無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用初探

■ 耿鐸 秦皇島市消防救援支隊(duì)

消防是應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件的基本保障，隨著社會(huì)治安形勢(shì)的變化，消防單位應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件的壓力不斷增大。在這種情況下，需要建立一個(gè)全天候、全方位、全流程的消防系統(tǒng)，才能有效地提升應(yīng)急處置能力。其中，無人機(jī)的運(yùn)用，一方面可以加強(qiáng)消防部門的信息搜集，一方面也可以在一定程度上為緊急情況的處置提供支持，從多個(gè)方面保證了對(duì)突發(fā)事件的處置效率。隨著科技的飛速發(fā)展，無人機(jī)也逐漸被開發(fā)出來，并且被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，為各行各業(yè)帶來了翻天覆地的變化，無人機(jī)在全國(guó)各地的消防救援隊(duì)伍中取得了相當(dāng)好的使用效果。然而，在實(shí)際運(yùn)用中，由于消防部門對(duì)無人機(jī)的專業(yè)知識(shí)欠缺，致使消防通信員對(duì)其運(yùn)用缺乏詳盡的認(rèn)識(shí)，致使無人機(jī)在消防通信領(lǐng)域的應(yīng)用局限于空中偵察，難以實(shí)現(xiàn)深入的應(yīng)用。因此，文章就如何在消防通信中使用無人機(jī)的一些問題進(jìn)行了探討，以期能為消防單位提供一些參考。

一、無人機(jī)技術(shù)概述

（一）技術(shù)形式

無人機(jī)即無人駕駛飛機(jī)，是一種通過程序控制或無線電控制設(shè)備的飛行器。近年來，無人機(jī)技術(shù)得到了快速發(fā)展，已經(jīng)在農(nóng)業(yè)，林業(yè)，國(guó)防等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，我國(guó)無人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，市場(chǎng)前景廣闊。無人機(jī)在軍事監(jiān)視和偵察領(lǐng)域的應(yīng)用大放異彩，已成為戰(zhàn)場(chǎng)上不可或缺的作戰(zhàn)工具，在這一領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。全球信息化水平日益提高，無人機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也日趨廣泛。無人機(jī)作為自動(dòng)化的先進(jìn)武器，必須有自己的智能化思想，并且要有先進(jìn)的電子技術(shù)和計(jì)算技術(shù)，使無人機(jī)能夠根據(jù)傳感器提供的信息自動(dòng)完成對(duì)目標(biāo)體的搜索[1]。無人機(jī)系統(tǒng)中每個(gè)設(shè)備都是一個(gè)系統(tǒng)，通過對(duì)這些設(shè)備的集成，使得無人機(jī)的性能大大提高。對(duì)于無人機(jī)系統(tǒng)來說，不僅包括雷達(dá)、通信設(shè)備、傳感器、機(jī)械裝置、電源等機(jī)械系統(tǒng)，還包括通信、導(dǎo)航、控制系統(tǒng)以及其他應(yīng)用模塊。在無人機(jī)系統(tǒng)中集成以上一些模塊之后，可以大大簡(jiǎn)化了無人機(jī)使用所需的設(shè)備種類，也簡(jiǎn)化了生產(chǎn)操作。

無人機(jī)存在多種形式，如多旋翼無人機(jī)通常是采用多個(gè)旋翼并形成一個(gè)機(jī)頭，利用這類機(jī)頭的特點(diǎn)，可以使得無人機(jī)在沒有動(dòng)力裝置支持的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別與定位。由于多旋翼翼組都為采用對(duì)稱軸或?qū)ΨQ對(duì)角線旋轉(zhuǎn)，提供了極大可能，因此很多無人機(jī)采用多旋翼進(jìn)行飛行，多旋翼機(jī)具有較高的可擴(kuò)展性，這也是未來無人機(jī)在偵查方面所具有的優(yōu)勢(shì)所在；雙軸穩(wěn)定翼是一種由螺旋槳驅(qū)動(dòng)的雙發(fā)螺旋槳飛機(jī)，具有更大的升力，因此能夠提供更高的升力來實(shí)現(xiàn)對(duì)螺旋槳提供的推力進(jìn)行控制。當(dāng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)，飛機(jī)能夠快速地完成升力控制并通過尾翼釋放升力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)身和無人機(jī)產(chǎn)生推力。

