，尤其是對火災(zāi)現(xiàn)場道路救援情況較為復(fù)雜的地區(qū)，人員可以直接徒步，把無人機(jī)帶到事故現(xiàn)場，攜帶過程更為便捷，只要依托于飛行控件即可對無人機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的操控，飛行高度和飛行速度也可通過人工進(jìn)行操作和設(shè)置。對于更為現(xiàn)代化的先進(jìn)無人機(jī)來說，在其中配置雙目視覺系統(tǒng)，具備一定的視覺避障功能，可促使無人機(jī)的機(jī)動性得到全方位增強(qiáng)。

二是視野上，分辨率較高。通過運(yùn)用高分辨率攝像頭，在高空對目標(biāo)進(jìn)行更為全面的全局性拍攝，確定人員和危險品位置，關(guān)注這些事物的方位，同時時刻觀察地面情況，對數(shù)據(jù)進(jìn)行第一時間的傳送。應(yīng)用數(shù)據(jù)鏈技術(shù)和寬帶，即可達(dá)成超視距控制這一發(fā)展目標(biāo)。依照事故救援的實際發(fā)展需求，基于多個角度、多個距離、多個高度，基于不同光線情況下來展開相應(yīng)的救援作業(yè)，以對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時性傳遞，幫助相關(guān)工作人員了解事故現(xiàn)場[3]。

三是價格成本較低，使用過程更為安全可靠。無人機(jī)在生產(chǎn)制造的成本投入上，與其他的消防設(shè)備相比成本投入全面降低，尤其是相較于消防直升機(jī)、偵察設(shè)備和消防車等，消防人員的登車、登機(jī)、穿戴偵檢防護(hù)服等過程直接取消，進(jìn)一步減少時間成本投入。尤其是對大型的化工事故現(xiàn)場，消防救援隊伍只需要通過對無人機(jī)進(jìn)行操控或編制相應(yīng)的飛行任務(wù)，即可偵察災(zāi)情，無須深入到災(zāi)害現(xiàn)場中，就可通過無人機(jī)回傳的圖像數(shù)據(jù)信息，了解事故的一般情況，進(jìn)而制定出針對性的救援計劃，進(jìn)一步避免了傳統(tǒng)化工事故救援活動中存在的不足之處，并維護(hù)消防救援隊伍指戰(zhàn)員的人身安全，安全系數(shù)得到提升，緩解二次事故出現(xiàn)的可能性[4]。

四是具備更強(qiáng)的拓展性，使用途徑更為廣泛。無人機(jī)搭載設(shè)備較為豐富多樣，可以滿足在化工事故救援中的不同使用需求。伴隨著近些年我國無人機(jī)承重能力的不斷提升，云臺模塊化的不斷發(fā)展，個別無人機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)可以依照現(xiàn)場的實際發(fā)展需求，對其搭載模塊進(jìn)行相應(yīng)的更換，以滿足不同環(huán)境、不同條件下的使用需求。具體來說，對化工危險事故的夜間偵察，無人機(jī)可以通過在其中搭載紅外夜視儀或是熱成像儀，即可在最短的時間鎖定救援人員的現(xiàn)場位置，并通過偵察周邊自然環(huán)境，以進(jìn)一步降低在夜間消防救援上的安全風(fēng)險因素。除此之外，無人機(jī)通過運(yùn)用超強(qiáng)抗風(fēng)險設(shè)計，其最強(qiáng)的抗風(fēng)水平可以直接達(dá)到六級以上，對于極端惡劣天氣來說，無人機(jī)也可以正常執(zhí)行工作任務(wù)。

2 化工火災(zāi)的特點(diǎn)

