無人機(jī)技術(shù)在滅火救援實(shí)戰(zhàn)中的應(yīng)用

摘要：在介紹無人機(jī)技術(shù)基本概況、分類以及應(yīng)用優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，闡述了無人機(jī)在滅火救援中的主要功能，探討了無人機(jī)技術(shù)在該領(lǐng)域的發(fā)展方向，提出了提升無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用效果的策略，以期進(jìn)一步提升無人機(jī)技術(shù)在滅火救援中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)技術(shù)；消防救援隊(duì)伍；滅火救援；實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用

災(zāi)情偵查是應(yīng)急救援行動的重要環(huán)節(jié)，是制定滅火救援決策、展開作戰(zhàn)行動和應(yīng)用救援戰(zhàn)術(shù)的前提。傳統(tǒng)災(zāi)情偵查方法受限于地形和時間約束，導(dǎo)致災(zāi)情偵查無法發(fā)揮應(yīng)有的作用，使救援人員難以快速、準(zhǔn)確、全面把握現(xiàn)場情況，從而置身于未知的環(huán)境中，而無人機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅可以幫助救援人員及時、準(zhǔn)確地獲取火場信息，還可以通過無人機(jī)建模、數(shù)據(jù)自動化分析、信息篩選識別等方式，為救援行動提供重要的輔助決策，使消防人員全面了解現(xiàn)場災(zāi)情，有效降低救援人員的傷亡風(fēng)險，提高災(zāi)害救援工作的效率和安全性[1]。

1 無人機(jī)技術(shù)概述

1.1" 無人機(jī)技術(shù)概況

無人機(jī)技術(shù)即無人駕駛飛機(jī)技術(shù)（簡稱“無人機(jī)”），該技術(shù)是利用無線電遙控設(shè)備和自身搭載程序控制裝置進(jìn)行操作，不依靠搭載人員的飛行器技術(shù)，主要由飛行器平臺、飛行控制系統(tǒng)、無線電遙控系統(tǒng)和各類型功能模塊四部分組成，根據(jù)無人機(jī)所搭載的功能模塊不同，可實(shí)現(xiàn)俯瞰航拍、影像傳輸、紅外識別、物品投送等多種功能[2]。

1.2" 無人機(jī)的分類

無人機(jī)可依據(jù)形態(tài)、用途、高度、活動半徑等方面進(jìn)行分類，按照機(jī)型可分為固定翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)。固定翼無人機(jī)具有續(xù)航時間長、飛行穩(wěn)定、距離遠(yuǎn)、操作要求高等特點(diǎn)。多旋翼無人機(jī)具有成本較為低廉、操作較為簡單、飛行震動小、可垂直起降等特點(diǎn)。現(xiàn)階段消防救援隊(duì)伍應(yīng)急通信分隊(duì)及各基層單位配備的多為具有航拍、影像傳輸、紅外識別的多旋翼無人機(jī)，已廣泛應(yīng)用于災(zāi)情偵查、輔助指揮決策等方面[3]。從用途上分為軍用無人機(jī)和民用無人機(jī)，軍用無人機(jī)是由遙控設(shè)備或自備程序控制操縱的不載人飛機(jī)，具有使用方便、機(jī)動靈活、無人操作等特點(diǎn)。民用無人機(jī)是在常規(guī)飛行控制模塊基礎(chǔ)上，新增不同功能模塊實(shí)現(xiàn)民用領(lǐng)域不同功能用途的無人機(jī)，常見民用無人機(jī)主要為航拍無人機(jī)、巡查無人機(jī)、農(nóng)用無人機(jī)、氣象無人機(jī)等，隨著無人機(jī)技術(shù)逐漸成熟，制造成本和進(jìn)入門檻降低，無人機(jī)領(lǐng)域在民用領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛。