（二）無人機(jī)功能模式

無人機(jī)功能架構(gòu)指用于處理飛行數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心的一系列工具，其中最重要的是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、地圖、任務(wù)規(guī)劃以及監(jiān)控飛行計(jì)劃。無人機(jī)包括任務(wù)規(guī)劃器、通信設(shè)備、遙控器、云臺(tái)等，每個(gè)組件都有其工作方式。系統(tǒng)架構(gòu)可以將不同種類的系統(tǒng)進(jìn)行連接或者將其整合到相同的一套軟件中。系統(tǒng)架構(gòu)可以簡(jiǎn)單地劃分為以下幾種功能模式：第一，簡(jiǎn)單模式。其中最基本的工作原理是根據(jù)硬件系統(tǒng)的需求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的程序，然后將這些程序用來控制飛機(jī)。當(dāng)飛機(jī)飛到一個(gè)高度時(shí)，任務(wù)規(guī)劃器開始執(zhí)行一個(gè)初始化項(xiàng)目，并以每個(gè)指令下各執(zhí)行一個(gè)獨(dú)立動(dòng)作來完成任務(wù)；第二，任務(wù)模式。無人機(jī)的任務(wù)是一種自動(dòng)執(zhí)行的任務(wù)模式，包括兩個(gè)方面：一個(gè)是自動(dòng)飛行，另一個(gè)是自動(dòng)導(dǎo)航。由于每個(gè)執(zhí)行模式之間不需要進(jìn)行信息交換，所以可以簡(jiǎn)單地通過執(zhí)行一些任務(wù)來確定任務(wù)目標(biāo)。另外，某些自動(dòng)飛行任務(wù)還需要與控制設(shè)備通信來完成任務(wù)，這樣大大提高了任務(wù)效率，同時(shí)也提高了工作安全性；第三，飛行模式。飛行模式主要由控制模塊和飛行平臺(tái)組成，控制模塊負(fù)責(zé)將任務(wù)計(jì)劃發(fā)送到空中傳感器節(jié)點(diǎn)，將其定位并執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。任務(wù)完成后，任務(wù)規(guī)劃器發(fā)送給控制模塊，然后任務(wù)規(guī)劃器將飛行信息傳遞給云臺(tái)系統(tǒng)。通過空中遙控系統(tǒng)接收飛行數(shù)據(jù)，然后實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳回云臺(tái)系統(tǒng)，云臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到任務(wù)計(jì)劃圖反饋給任務(wù)規(guī)劃器之后執(zhí)行飛行任務(wù)[2]。

（三）無人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

近年來，無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展日新月異，從簡(jiǎn)單的飛行平臺(tái)到性能強(qiáng)大的大型無人機(jī)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、航跡規(guī)劃等無人機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，為人類社會(huì)發(fā)展提供了極大的便利。第一，飛控技術(shù)。所謂“飛控”，就是“無人機(jī)的大腦”，可以讓無人機(jī)在空中保持平穩(wěn)的姿態(tài)，這也和飛機(jī)模型存在區(qū)別。從功能上來看，飛控系統(tǒng)主要由主控制部分、接口部分、數(shù)據(jù)采集部分、信號(hào)處理部分、操舵部分組成。飛控系統(tǒng)對(duì)各個(gè)傳感器的飛行狀況進(jìn)行了實(shí)時(shí)采集，并通過無線電測(cè)控終端向地面測(cè)控臺(tái)的上行通道發(fā)出控制指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將其輸出到執(zhí)行單元，以完成無人機(jī)控制；無線通信技術(shù)。無人機(jī)內(nèi)部的通信系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)中的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)之間的信息交換和傳遞。在一定條件下，無人機(jī)之間的通信可采用數(shù)字傳輸技術(shù)、微波通信技術(shù)、激光通信技術(shù)。其中，數(shù)字通信具有高速大容量、可靠、低延時(shí)、高速無線傳輸特性、抗電磁干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能進(jìn)行各種通信方式轉(zhuǎn)換應(yīng)用。隨著無人機(jī)的高速發(fā)展，其通信技術(shù)也逐漸成熟；第三，GPS 技術(shù)。GPS 即全球定位系統(tǒng)，定位技術(shù)具有高精度、高定位時(shí)間精度和高可靠性三大特點(diǎn)。隨著GPS 進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，使得我國(guó)無人機(jī)及導(dǎo)航衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展迅速。目前，國(guó)內(nèi)主要無人機(jī)企業(yè)在民用導(dǎo)航衛(wèi)星方面做了大量相關(guān)研究工作，衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的階段[3]。

