消防無人機常態(tài)化執(zhí)勤模式探究

余祖燕

摘要：介紹無人機在消防救援領域的深層次應用，通過軟硬件融合和多技術協(xié)作，構建無人機指揮系統(tǒng)，開展消防無人機常態(tài)化執(zhí)勤戰(zhàn)備，在實戰(zhàn)中發(fā)揮險情偵查、巡邏巡防等作用，進一步發(fā)揮無人機在工作中的輔助作用。

關鍵詞：消防救援；技術協(xié)作；指揮系統(tǒng)；輔助作用

中圖分類號：TU998.1? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）03-0028-03

1 無人機在消防救援工作中的應用狀況

近年來，無人機技術迅速發(fā)展，消防無人機在滅火救援現(xiàn)場應用越來越多，發(fā)揮了較好的作用。以無人機作為空中飛行平臺，進行火場偵查、高空物品傳遞、無人機空中監(jiān)測、空中中繼通信和現(xiàn)場視頻監(jiān)控等理念不斷變成現(xiàn)實[1]。目前，全國各消防救援總隊都將無人機列入裝備配備目錄，進一步發(fā)揮無人機的優(yōu)勢作用。據(jù)了解，上海消防救援總隊目前無人機配備總數(shù)已經(jīng)超過150架。為了進一步發(fā)揮消防無人機的作用，上海消防救援總隊還出臺了無人機使用管理規(guī)定，專門組織一批消防員取得了AOPA、UTC、ASFC等無人機操控資格證書，未來無人機在應急救援中應用空間會越來越大。

無人機在消防領域發(fā)展空間巨大，但目前很多單位無人機的使用還停留在淺層次，有待進一步深化，許多設想仍舊停留在理念層面。比如，很多無人機只是應用在高空視頻拍攝和消防宣傳方面，無人機偵檢、拋投等應用相對較少；一些無人機飛手沒有定人定崗，還兼職其他崗位，火場上沒有充分發(fā)揮無人機作用。消防無人機的發(fā)展應用需要從更高層次開展頂層設計，從機制、資金、技術等方面加大投入，自上而下引領技術革新，推動無人機裝備與消防救援不斷融合。松江區(qū)消防救援支隊在消防無人機常態(tài)化執(zhí)勤方面做了一些探索，對無人機進一步應用做了一些嘗試。下面結合實踐探索，提出無人機常態(tài)化執(zhí)勤的一些經(jīng)驗和思考。

2 消防無人機常態(tài)化執(zhí)勤的基本概念

消防無人機常態(tài)化執(zhí)勤是借鑒消防車執(zhí)勤模式，通過配套的硬件、軟件融合，讓無人機全天候執(zhí)勤戰(zhàn)備，24h待命，隨時出動輔助完成各種救援任務。為了實現(xiàn)這一目標，需要建設供無人機?？康墓潭C庫，研發(fā)配套的通信軟件和智能指揮平臺，還需要定位系統(tǒng)、視頻拍攝體系和5G數(shù)據(jù)傳輸能力。無人機接收到出動指令后，能夠立即起飛，和消防車同步出動，根據(jù)目標位置前往開展視頻偵查或者完成其他任務，并將現(xiàn)場情況反饋給指揮中心和出警途中消防救援隊伍。由于無人機直線前進，擁有時間優(yōu)勢，先一步的信息偵查有助于救援人員預先決策和力量部署，救援效率將明顯提高[2]。

3 消防無人機常態(tài)化執(zhí)勤的軟硬件和技術需求

無人機參與常態(tài)化執(zhí)勤，輔助應急救援工作前景廣闊。從理論設想到實際應用需要建立完整的軟硬件體系，才能確保無人機成功完成預設任務。簡單說，無人機參與執(zhí)勤戰(zhàn)備需要的硬件有智能化機庫、無人機、搭載平臺和任務設備；需要的軟件有機載AI控制軟件、圖傳通信軟件、定位標定軟件和機庫控制軟件等；需要的技術包括5G通信技術、定位技術和計算機圖片識別技術等。下面以松江區(qū)消防救援支隊在實際探索中使用的相關設備為例，介紹消防無人機軟硬件體系建設[3]。