1.3" 無人機(jī)在消防救援領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢

隨著科技不斷進(jìn)步，無人機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，展現(xiàn)出較大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，在消防應(yīng)急救援領(lǐng)域，無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：一是較高的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定的操控性。無人機(jī)設(shè)備可以快速、準(zhǔn)確地到達(dá)目標(biāo)區(qū)域上空，全面了解災(zāi)害現(xiàn)場情況，可在空中對飛行距離100～1000m的范圍達(dá)到毫米級的測量，方便一線救援人員快速精準(zhǔn)地掌握災(zāi)害情況。消防救援隊(duì)伍裝備使用的為多旋翼無人機(jī)，可垂直起降和上空盤旋，為現(xiàn)場災(zāi)情偵查和區(qū)域監(jiān)測災(zāi)情提供穩(wěn)定可靠的工作環(huán)境[4]。二是較低的使用成本和實(shí)戰(zhàn)風(fēng)險。無人機(jī)設(shè)備不易受天氣和周圍環(huán)境的影響，無人機(jī)音視頻、紅外辨識、救援救助等多個功能模塊可一次性建設(shè)后多次投入使用，成本相對較低，其具備的自動化操控能力，可在復(fù)雜的環(huán)境中代替人員執(zhí)行偵查監(jiān)測、滅火藥劑投放和救援救助等任務(wù)，可有效降低一線救援人員在復(fù)雜危險區(qū)域和情況不明環(huán)境中的傷亡風(fēng)險。三是較靈活的功能裝備配置。無人機(jī)技術(shù)已應(yīng)用于多學(xué)科、多技術(shù)領(lǐng)域，除航空飛行、線路測控等基本功能外，還可以實(shí)現(xiàn)特定功能需求，例如，無人機(jī)配備了夜視燈、高分辨率攝像頭后，可在白天和黑夜實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定拍攝，為滅火應(yīng)急救援提供清晰的圖像數(shù)據(jù)[5]；無人機(jī)配備滅火劑噴灑裝置后可向著火點(diǎn)精準(zhǔn)噴射滅火藥劑，高效控制或撲救火勢。

2 無人機(jī)技術(shù)在滅火救援中的主要功能

無人機(jī)能夠迅速抵達(dá)火災(zāi)事發(fā)地，負(fù)責(zé)向地面實(shí)時傳輸圖像和數(shù)據(jù)，其圖像在非視線可達(dá)的城市環(huán)境中傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)40km，可以較好地滿足消防救援要求[6]，主要功能有：

2.1" 高清攝像

搭載紅外線夜間電視攝像頭、輔助燈泡等先進(jìn)技術(shù)的無人機(jī)在白天或黑夜，都能夠從不同角度、不同層次收集豐富的場景照片，以便更好地幫助現(xiàn)場指揮人員獲取災(zāi)區(qū)地貌、范圍、擴(kuò)散趨勢等情況，從而制定有效的救援措施[7]。

2.2" 災(zāi)情偵查

無人機(jī)具有高空檢測功能，通過安裝錄像機(jī)可以隨時獲取火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)的信息[8]。無人機(jī)操作手按要求控制無人機(jī)的飛行高度，將火災(zāi)視頻實(shí)時傳輸?shù)杰囕v的邊緣監(jiān)視器上，位置攝像機(jī)具備多角度的拍攝能力，包括變焦、傾斜等功能，還可以編程進(jìn)行頻率掃描，以捕捉車輛、道路和建筑物的多重視角。此外，無人機(jī)還配備了多種設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)、有毒可燃?xì)怏w探測器、測風(fēng)儀、紅外熱像儀等，可在消防救援隊(duì)伍災(zāi)情偵查小組難以到達(dá)的情況下，快速執(zhí)行偵查任務(wù)。無人機(jī)與偵檢設(shè)備的集成設(shè)置，不僅能夠遠(yuǎn)程檢測易燃易爆危險化學(xué)品及其他相關(guān)氣體的濃度，還能測量環(huán)境溫度和風(fēng)速，詳細(xì)了解災(zāi)害現(xiàn)場的環(huán)境和氣象條件[9]。無人機(jī)在消防救援中的應(yīng)用具有高度的技術(shù)性和多功能性，通過遠(yuǎn)程監(jiān)測和偵查，不僅能夠提供關(guān)鍵信息，還能有效減少一線救援人員進(jìn)入危險環(huán)境的風(fēng)險，使無人機(jī)在消防救援隊(duì)伍一線實(shí)戰(zhàn)中變得更加重要和不可或缺。