二、無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）機(jī)動(dòng)性

按照型號(hào)不同，無人機(jī)可以分為小型和大型兩種。在消防通信領(lǐng)域，以小型無人機(jī)為主，這種無人機(jī)以其輕便、高可用性而著稱。一般來說，一架小型無人機(jī)的重量不超過100 公斤，只需要一兩個(gè)人就能完成操作[4]。同時(shí)，由于小型無人機(jī)的重量比較輕，易于操縱，可以迅速抵達(dá)指定位置，同時(shí)由于其起落高度要求比較低，所以在緊急情況下進(jìn)行通信具有十分重要的作用。

（二）全面性

目前，各種信息技術(shù)在無人機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用，不但拓寬了無人機(jī)的總體視野，而且為實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和實(shí)地監(jiān)測(cè)提供了有力的支撐。特別是在低空飛行時(shí)，利用信息技術(shù)可以將傳感器采集到的數(shù)據(jù)和信息實(shí)時(shí)傳輸給地面工作人員。此外，有些無人機(jī)還配備了紅外圖像、熱像儀等，這些儀器在使用中將會(huì)大大提升消防人員的工作效率[5]。

（三）簡(jiǎn)便性

目前的無人機(jī)大部分都采用了智能技術(shù)，只需要簡(jiǎn)單的操作就可以完成復(fù)雜的操作。而無人機(jī)上的遠(yuǎn)程通信技術(shù)，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)環(huán)境進(jìn)行全面監(jiān)控。同時(shí)，用戶還可以將無人機(jī)的運(yùn)行客戶端整合到一個(gè)公用的網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行多載體控制。

三、無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用

（一）現(xiàn)場(chǎng)救災(zāi)指揮

消防部門在到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，往往會(huì)遇到各種各樣的問題，為了準(zhǔn)確地判斷出現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，往往需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)方面進(jìn)行全面調(diào)查。由于公眾突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件十分惡劣，必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查和收集，以確保救援工作的正常進(jìn)行。與傳統(tǒng)的野外調(diào)查不同，無人機(jī)的活動(dòng)范圍更大，傳感器可以迅速獲得周圍環(huán)境的各種信息，從而確定有沒有被困者[6]。另外，使用無人機(jī)可以有效地減少勘查人員的數(shù)量，在保證勘查結(jié)果的前提下，減少不必要的人員傷亡。

（二）事件發(fā)生地點(diǎn)的探測(cè)