3.1? 智能機庫

與普通消防車庫不同，無人機庫既是飛機?？看目臻g，也是能夠實現(xiàn)智能管理的硬件設備。機庫擔任著無人機飛行控制的指令中轉任務，通常設置在室外較高、空曠的平臺處，便于接收信號。機庫應具備箱體骨架，可采用箱體式結構，通常尺寸在1.5m×1.5m×1.6m左右，采用鋁合金或者不銹鋼材質。機庫通常容納無人機一架，其內部應配空調設備，確保環(huán)境恒溫，工作時噪音宜小于65dB；配置降落平臺，尺寸約為900mm×966mm，無人機飛行時可以實現(xiàn)自動起飛和回收；機庫內為無人機配備2～4組電池，配置機械臂，飛機降落后，機械臂自動取下電池充電，起飛時自動安裝，確保飛機隨時處于滿電狀態(tài)。機庫配備監(jiān)控系統(tǒng)支持顯示地面固定攝像頭和機艙內部攝像頭視頻監(jiān)控，內置操作系統(tǒng)可以遠程實時監(jiān)測機庫各部件工作狀態(tài)。機庫門能夠實現(xiàn)自動開閉，自動保持干燥，能有效防止外環(huán)境影響。

3.2? 操作系統(tǒng)

無人機操作系統(tǒng)由智能控制處理系統(tǒng)、平板操作面板和命令反饋系統(tǒng)組成。智能控制處理系統(tǒng)安裝在機庫之中，在視頻監(jiān)視裝置、氣象傳感器、降落輔助設備、通信設備等模塊配合下，能夠高效完成視頻記錄、監(jiān)視，氣象條件分析、精準起降和遠距離通信等功能。智能控系統(tǒng)可以接收指揮中心出動命令，控制飛機起降，降落時確保降落誤差不大于20cm。也可以通過操作人員遠程控制操作面板發(fā)送各種命令，通過智能控制系統(tǒng)中轉，指揮無人機完成各種任務。智能控制系統(tǒng)能接收氣象分析設備的相關數(shù)據(jù)，自動分析天氣、風力、溫度等氣象條件，判斷是否適合安全飛行，為指揮人員提供數(shù)據(jù)參考。它能有效指揮各種配合設備，對無人機飛行進行輔助。無人機上搭載命令反饋系統(tǒng)，相當于空中“小腦”，它接收各種指令，做出各種任務動作，并將相關信息反饋到機庫和指揮中心。

3.3? 通信技術

無人機接收來自機庫智能控制系統(tǒng)的命令，完成視頻拍攝、智能識別和數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿斩家蕾噺姶蟮男畔鬟f技術。松江支隊使用的無人機采用5G通信技術，配備5G模塊，目前使用FM150-AE模組，適用于全球大部分移動運營商的無線通信網(wǎng)絡，支持北斗和GPS定位技術，兼容性強。在數(shù)據(jù)傳輸方面采用i405G技術，其可靠性強、流暢度高。還使用了新一代超低延時音視頻交互技術，該技術能成功解決無線網(wǎng)絡的不確定性，有效解決網(wǎng)絡卡頓和傳輸延遲等問題，基本上實現(xiàn)同步傳輸。通過機庫作為中轉點，還可以成功將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與支隊指揮中心數(shù)據(jù)交流、視頻共享。

3.4? 定位技術

無人機應用GPS定位技術或北斗定位技術，成功實現(xiàn)精確起降。平時操作手可以利用定位技術對8km（機庫控制范圍）范圍內重點單位進行標記，并將相應定位坐標儲存，一旦發(fā)生警情，系統(tǒng)自動識別相應目標位置。還能根據(jù)轄區(qū)單位情況設定若干固定航線，可以實現(xiàn)無人機按照線路巡邏、查看轄區(qū)防火情況。一旦接到出動命令，無人機計算出最佳路線，第一時間到達現(xiàn)場。在飛行途中，無人機能實時記錄航行軌跡，如發(fā)生導航網(wǎng)絡中斷的特殊情況，還能根據(jù)先前記錄的航行軌跡自動回歸，防止無人機失聯(lián)或丟失。定位技術是無人機實現(xiàn)智能行動、脫離操作手依賴的關鍵環(huán)節(jié)，是常態(tài)化執(zhí)勤的重要保障[4]。

4 消防無人機常態(tài)化執(zhí)勤的基本任務

4.1? 重點單位常態(tài)化智能巡查

前文提到了使用人工手段對重點區(qū)域、重點單位提前標注，并設置了固定巡航線路。無人機搭載高清攝像云臺便可以對轄區(qū)范圍內重點單位、高風險區(qū)域開展日常精細化巡查，通過視頻識別技術及時發(fā)現(xiàn)濃煙、明火等異常情況，并進行報警?？梢詫χ攸c單位露天物品堆放、消防通道暢通等情況開展檢查，并對重點區(qū)域違法違規(guī)情況視頻記錄，固定證據(jù)，無人機入庫后，機載文件也可以通過FTP模式上傳至遠端數(shù)據(jù)庫。還可以在日常巡航過程中對重點單位完成三維建模，生成三維模型，綜合反映相關建筑的重點部位、水源、道路和停車作業(yè)面等數(shù)據(jù)。相關數(shù)據(jù)既可以供消防員在日常工作中開展戰(zhàn)術研討，也可以供消防員開展云上“六熟悉”，提高工作效率。