2.3" 定位搜尋

緊急情況下，地面指揮人員可以通過無人機(jī)準(zhǔn)確定位受災(zāi)者和參與災(zāi)害救助的消防員的位置，快速施救。例如，2018年3月13日接警，一名女孩被困在山東章丘玉泉山附近，因山勢險峻、地形多變，一線救援人員多次嘗試搜尋未果后，使用無人機(jī)升空搜尋，通過搜索定位，救援人員成功對其進(jìn)行了救援。該案例較好地展示了無人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中搜索和救援的能力，采用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動和實(shí)時定位，大大提高了救援工作效率，縮短了救援時間，最大限度地保障了受災(zāi)者的安全[10]。

2.4" 信號覆蓋

災(zāi)害事故發(fā)生后，極易造成斷水、斷電、斷網(wǎng)的極端災(zāi)害情況，通信無人機(jī)無線傳輸技術(shù)可有效解決地震、山體滑坡中通信中斷等問題，在救援工作指揮調(diào)度和組織實(shí)施中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通信無人機(jī)使用合并運(yùn)輸模塊作為臨時中繼站，具有極低的信噪比門限（1dB）和接近香農(nóng)極限的接收靈敏度（-128dBm），這使得在相同傳輸功率下，通信距離可以提高60%，通過層層物理技術(shù)進(jìn)行中繼聯(lián)網(wǎng)，各個網(wǎng)絡(luò)連接相互補(bǔ)充，無須借助其他介質(zhì)，而且新節(jié)點(diǎn)的離開或加入不會對整個網(wǎng)絡(luò)通信造成干擾[11]，見圖1。

隨著5G信號的普及和應(yīng)用，無人機(jī)具備了飛速同步和信號迅速處理的功能，通信建立和動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射與接收可以在100ms內(nèi)完成。這使得在緊急情況下，特別是在自然災(zāi)害發(fā)生時，無人機(jī)可以迅速建立通信，協(xié)助救援工作，提高災(zāi)害救援的效率和響應(yīng)速度。自組網(wǎng)終端可以隨意在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生改變，速度又快又穩(wěn)，終端之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以隨時發(fā)生改變來滿足各個場景的需要，見圖2。

2.5" 預(yù)警照明

預(yù)警照明作為高空偵查、救援任務(wù)中保障關(guān)鍵指令有效傳遞的重要方式，可排除信號、噪聲干擾，正常開展救援現(xiàn)場應(yīng)急通信和信息傳遞。無人機(jī)預(yù)警照明功能可在夜間應(yīng)急搜救任務(wù)中利用燈光變化傳遞信息，也可以為夜間應(yīng)急搜救提供大范圍、長時間、高亮度的照明，從而確保救援工作安全、不間斷開展。同時，無人機(jī)設(shè)備隨車配備、攜帶、運(yùn)送，可在任務(wù)轉(zhuǎn)移和遇到緊急情況時快速啟動。此外，無人機(jī)操作系統(tǒng)具有自動巡航模式，可以高效地輔助人工操作，降低操作難度，為救援行動提供了極大的便捷，為救援現(xiàn)場提供了更加穩(wěn)定、持久的高空照明，大大提高了救援效率和穩(wěn)定。

