無人機(jī)機(jī)巢在消防應(yīng)急救援中的應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：

曾江波（1984- ），男，漢族，浙江建德人，碩士研究生，研究方向：消防通信。

摘要：無人機(jī)機(jī)巢在各種火情現(xiàn)場(chǎng)的消防應(yīng)急救援中發(fā)揮了重要作用，改變了以往的偵查模式，大大減少消防應(yīng)急救援人員的傷亡率，提高了任務(wù)的完成質(zhì)量，挽救了群眾的生命和財(cái)產(chǎn)，是未來需要大力推廣和發(fā)展的新型消防救援形式。本文就無人機(jī)機(jī)巢的特性以及在消防應(yīng)急救援中的應(yīng)用要點(diǎn)做了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；火災(zāi)救援；應(yīng)用分析

引言

近年來，隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新型智能技術(shù)與無人機(jī)不斷融合，無線充電、自主飛行、視覺避障、集成芯片等關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，無人機(jī)朝著更加智能化、人性化方向發(fā)展。因此，消防應(yīng)急救援隊(duì)伍要搶抓數(shù)智化變革有利契機(jī)，緊密圍繞“一短三快”初戰(zhàn)機(jī)制改革出發(fā)點(diǎn)，試點(diǎn)推進(jìn)無人機(jī)智能機(jī)巢應(yīng)用建設(shè)，全方位探索信息技術(shù)服務(wù)主責(zé)主業(yè)多元路徑，創(chuàng)新先行，務(wù)實(shí)舉措，全力打好智慧消防建設(shè)組合拳。無人機(jī)機(jī)巢以其特有的技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)成為近年來火場(chǎng)偵查利器，在未來的消防應(yīng)急救援體系建設(shè)中，必須將無人機(jī)機(jī)巢為主的自動(dòng)化救援作為建設(shè)重點(diǎn)，提高救援滅火效率，減少不必要的人員財(cái)產(chǎn)損失。

一、無人機(jī)機(jī)巢簡(jiǎn)介

近年來，無人機(jī)機(jī)巢形成了較為成熟的分型。根據(jù)無人機(jī)機(jī)巢的大小，無人機(jī)機(jī)巢可以分為大型無人機(jī)機(jī)巢、中型無人機(jī)機(jī)巢和小型無人機(jī)機(jī)巢。根據(jù)無人機(jī)電池的補(bǔ)能形式，則可以分為充電機(jī)巢和換電機(jī)巢。同時(shí)，智能機(jī)巢是無人機(jī)遠(yuǎn)程精準(zhǔn)起降平臺(tái)，是無人機(jī)穩(wěn)固的“家”，能夠抵抗強(qiáng)風(fēng)和暴雨等惡劣天氣。機(jī)巢與智慧巡檢機(jī)群作業(yè)控制中心互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)儲(chǔ)存無人機(jī)，智能自動(dòng)充電，狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)[1]。其一般具以下優(yōu)勢(shì)：

第一，嚴(yán)格按照長(zhǎng)期野外靜置設(shè)備開發(fā)，設(shè)備防水、防潮、恒溫，結(jié)構(gòu)具有一定的防拆除、防移動(dòng)、防雷電功能。

第二，具有無人機(jī)輔助降落平臺(tái)，保證無人機(jī)通過視覺、RTK定位的方式安全降落。

第三，安全可靠的接觸式充電系統(tǒng)，充電效率等同于原始充電器效率。

第四，可加配氣象監(jiān)測(cè)和分析功能，能夠迅速監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度、雨雪情況、風(fēng)速風(fēng)向等氣象信息。

第五，配備獨(dú)立應(yīng)急電源，即使突然出現(xiàn)斷電情況，也能保證機(jī)巢的正常使用，為無人機(jī)安全降落和執(zhí)行任務(wù)的安全性保駕護(hù)航。

第六，擁有為無人機(jī)自動(dòng)充電和上傳數(shù)據(jù)到指揮中心的功能，輔助控制中心保養(yǎng)維護(hù)無人機(jī)和數(shù)據(jù)提取。