4.2? 救援現(xiàn)場偵察和輔助決策

在發(fā)生火警和其他災害事故時，消防車雖然第一時間出動，但交通情況的未知性和行走道路的非直線性導致到達現(xiàn)場需要的時間相對較長。而無人機可以與消防車同步出動，由于直線行駛、航線暢通，往往可以先人一步到達現(xiàn)場。到場后利用自己的靈活性，不受地理環(huán)境的限制，迅速開展偵查。比如，通過視頻巡航可以及早發(fā)現(xiàn)火勢蔓延情況、重點部位情況、現(xiàn)場人員疏散、自救情況和微型消防站處置情況，以及水源情況等。也能現(xiàn)場開展態(tài)勢標繪，提供相關建筑數(shù)據(jù)，有利于戰(zhàn)術布置安排。還可以提早發(fā)現(xiàn)交通事故現(xiàn)場人員傷亡情況、車輛損失情況和道路暢通情況；在水域救援和防洪防汛現(xiàn)場可以偵察災害區(qū)域面積、人員安全情況、是否存在重點人員需要關注等。采集的相關數(shù)據(jù)通過5G通信技術高速回傳到指揮中心，工作人員可以指揮調度、下達任務指令。也可以通過指揮網(wǎng)絡反饋至途中消防車輛，供一線指揮員決策預判，提前部署相關戰(zhàn)術，實施預先展開，有效提高救援效率。在交通事故救援中，還可以為消防車輛計算最佳到場路線，減少擁堵時間，最大限度解救被困人員。常態(tài)化執(zhí)勤模式中，指揮中心工作人員還可以通過鼠標遠程接管無人機，在消防車到場前，還能通過機載喊話器對現(xiàn)場遠程喊話指揮，指揮現(xiàn)場人員開展自救和人員疏散，防止災害事故擴大。

4.3? 重大安?；顒又悄苎策?/p>

在舉辦大型商業(yè)活動時，人流量大，聚集風險高，疏散難度大，無人機智能巡邏派上用場。它可以對重點區(qū)域定點巡邏，有效彌補地面巡邏力量的不足，實現(xiàn)高機動性互補。無人機還可以利用智能識別系統(tǒng)，對拍攝畫面實時分析處理，智能判斷現(xiàn)場人數(shù)、根據(jù)相應算法預測高風險區(qū)域，指導地面力量重點關注。

5 消防無人機常態(tài)化執(zhí)勤指揮體系建設

具備了軟硬件和通信、定位技術，尚不能有效投入執(zhí)勤戰(zhàn)備，還需要建立完備的指揮體系，整個系統(tǒng)才能融為一體。指揮體系的建設，需要將無人機自身數(shù)據(jù)系統(tǒng)與消防救援指揮體系對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、指令暢通，才能做到有序運轉。確切地說，就是要建立相應的調度聯(lián)動機制和數(shù)據(jù)融合機制，配備專門的值守人員，才能建設一體化的指揮體系。

5.1? 數(shù)據(jù)融合

通過視頻監(jiān)控技術和5G圖傳技術，以無人機機庫為中轉平臺，實現(xiàn)無人機偵查情報融入消防指揮中心數(shù)據(jù)平臺。無人機在現(xiàn)場獲取相關數(shù)據(jù)，在指揮中心大屏實現(xiàn)同步可見。除視頻數(shù)據(jù)外，現(xiàn)場氣象、環(huán)境和警情分析數(shù)據(jù)等都能在指揮中心大屏顯示，供后方輔助決策。后方的各項指令也能通過控制平板向機庫智能控制系統(tǒng)發(fā)出指令，實現(xiàn)遠程指揮無人機完成各項任務。

5.2? 調度機制

為了不浪費無人機資源，指揮中心應建立無人機出動調度機制。雖然無人機24h待命，但并非所有的災情，無人機都要出動，通常以險情等級作為判斷依據(jù)，設置一定的調度規(guī)則。比如在火災救援中，出現(xiàn)過火面積較大或有人員被困等情況時，指揮中心第一時間調動無人機出動，開展情報收集和輔助決策。一般的到場即熄滅的警情，無需調度常態(tài)化執(zhí)勤的無人機，這樣可以最大限度地發(fā)揮無人機作用，減少資源浪費。

5.3? 專人值守

無人機作為常態(tài)化執(zhí)勤力量，需要在指揮中心安排專門的人員，專崗進行無人機調度值守。必要時發(fā)出出動指令，全過程監(jiān)控無人機工作狀態(tài)，完成無人機監(jiān)控數(shù)據(jù)和指揮平臺對接，常態(tài)化巡邏中對無人機監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析、儲存，必要時進行人工操作，控制無人機精微操作，定期檢查無人機運行狀態(tài)，確保設備完好性。