2.6nbsp; 救援行動

當(dāng)高層建筑、森林等復(fù)雜區(qū)域發(fā)生火災(zāi)，傳統(tǒng)的投放方式受許多因素影響，準(zhǔn)確率較低，可以通過地面控制將簡易滅火劑投放到空中，以撲滅火源。例如，“天龍一號”滅火無人機(jī)，主要應(yīng)用在高層建筑，承載容量為20kg，擁有4枚消防彈，它可以穿越厚達(dá)20mm的雙層鋼骨玻璃，投擲8kg滅火劑，覆蓋滅火面積達(dá)80m2[12]。無人駕駛飛行器較小，更容易操控，可不受高層建筑高度限制，起飛到達(dá)指定位置，將滅火藥劑噴射至火場，快速撲滅火源，有效保護(hù)群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全。

3 無人機(jī)技術(shù)在滅火救援領(lǐng)域的發(fā)展方向

3.1" 提升無人機(jī)耐火隔熱性能

在火場救援中，無人機(jī)面對高溫?zé)彷椛洹釋α鞯葟?fù)雜環(huán)境，機(jī)身材料受高溫影響較大，飛行系統(tǒng)穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)。因此，無人機(jī)應(yīng)用于消防領(lǐng)域和火災(zāi)撲救時，必須考慮升級無人機(jī)材料的耐火性和隔熱性，可選用阻燃材料制作無人機(jī)，并在無人機(jī)身涂裝隔熱材料，加強(qiáng)飛行自動校準(zhǔn)系統(tǒng)的校正，以延長無人機(jī)的使用壽命、保證飛行安全。

3.2" 提高飛行靈活性

消防無人機(jī)常常需要在狹小、復(fù)雜的空間中作業(yè)，因此要求無人機(jī)體積不能太大，并且具備易拆裝的功能，便于在任務(wù)變化和地面條件惡劣時及時組裝和收整。在未來發(fā)展中，無人機(jī)須尋求制造技術(shù)突破，盡可能生產(chǎn)具有體積小、可裝卸、可折疊、可伸縮等特點(diǎn)的無人機(jī)，以降低操作難度、靈活躲避飛行障礙。

3.3" 加強(qiáng)無人機(jī)集群協(xié)同

目前，無人機(jī)在消防救援中缺乏集群協(xié)同的能力，無須人工干預(yù)即可完成多項(xiàng)任務(wù)，比如無人機(jī)燈光秀表演。消防救援領(lǐng)域可根據(jù)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法、協(xié)同指揮需要，加強(qiáng)對無人機(jī)群在災(zāi)情偵查、應(yīng)急通信、滅火劑噴射和火災(zāi)撲救領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，大幅提高無人機(jī)在消防救援領(lǐng)域集群作戰(zhàn)中的效率和效能。

3.4" 建立災(zāi)情數(shù)據(jù)庫

我國目前缺乏完善的災(zāi)情數(shù)據(jù)庫信息，無法進(jìn)行全面、多樣的數(shù)據(jù)收集、分類處理、搜索、檢索和分析，為拓展無人機(jī)在消防救援領(lǐng)域的應(yīng)用造成了困難。例如，集群協(xié)同和功能創(chuàng)新上缺乏有力的數(shù)據(jù)支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。因此，建立完善的災(zāi)情數(shù)據(jù)庫是進(jìn)一步釋放無人機(jī)實(shí)戰(zhàn)效能和拓展實(shí)戰(zhàn)功能的重要途徑，需要建立部門協(xié)作、實(shí)踐反饋、創(chuàng)新完善的消防無人機(jī)發(fā)展體系，確保符合實(shí)戰(zhàn)需要。

3.5" 優(yōu)化設(shè)備與機(jī)身契合度

雖然無人機(jī)集群配備了偵查、警報(bào)、攝像圖傳輸、輕量化設(shè)備和滅火劑噴射功能，但精度不夠理想、后坐力較大，需要進(jìn)一步改進(jìn)和提高搭載設(shè)備與機(jī)身的契合度，以增強(qiáng)無人機(jī)在消防救援中的作用。

4 無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用效果的提升策略

4.1" 強(qiáng)化培訓(xùn)，夯實(shí)基礎(chǔ)