2.1 危險級別比較高

石油化工行業(yè)較為特殊，一旦企業(yè)生產(chǎn)場所中出現(xiàn)大型火災(zāi)，企業(yè)場地中的化工物質(zhì)及周邊自然空氣，都會在短時間內(nèi)迅速燃燒，加之一般存儲化工產(chǎn)品的容器空間有限，會在出現(xiàn)火災(zāi)之后瞬間爆炸，有著較強(qiáng)的爆炸強(qiáng)度，將會給周邊自然環(huán)境帶來無法逆轉(zhuǎn)的毀滅性影響。除此之外，化工產(chǎn)品本身易揮發(fā)，一旦火勢蔓延，接觸到空氣中的氧氣，則會引發(fā)二次爆炸、多次爆炸，會給消防滅火救援人員以及企業(yè)周邊居民、環(huán)境帶來巨大的人身傷亡及財產(chǎn)損失[5]。

2.2 火勢蔓延快

對一般的化工企業(yè)經(jīng)營發(fā)展，其存儲的物質(zhì)多為易燃易爆的有毒物體，同時大多數(shù)物質(zhì)具備較強(qiáng)的揮發(fā)性，用到的原材料燃點(diǎn)較低，一旦遇到明火，容易導(dǎo)致火勢迅速蔓延，同時在火災(zāi)的蔓延過程中帶來一系列爆炸，將明火帶到其他的物體中，進(jìn)而引發(fā)連鎖性火災(zāi)問題，帶來區(qū)域性的大面積火災(zāi)，為后續(xù)的滅火救援工作帶來較大難度。

2.3 火勢的流動性比較強(qiáng)

石油化工企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模相對較大，同時大多數(shù)原材料為露天存儲，具備充足的通風(fēng)自然條件。而這種戶外條件，也會為火災(zāi)的出現(xiàn)和蔓延帶來易燃易爆環(huán)境。一旦易燃易爆的化工物質(zhì)在空氣中和氧氣混合反應(yīng)，則會引發(fā)火災(zāi)問題，進(jìn)而導(dǎo)致其蔓延速度以倍速式增長。再加上液態(tài)的化工產(chǎn)品本身具備較強(qiáng)的揮發(fā)性和流動性，一旦出現(xiàn)火災(zāi)明火，也會伴隨著這些化工產(chǎn)品向周邊蔓延，靠近建筑物，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)次生傷害，對周邊環(huán)境及居住人員，會帶來不同程度的人身安全及財產(chǎn)威脅[6]。

2.4 石化火災(zāi)存在較大的撲救難度

由于化工產(chǎn)品引發(fā)的火災(zāi)問題較為特殊，在滅火救援中需要綜合考量多方因素，因此撲救難度較大。首先，由于化工行業(yè)較為復(fù)雜，生產(chǎn)、存儲設(shè)備具備較強(qiáng)的專業(yè)性，一旦在撲救過程中使用到的救援方式不夠科學(xué)合理，則會對設(shè)備帶來嚴(yán)重?fù)p害，無法保障化工企業(yè)未來的發(fā)展。加之化工企業(yè)內(nèi)部規(guī)劃復(fù)雜，不同的化工產(chǎn)品其物質(zhì)燃燒點(diǎn)也存在差異，我國相關(guān)消防救援部門如何保障滅火劑選擇的正確合理，也存在一定的困難。若是滅火劑選擇不合理，會損害設(shè)備，進(jìn)而引發(fā)二次爆炸，或者是更大的火災(zāi)事故，無法保證現(xiàn)場救援工作人員的人身安全。另外，化工產(chǎn)品大多具備毒性和腐蝕性，在遇到火災(zāi)之后，為其提供了高溫條件，化學(xué)物質(zhì)之間的化學(xué)變化，會導(dǎo)致有毒氣體向周邊大量蔓延，導(dǎo)致消防人員中毒或是對其皮膚帶來腐蝕。最后，由于化工產(chǎn)品撲救滅火之后，需要對設(shè)備進(jìn)行冷卻處理，以規(guī)避爆炸問題。但是這一工作，需要花費(fèi)較長的時間周期，若是在冷卻規(guī)劃制定上不夠完善，除了會導(dǎo)致投入巨大，還會帶來更大的火災(zāi)預(yù)防困難問題[7]。