6 消防無人機常態(tài)化執(zhí)勤應用實例

松江區(qū)消防救援支隊為建設無人機常態(tài)化執(zhí)勤體系，配備M300工業(yè)級無人機一架。該無人機時刻處于待命狀態(tài)，在重大安保、火災救援輔助和常態(tài)化智能巡邏等方面發(fā)揮了較大作用。下面以實例介紹常態(tài)化執(zhí)勤的運行情況：

6.1? 2022年疫情防控實戰(zhàn)應用

2022年上海新冠疫情形勢嚴峻，松江區(qū)實行封閉管理。受疫情影響，防火執(zhí)法人員難以到達一線執(zhí)法，松江支隊利用消防無人機深入230個重點單位和松江大學城開展視頻巡查、空中喊話宣傳和查找隱患，出動近100次，有效減輕執(zhí)法人員負擔。

6.2? 第五屆進口博覽會應用

截至目前，上海市已經(jīng)連續(xù)召開了五屆進口博覽會。前四屆，松江支隊每年安排大量消防車輛和人員在一線不間斷巡邏。平均每年投入近100人晝夜堅守，人力成本高。2022年，第五屆進口博覽會安保中，支隊創(chuàng)新使用無人機智能巡邏，明顯減輕了一線人員的壓力，工作人員夜間休息時間明顯變長，執(zhí)勤力量也相應減少到40人，有效節(jié)省人力資源。

6.3? 在滅火救援中實戰(zhàn)應用

2022年10月，松江區(qū)一五金制品廠發(fā)生火災，消防無人機第一時間趕赴現(xiàn)場，到場后迅速開展火情偵察，將數(shù)據(jù)回傳指揮中心，為后方?jīng)Q策提供依據(jù)。指揮中心通過遠程喊話，指導現(xiàn)場廠方人員疏散。消防隊到場后，按照預先戰(zhàn)術展開實施，迅速撲滅火情，有效防止事態(tài)擴大，救援效率明顯提高。

7 消防無人機常態(tài)化執(zhí)勤注意事項

消防無人機使用前景廣闊，但在實際應用中仍然受到一些客觀條件限制，需要技術突破和政策扶持。一是無人機使用受到天氣的影響，風力超過6級的情況下，無人機難以正常飛行。大雨天氣中無人機受到較大影響，防水等級要求較高。二是各地對民用無人機航線管控，必須從政策上打通使用渠道，并向當?shù)毓膊块T備案[5]。三是無人機的續(xù)航能力決定了工作半徑，通信網(wǎng)絡的質量也會決定無人機數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|量，載重上限決定了配套設備的數(shù)量。這些因素都會影響無人機執(zhí)勤的質量，需要在未來科技發(fā)展中不斷攻關，突破技術壁壘。

8 結語

實踐證明，消防無人機常態(tài)化執(zhí)勤，可行高效。無人機常態(tài)化執(zhí)勤的優(yōu)勢在于快，特點在智能化，能夠彌補現(xiàn)有力量的不足，是重要的輔助手段。未來隨著更多高科技的應用，技術標準的統(tǒng)一，消防無人機必將成救援大軍中的重要力量，在救援事業(yè)中大顯身手。

參考文獻：

[1]范鎮(zhèn).無人機在消防滅火救援工作中的應用思考[J].今日消防，2020，5（5）：6-7.

[2]羅崇文.無人機在消防滅火救援中的應用淺析[J].山東工業(yè)技術，2019（3）：247.

[3]趙春明.分析無人機在滅火救援工作中的具體應用[J].中國高新區(qū)，2019（17）：33.

[4]王瑞強.消防無人機在滅火救援中的應用研究[J].今日消防，2022，7（1）：37-39.

[5]羅選疆，付鈺杰，紀任鑫，等.無人機系統(tǒng)在國家森林消防隊伍中的實戰(zhàn)應用探析[J].今日消防，2020，5（9）：34-36+39.

Research on fire drone normalization duty mode

Yu Zuyan

（Songjiang District Fire and Rescue Brigade of Shanghai， Shanghai 201620）

Abstract：The paper introduces the deep application of drones in the field of fire and rescue. Through the integration of software and hardware and multi-technology cooperation， the drone command system will be constructed， the normalization duty readiness of fire drones will be carried out， and the roles of dangerous situation investigation and patrol will be played in actual combat， so as to further play the auxiliary effect of drone work.

Keywords：fire and rescue; technical cooperation; command system; auxiliary effect