第七，內(nèi)部使用模塊化設(shè)計(jì)，方便后期維護(hù)。

二、無人機(jī)機(jī)巢類型選擇

在具體的應(yīng)用場(chǎng)景中，無人機(jī)機(jī)巢類型的選擇影響著無人機(jī)偵察任務(wù)能否有效執(zhí)行。

（一）根據(jù)飛行環(huán)境需求，選擇無人機(jī)和對(duì)應(yīng)機(jī)機(jī)巢類型

在復(fù)雜的飛行環(huán)境下，小型無人機(jī)更靈活安全，能夠完成更加靈活的偵察任務(wù)，但是其抗風(fēng)和掛載能力較弱。而中、大型無人機(jī)在作業(yè)靈活性、拓展性上更具優(yōu)勢(shì)，能夠滿足更加豐富的偵察需求。比如中型、大型無人機(jī)可支持掛載飛行大腦、搭載5G模塊，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離直播推流和遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，完成飛行異常的自動(dòng)處理等任務(wù)；在具體的業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，還可根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行云臺(tái)掛載的更換或者其他輔助設(shè)備，如爆閃燈、探照燈、自組網(wǎng)通信、防落水裝置等，以此應(yīng)對(duì)實(shí)際作業(yè)的需要[2]。

一般來說，根據(jù)無人機(jī)類型對(duì)應(yīng)可適配的無人機(jī)機(jī)巢類型即可，并根據(jù)場(chǎng)景需求靈活選用無人機(jī)。

（二）根據(jù)飛行頻次需求，選擇充電機(jī)巢或換電機(jī)巢

無人機(jī)機(jī)巢類型的另一個(gè)重要方面是飛行頻次的需求所對(duì)應(yīng)的充換電能力。在飛行頻次較高或者單個(gè)任務(wù)無法一次飛行完成的情況下，需要做連續(xù)不間斷飛行，這類場(chǎng)景往往用換電的自動(dòng)機(jī)巢來滿足需求，此時(shí)換電版本對(duì)于機(jī)巢的利用率將遠(yuǎn)高于充電機(jī)巢。對(duì)于飛行頻次無特別要求的部分應(yīng)用場(chǎng)景，如一天3到4架次的飛行，充電機(jī)巢就可以滿足定期巡檢需求。

三、無人機(jī)機(jī)巢在消防火災(zāi)救援工作中的應(yīng)用

（一）無人機(jī)機(jī)巢在消防領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

從現(xiàn)實(shí)角度來講，火災(zāi)救援中，無人機(jī)機(jī)巢應(yīng)用有眾多優(yōu)勢(shì)，第一，可以逐漸提升偵察能力，保證火災(zāi)位置預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。在特殊的環(huán)境和地理?xiàng)l件下，消防工作人員若是無法及時(shí)趕到現(xiàn)場(chǎng)，就可以使用無人機(jī)機(jī)巢獲取現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)情況，為火災(zāi)救援方案制定提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。第二，提升災(zāi)情的掌握能力。消防應(yīng)急救援力量可以在災(zāi)害發(fā)生的初始階段使用無人機(jī)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，通過無人機(jī)機(jī)巢獲取的數(shù)據(jù)和自身想法進(jìn)行對(duì)比分析，以判斷火災(zāi)的初步程度，對(duì)火災(zāi)治理有一定的幫助。第三，保證火災(zāi)信息獲取更加客觀。使用無人機(jī)機(jī)巢的方式可以在高空觀察火情，工作人員可以根據(jù)獲取到的信息，制定相應(yīng)的救助方案，同時(shí)也為撤離工作提供了關(guān)鍵信息。使用無人機(jī)機(jī)巢的方式對(duì)災(zāi)后重建也有著很大的幫助，能夠整體提升恢復(fù)重建工作的效率，而且無人機(jī)機(jī)巢還會(huì)將拍到的信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，為后期的災(zāi)害救援奠定穩(wěn)定基礎(chǔ)。

（二）無人機(jī)機(jī)巢在消防任務(wù)中的應(yīng)用領(lǐng)域

無人機(jī)機(jī)巢具有很強(qiáng)的兼容性和開放性，能夠搭載多樣化的功能模塊，利用多元信息收集模塊設(shè)備，可以讓無人機(jī)機(jī)巢及時(shí)偵測(cè)到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)有害高溫氣體濃度、含量和溫度以及流向、流速等信息、整個(gè)火勢(shì)的蔓延趨勢(shì)情況以及受困人員的具體方位等，為后續(xù)救援和滅火方案確定提供準(zhǔn)確、及時(shí)、詳細(xì)的一手資料。該功能通常分為城市建筑火場(chǎng)偵查與森林火災(zāi)火情偵查，功能模塊含有抗高溫高清攝錄設(shè)備、氣體分析設(shè)備以及紅外熱成像和生命感應(yīng)設(shè)備等，其中攝錄裝置能夠真實(shí)地傳回火場(chǎng)景象，幫助指揮中心進(jìn)行指揮決策，紅外熱成像裝置實(shí)現(xiàn)火場(chǎng)溫度分布的碎片化分析，氣體分析裝置判斷有毒氣體的種類和含量，在經(jīng)過多維度的信息采集后，借助高性能計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算，結(jié)合三維信息建模工具，無人機(jī)機(jī)巢可以構(gòu)建立體全方位的火災(zāi)火情模型，為后臺(tái)指揮中心提供更加精準(zhǔn)、全面的參考信息 [3]。