3 無人機(jī)在化工消防救援中的應(yīng)用

3.1 災(zāi)情的偵查

若是化工企業(yè)現(xiàn)場出現(xiàn)火災(zāi)，現(xiàn)場情況將會更為混亂、更為復(fù)雜，若是消防救援工作人員未了解現(xiàn)場實際情況，盲目展開后續(xù)的消防救援活動，除了會導(dǎo)致自身處于危險環(huán)境中，還會導(dǎo)致火災(zāi)救援過程更為困難。但是將無人機(jī)設(shè)備科學(xué)合理運(yùn)用在其中，可以進(jìn)一步降低消防救援工作人員的人身安全威脅系數(shù)。在正式展開消防救援工作之前，可以通過無人機(jī)對現(xiàn)場情況進(jìn)行詳細(xì)勘察，由于無人機(jī)體積較小，操作過程較為便捷，操作方法較為靈活，在出現(xiàn)火災(zāi)之后，可以第一時間將其投入到火災(zāi)現(xiàn)場中展開或進(jìn)行偵查。尤其是對個別化工火災(zāi)現(xiàn)場，受到環(huán)境、天氣、地形等相關(guān)因素的影響，救援人員無法第一時間進(jìn)入到火場，此時選擇可以通過無人機(jī)拍攝火災(zāi)現(xiàn)場，并將數(shù)據(jù)信息和圖像直接回傳到指揮調(diào)度中心中去，方便救援工作人員掌握火場情況，最后依照現(xiàn)場情況制定出針對性的救援計劃。在進(jìn)行化工消防救援時，也會遇到一些無法預(yù)見的突發(fā)問題，可以通過運(yùn)用無人機(jī)設(shè)備，有效應(yīng)對突發(fā)狀況。例如可以將風(fēng)速儀和測溫儀直接安裝在無人機(jī)中，針對化工企業(yè)的危險品展開偵查。

除了可以進(jìn)一步縮短偵察時間，保障其救援過程的快速有效，還可以為后續(xù)的救援規(guī)劃制定提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)參照。在將無人機(jī)投入到化工救援現(xiàn)場之后，可以通過其拍攝設(shè)備獲得更多的目標(biāo)照片，并通過運(yùn)用3D建模技術(shù)和云計算技術(shù)，將拍攝下來的照片直接傳輸?shù)皆?wù)器中，形成三維立體實景。整個過程無需人工進(jìn)行過多干預(yù)，即可進(jìn)行3D建模，并在拍攝照片之后，形成實景三維模型，以更為真實直觀地展現(xiàn)出火場情況。最后針對模型中的不同位置來建設(shè)針對性的消防部署計劃。舉例來說，可以形成戶外消防計劃、道路交通消防計劃、水源情況分析，并明確石油化工企業(yè)的場地消防通道。最終生成的3D模型也可以基于不同終端設(shè)備進(jìn)行顯示，既可進(jìn)行手機(jī)查看，也可以進(jìn)行電腦終端操作靈活，進(jìn)行縮放、隨意傾斜，以便于消防工作的全景開展[8]。

3.2 信息收集

在進(jìn)行化工滅火救援時，可以依照火場的實際情況，設(shè)置針對性的無人機(jī)信息收集模塊，通過無線郵件、衛(wèi)星線路之間的有機(jī)整合，為相關(guān)工作人員收集更為全面的數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)的火場救援提供相應(yīng)的理論參照依據(jù)。

在救援過程中，可以通過運(yùn)用5G、4G技術(shù)，實現(xiàn)和救援指揮部之間的有效銜接，不管是對于救援人員，還是現(xiàn)場調(diào)度指揮工作人員，都可以收集到一手?jǐn)?shù)據(jù)信息和視頻資料，以保障后續(xù)調(diào)度指揮的有效性，確保救援工作順利推進(jìn)。除此之外，也可以通過無人機(jī)技術(shù)回傳數(shù)據(jù)信息采集圖片，依照收集信息實際情況進(jìn)行全面分析，為后續(xù)的火災(zāi)災(zāi)情評估提供有效支持。