在火災(zāi)撲救過程中，消防部門經(jīng)常會(huì)遭遇煙霧、高溫、低溫等惡劣氣候環(huán)境，難以判斷火場(chǎng)的方位。利用無人機(jī)搭載的傳感器和數(shù)據(jù)傳輸裝置，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)的各種情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，從而為消防人員對(duì)區(qū)域環(huán)境的識(shí)別提供重要依據(jù)。無人機(jī)是一種能夠在不同高度、不同角度進(jìn)行情報(bào)采集的設(shè)備，能夠獲得更多的信息，方便消防部門對(duì)事件現(xiàn)場(chǎng)做出更加準(zhǔn)確的判斷。另外，無人機(jī)還配備有紅外傳感器，能夠從多個(gè)角度采集事故現(xiàn)場(chǎng)的溫度，并與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，在地面工作站上繪制出溫度分布圖。無人機(jī)的定位系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和無人機(jī)平臺(tái)組成，數(shù)據(jù)采集模塊包括通信模塊、導(dǎo)航模塊和姿態(tài)控制模塊等。無人機(jī)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)從空中到地面之間的通信、視頻圖像處理、飛行姿態(tài)控制的自動(dòng)控制，數(shù)據(jù)傳輸模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并自動(dòng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婵刂普綶7]。因此，無人機(jī)在飛行中，無論處于任何位置范圍內(nèi)，總是能夠接收到環(huán)境信號(hào)并進(jìn)行導(dǎo)航功能。導(dǎo)航技術(shù)不但能夠有效保障無人機(jī)在空中不受環(huán)境條件影響，還能夠快速地定位事件發(fā)生地點(diǎn)，使消防員快速抵達(dá)。

（三）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)災(zāi)情的動(dòng)態(tài)

隨著時(shí)間的推移，由公共事件引起的災(zāi)害嚴(yán)重性也會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)的改變。但是，由于突發(fā)事件具有多重、隱蔽的特點(diǎn)，使得消防員難以從直觀的角度來判斷災(zāi)情的演變狀況，從而導(dǎo)致制定的對(duì)策與現(xiàn)實(shí)不符。使用無人機(jī)后，能夠?qū)Φ?、空等多種形式的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面的監(jiān)控，為消防部門的應(yīng)急工作提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，從而促進(jìn)了措施實(shí)施的針對(duì)性，增強(qiáng)了整體的救災(zāi)效果。利用無人機(jī)系統(tǒng)為消防員遠(yuǎn)程提供即時(shí)氣象信息和天氣狀況信息，如氣溫、濕度、風(fēng)速等變化信息。此外，通過無人機(jī)提供的數(shù)據(jù)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，及時(shí)發(fā)布相應(yīng)的命令，保證指揮的正確性，順利進(jìn)行救援工作。

（四）現(xiàn)場(chǎng)通信的高效保障

無人機(jī)在火場(chǎng)進(jìn)行低空飛行和近距離空中巡查作業(yè)時(shí)，具有非常高的可靠性，從而能為前線救援提供有力的技術(shù)保障。突發(fā)公共事件的發(fā)生和發(fā)展都在發(fā)生著巨大的變化，很難準(zhǔn)確地判斷出現(xiàn)場(chǎng)具體情況，如果外界的信息無法及時(shí)傳達(dá)到一線，不僅會(huì)影響到消防工作的順利進(jìn)行，還會(huì)危及一線消防員的生命。無人機(jī)在使用之后，可以通過通信模塊來加強(qiáng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的信息傳播，從而將外部的消息及時(shí)傳遞到前線。只要有了相應(yīng)的技術(shù)，即使救援現(xiàn)場(chǎng)通信信號(hào)微弱、通信不暢，也可以為現(xiàn)場(chǎng)人員提供信息，從而提升搶險(xiǎn)救災(zāi)的效率，確保消防員的生命安全[8]。

四、結(jié)語

綜上所述，隨著無人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在消防通信中的應(yīng)用越來越廣泛。但是，由于無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用還很短暫，還需要一段較長(zhǎng)的、系統(tǒng)的研究，使之能夠適應(yīng)消防通信的各種要求，并能有效地解決突發(fā)事件?？萍嫉娘w速發(fā)展，以及市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng)，飛行控制技術(shù)和相關(guān)設(shè)備都取得了巨大的進(jìn)展。在消防部門的工作中，無人機(jī)的使用取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，憑借著靈活、開闊、簡(jiǎn)單、安全等優(yōu)勢(shì)，為消防部門提供了有力的支撐，同時(shí)也創(chuàng)新了消防通信工作方式。在今后，要進(jìn)一步推進(jìn)無人機(jī)技術(shù)在消防工作中運(yùn)用，適應(yīng)消防工作的需要，必須不斷拓寬運(yùn)用途徑，提高技術(shù)水平，以最小的損耗取得明顯的效果。