在森林火情偵查中，無人機(jī)機(jī)巢可以在火災(zāi)季節(jié)的高發(fā)期進(jìn)行高頻次、全地域的持續(xù)巡查，巡飛到人員和地面設(shè)備難以進(jìn)入的原始森林、自然保護(hù)區(qū)等地區(qū)，及時(shí)傳輸火災(zāi)隱患信息。一旦有高危火警預(yù)警信號(hào)，會(huì)在第一時(shí)間傳遞給地面的森林防火中心，以便其在最短時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng)，最大限度減少森林火災(zāi)的過火面積。此外，靈活機(jī)動(dòng)、響應(yīng)迅速的特點(diǎn)也讓無人機(jī)機(jī)巢在飛行控制與調(diào)度上更加方便和精準(zhǔn)，后臺(tái)控制中心可以通過通信網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星信號(hào)對(duì)無人機(jī)機(jī)巢實(shí)施近中遠(yuǎn)程的控制，而且根據(jù)無人機(jī)機(jī)巢傳回的三維可視化界面，更為準(zhǔn)確地去調(diào)節(jié)無人機(jī)機(jī)巢的飛行姿態(tài)、速度、高度，確保在無人機(jī)機(jī)巢自身安全情況下完成急難險(xiǎn)重任務(wù)。當(dāng)前，隨著智能化技術(shù)的不斷進(jìn)步，無人機(jī)機(jī)巢的自動(dòng)駕駛能力更加強(qiáng)大，加之機(jī)上搭載的傳感器更加精確，很多調(diào)控已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)高度自主化，能夠克服人為操作時(shí)的經(jīng)驗(yàn)情緒影響，有效實(shí)施火災(zāi)救援、偵查和滅火等任務(wù)，并且在感應(yīng)到機(jī)內(nèi)出現(xiàn)故障時(shí)可以自主返航。這項(xiàng)功能已在我國(guó)某型號(hào)的無人機(jī)機(jī)巢試驗(yàn)中得到了驗(yàn)證，無人機(jī)機(jī)巢在控制和調(diào)度上已經(jīng)能夠達(dá)到精確化、智能化、自動(dòng)化相融合的水平[4]。

在接到警情后，部署于機(jī)巢內(nèi)的無人機(jī)可替代消防應(yīng)急救援人員以最快速度、第一時(shí)間優(yōu)先到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行先期偵查。同時(shí)，懸停于事故災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，提供高空視角，形成三維立體監(jiān)控，使各級(jí)指揮中心更快捷地取得三維視角、現(xiàn)場(chǎng)全面信息，為救援力量抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)爭(zhēng)取到寶貴時(shí)間，提高接處警調(diào)度處置效率。

“無人機(jī)+智能機(jī)巢”一體化的應(yīng)用系統(tǒng)將顯著改善傳統(tǒng)人工手動(dòng)飛行模式，降低人員參與程度，解決不敢飛、飛不好的問題。因此，要根據(jù)試點(diǎn)建設(shè)應(yīng)用情況，有序部署無人機(jī)機(jī)巢選址建設(shè)，著力試點(diǎn)建成一批，重點(diǎn)謀劃一批，輻射帶動(dòng)一批，逐步推動(dòng)“一機(jī)一巢”向“多機(jī)多巢”邁進(jìn)，不斷織密低空飛行網(wǎng)絡(luò)。通過多機(jī)協(xié)同作業(yè)，多艙接力飛行，為滅火救援高效、安全開展提供強(qiáng)有力的輔助技術(shù)支撐保障[5]。