3.3 指揮調(diào)度

截至今天，無人機(jī)在功能設(shè)置上已經(jīng)變得越來越多元化，可以攜帶不同模塊，依照火場實際情況，滿足不同的調(diào)度指揮需求。

首先可以通過在無人機(jī)中裝載云模塊，在火災(zāi)現(xiàn)場展開高空喊話，將遠(yuǎn)程消防救援指令第一時間傳遞到現(xiàn)場救援人員耳邊，尤其是對化工滅火消防救援工作中的高層人員救援，其價值和優(yōu)勢更為突出。

其次是在化工消防救援現(xiàn)場中，消防工作人員需要了解最新的火災(zāi)情況，以便于第一時間展開撲救，若是只依靠人工來進(jìn)行傳達(dá)，不管是傳遞時間還是在傳遞效率上，都無法滿足現(xiàn)場的滅火救援需求。但無人機(jī)體積較小，飛行過程更為靈活，飛行速度較快，可以為相關(guān)工作人員提供更為精準(zhǔn)有效的火災(zāi)情況，以確保消防救援的精準(zhǔn)有效。若是化工火災(zāi)現(xiàn)場出現(xiàn)了更為嚴(yán)重的火情，現(xiàn)場通訊線路和信息傳送線路都會被破壞，但無人機(jī)可以避免受到這些外界因素的影響，直接進(jìn)行現(xiàn)場信號的轉(zhuǎn)換，便于對火情情況進(jìn)行第一時間的上傳下達(dá)，確保滅火救援過程有條不紊、順利推進(jìn)[9]。

3.4 化工火災(zāi)的撲救

相較于其他火災(zāi)問題，化工火災(zāi)更為復(fù)雜，危險性更強(qiáng)，無法進(jìn)行近距離偵察。可以通過用無人機(jī)中的高清光學(xué)鏡頭，對火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行動態(tài)化的即時勘察，以獲得更為清晰直觀的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而傳遞給指揮調(diào)度中心。無人機(jī)還可以通過獲取現(xiàn)場的有毒物質(zhì)信息，測定化工火災(zāi)現(xiàn)場的毒氣濃度情況，明確救援管控范圍，尤其是對地形復(fù)雜的化工火災(zāi)現(xiàn)場，相關(guān)救援工作人員無法到現(xiàn)場展開救援，此時就可以通過無人機(jī)攜帶滅火劑，在現(xiàn)場中進(jìn)行高空滅火。高空的投彈滅火，主要是通過攜帶超強(qiáng)系列干粉滅火器，直接將無人機(jī)飛行到指定位置，在火場上空運(yùn)用遠(yuǎn)程遙控，直接精準(zhǔn)釋放滅火彈。無人機(jī)接收到信號之后，控制電動機(jī)旋轉(zhuǎn)投擲艙，擋板升起，以彈力作用直接將滅火劑彈射到火源處，與明火接觸，最后引爆滅火彈。其價值和優(yōu)勢就在于，投擲過程更為快速，精準(zhǔn)投放，實現(xiàn)了高效率滅火，有效規(guī)避火勢蔓延問題。

3.5 化工火災(zāi)的預(yù)防

相較于高空鷹眼偵察鏡頭，無人機(jī)使用過程更為便捷，使用方式更為靈活，尤其是對于化工現(xiàn)場的火災(zāi)高發(fā)期，可以通過運(yùn)用無人機(jī)搭載紅外鏡頭來展開高空偵察，以便于快速尋找出火災(zāi)的具體位置和化工產(chǎn)品的救援切入點(diǎn)，便于相關(guān)工作人員制定出針對性的滅火救援措施，有效規(guī)避火災(zāi)事故的惡化。另外，對有毒有害物質(zhì)泄漏較多的位置，可以通過在無人機(jī)中搭載有毒有害物質(zhì)檢測儀器，對其濃度展開動態(tài)化的實時測定，以在最短的時間內(nèi)尋找出有毒物質(zhì)的救援切入點(diǎn)，便于相關(guān)技術(shù)工作人員進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)度，制定出相關(guān)的預(yù)防措施，有效規(guī)避其他事故出現(xiàn)的可能性。

4 無人機(jī)發(fā)展展望

4.1 無人機(jī)長時間續(xù)航技術(shù)