（三）消防無人機(jī)機(jī)巢的功能拓展探究

為逐漸提升無人機(jī)機(jī)巢的救火與消防功能，需要對(duì)已有無人機(jī)機(jī)巢進(jìn)行功能拓展。本文通過實(shí)際研究得出，無人機(jī)機(jī)巢必須具備空中監(jiān)測(cè)功能。在消防無人機(jī)機(jī)巢的頭部添加紅外線成像設(shè)備，這樣可以對(duì)火場(chǎng)進(jìn)行多角度記錄與分析，并將得到的信息傳輸給救火人員。無人機(jī)機(jī)巢中還要添加輔助滅火功能，在消防人員無法進(jìn)入的現(xiàn)場(chǎng)灑入滅火劑，由地面控制確定噴灑位置和噴灑劑量。同時(shí)，在無人機(jī)機(jī)巢中還要加入照明系統(tǒng)，這樣就可以在光線受限的環(huán)境下進(jìn)行救援，為消防人員提供更加便利的條件。當(dāng)前階段，要對(duì)消防滅火救援資源利用效率進(jìn)行分析，減少消防中所需要投入的人力、物力，對(duì)突發(fā)消防情況進(jìn)行核實(shí)與調(diào)查。這些工作內(nèi)容需要較多的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，并且對(duì)于這些數(shù)據(jù)的時(shí)效性具有較高要求，只是通過當(dāng)前的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)救援成果根本無法完成，而且利用數(shù)字化測(cè)圖和大飛機(jī)救援的消耗也很大[6]。因此，通過航測(cè)無人機(jī)系統(tǒng)集中救援所需要的地區(qū)消防滅火信息，并對(duì)其進(jìn)行處理，形成分辨率和準(zhǔn)確度較高的DOM數(shù)據(jù)。通過這個(gè)數(shù)據(jù)和最近幾年來救援的資料和影像進(jìn)行對(duì)比、計(jì)算，能夠?qū)δ繕?biāo)地區(qū)的消防效率進(jìn)行快速分析。

（四）無人機(jī)機(jī)巢在消防滅火整治監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中的使用

無人機(jī)航拍技術(shù)能夠?qū)ο罍缁鹗┕で闆r進(jìn)行全面監(jiān)督，還能夠減少人力、物力的投入。通過得到的現(xiàn)場(chǎng)消防滅火高清圖像，直觀地向工作人員反映出消防滅火的質(zhì)量和效率。因此，要對(duì)傳統(tǒng)的消防管理工作進(jìn)行必要的改進(jìn)，對(duì)消防中存在的危險(xiǎn)性大小、消防設(shè)施、消防管理水平等各方面情況進(jìn)行全面思考，合理評(píng)估消防監(jiān)督中的重點(diǎn)工作內(nèi)容，并采取制度化的模式，實(shí)行安全評(píng)估制度，對(duì)消防安全進(jìn)行等級(jí)劃分，進(jìn)而采取針對(duì)性的消防監(jiān)督管理方式[7]。

四、無人機(jī)機(jī)巢在消防應(yīng)急救援中應(yīng)用的技術(shù)性要點(diǎn)

（一）總體系統(tǒng)穩(wěn)定可靠

前期必須對(duì)無人機(jī)機(jī)巢的性能進(jìn)行全面細(xì)致了解，做好運(yùn)用方案設(shè)計(jì)，并和其他救援設(shè)備無縫配合。相關(guān)人員的心理素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力必須過關(guān)，中心調(diào)度工作必須實(shí)事求是、科學(xué)合理，在使用過程中，要在保證機(jī)體能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，最大限度地進(jìn)行信息偵查和救援滅火等工作。在操作時(shí)，要嚴(yán)格按照無人機(jī)的技術(shù)規(guī)范和使用說明進(jìn)行，并結(jié)合火場(chǎng)實(shí)際情況，選取合適的無人機(jī)機(jī)巢種類。和其他設(shè)備相比，無人機(jī)機(jī)巢在消防滅火救援的應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢(shì)[8]。

（二）操控精準(zhǔn)得當(dāng)

對(duì)操控流程的設(shè)計(jì)要盡量簡(jiǎn)單明了，減少不必要的環(huán)節(jié)設(shè)置，對(duì)功能模塊進(jìn)行優(yōu)化集成，在確保功能全面實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，努力減少可能出現(xiàn)的操作失誤情況。

結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)機(jī)巢是信息技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物，其已經(jīng)在各行各業(yè)中開始應(yīng)用，尤其是在消防滅火救援中發(fā)揮出了重要作用，無人機(jī)機(jī)巢在消防滅火中的應(yīng)用，使滅火救援的效率大大提升。通過無人機(jī)機(jī)巢在滅火救援中進(jìn)行高空偵察、信息的收集和傳遞、指揮調(diào)度等，可以及時(shí)控制現(xiàn)場(chǎng)火情，并對(duì)高空火災(zāi)進(jìn)行有效撲滅，突破了傳統(tǒng)消防滅火救援工作的局限性。

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