現(xiàn)階段在無人機(jī)的使用過程中，大多數(shù)用的都是電池供電模式，續(xù)航時間僅有1 h，但是對于化工危險品的現(xiàn)場消防救援來說，救援任務(wù)較為緊急，救援時間較久，少則幾個小時，多則可能持續(xù)數(shù)天。因此，無人機(jī)的續(xù)航時間需滿足化工救援的發(fā)展需求。若是需要頻繁起降、更換電池，會導(dǎo)致監(jiān)測任務(wù)受到負(fù)面影響，增加更多的不穩(wěn)定性危險因素。這就需要相關(guān)工作人員加強(qiáng)研發(fā)，研發(fā)出更多續(xù)航時間更長的電池，或者應(yīng)用其他形式的能源來為無人機(jī)提供保障，改善無人機(jī)結(jié)構(gòu)。例如可以通過運(yùn)用輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)一步降低機(jī)體的重量，減少電池耗電。

4.2 無人機(jī)大數(shù)據(jù)消防技術(shù)

未來在我國無人機(jī)技術(shù)的使用過程中，無人機(jī)收集的數(shù)據(jù)信息將直接匯總成大數(shù)據(jù)，通過建設(shè)大數(shù)據(jù)消防救援平臺，以實現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)和消防救援工作之間的深度融合，這也契合了目前在我國消防救援工作中危險品急救智能化的發(fā)展需求。例如在出現(xiàn)化工危險品燃燒爆炸等大型災(zāi)害事故之后，通過運(yùn)用無人機(jī)來進(jìn)行現(xiàn)場檢查，捕捉現(xiàn)場的各類火情數(shù)據(jù)信息，并在第一時間回傳，運(yùn)用大數(shù)據(jù)消防平臺來展開相應(yīng)的處理，實現(xiàn)影像的快速拼接、數(shù)據(jù)之間的深度整合，將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息和過往數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比對分析，并依托于AI智能技術(shù)、云計算技術(shù)，生成事故現(xiàn)場的應(yīng)急救援報告，對事故危險等級進(jìn)行自動分析，掌握現(xiàn)場滅火救援所需要的裝備器材數(shù)量情況，為其提供在救援滅火上的個人防護(hù)信息建議，促使化工產(chǎn)品應(yīng)急救援效率得到全方位的提升[10]。

5 結(jié)語

綜上所述，在我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)高速發(fā)展的社會背景下，無人機(jī)技術(shù)水平也在不斷地提升過程中，逐步邁向了繁榮階段。將無人機(jī)用在我國的化工行業(yè)消防救援工作中，可以將其作為輔助設(shè)備，改善滅火效果，提高滅火效率，對化工火災(zāi)的搶險救災(zāi)以及應(yīng)急突發(fā)事件，有著非常重要的現(xiàn)實意義。便于相關(guān)工作人員快速判斷現(xiàn)場火情情況，制定出更為科學(xué)合理的救援決策，為后續(xù)滅火救援活動的順利推進(jìn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。因此作為消防工作者，需掌握無人機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢特征以及化工火災(zāi)的特點(diǎn)，制定出針對性的應(yīng)用措施，圍繞火災(zāi)現(xiàn)場的災(zāi)情偵查、數(shù)據(jù)信息的收集、現(xiàn)場指揮調(diào)度、火災(zāi)撲救、火災(zāi)預(yù)防五個層面，發(fā)揮出無人機(jī)技術(shù)的最大價值。但同時也需相關(guān)消防工作人員清晰地認(rèn)識到，目前在無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展上，仍存在一定的缺陷和不足有待完善。例如續(xù)航時間較短，大數(shù)據(jù)技術(shù)還未得到有效運(yùn)用。未來需圍繞續(xù)航時間和大數(shù)據(jù)消防技術(shù)的運(yùn)用展開持續(xù)性的探索和研究，以發(fā)揮出無人機(jī)技術(shù)對消防滅火救援的最大價值，為人們提供一個更為安全可靠的居住生活環(huán)境。