強(qiáng)化培訓(xùn)方面的首要任務(wù)是嚴(yán)格執(zhí)行《輕小無人機(jī)運(yùn)行規(guī)定（試行）》的操作流程，堅(jiān)持無人機(jī)飛手培訓(xùn)、考核、持證上崗，確保無人機(jī)操作人員具備必要的操作規(guī)范。此外，在無人機(jī)飛手的初訓(xùn)、復(fù)訓(xùn)和崗位適應(yīng)性測試中，需要加大真實(shí)場景模擬訓(xùn)練的力度，訓(xùn)練環(huán)境應(yīng)涵蓋居民樓、林場和商場等不同場景，以應(yīng)對各種復(fù)雜的火災(zāi)環(huán)境。

4.2" 嚴(yán)把質(zhì)量，注重維保

為保障無人機(jī)質(zhì)量，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇適當(dāng)?shù)钠放啤⑵脚_、跟蹤能力和飛行控制參數(shù)，并與制造商建立定期維修和保養(yǎng)的機(jī)制。無人機(jī)設(shè)備定期檢測、保養(yǎng)、維護(hù)是保證無人機(jī)長期運(yùn)行的重中之重，可采用駐場培訓(xùn)的方式幫助消防救援隊(duì)人員掌握無人機(jī)基礎(chǔ)部件檢測、維修、保養(yǎng)的技能，確保無人機(jī)正常、良好的使用狀態(tài)。

4.3" 有效測試，確保安全

無人機(jī)長時間處于高空作業(yè)對飛行安全和穩(wěn)定有著極高的要求，有效測試可確保無人機(jī)的質(zhì)量和使用效能。無人機(jī)測試應(yīng)在購買驗(yàn)收、維修返崗和達(dá)到保養(yǎng)檢測年限時進(jìn)行，可根據(jù)需要分為常規(guī)測試和專項(xiàng)測試，常規(guī)測試包括螺旋槳斷裂保護(hù)、遙控丟失、飛行操控等多個方面，通過檢測、測試可有效確保飛行器在各種情況下的安全性和可靠性。專項(xiàng)測試是指對消防救援領(lǐng)域?qū)Ｓ霉δ苣K的測試，包括紅外識別、空中呼叫、滅火藥劑投送、影音圖像傳輸?shù)葘ｉT功能模塊的測試，以確保無人機(jī)可以發(fā)揮較好的實(shí)戰(zhàn)效能。

4.4" 軟硬件結(jié)合，提升應(yīng)用效能

為提高信息處理效率，需要開發(fā)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，方便對信息進(jìn)行分類、篩選和提取?，F(xiàn)場采集與數(shù)據(jù)庫比對的信息包括火災(zāi)現(xiàn)場經(jīng)緯度、面積、風(fēng)向、風(fēng)速、有毒有害氣體濃度、人員情況等，以上數(shù)據(jù)采集后的分析比對有助于指揮中心和現(xiàn)場指揮部更好地掌握災(zāi)情，及時作出決策，優(yōu)化消防救援工作組織實(shí)施方案。

4.5" 緊跟實(shí)戰(zhàn)，提升消防專用無人機(jī)研發(fā)深度

消防專用無人機(jī)的研發(fā)需要綜合考慮偵查、早期警報(bào)、攝像圖像傳輸、照明設(shè)備配送、滅火劑注入等多個模塊，以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)偵查、初期滅火、人員搜索、救援援助、信息傳遞等多種功能。無人機(jī)的開發(fā)還需要注重機(jī)體輕量化、模塊的裝卸靈活、操作能力在高溫和燃燒環(huán)境下的適應(yīng)性。同時建立不同型號和功能模塊的無人駕駛航空器組群模塊，使各模塊互連和智能控制，支持地面指揮和數(shù)據(jù)處理，以提高消防救援實(shí)戰(zhàn)中的效率和效能。

5 結(jié)束語

無人機(jī)作為信息技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物，已經(jīng)在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并在消防救援中扮演著舉足輕重的角色。無人機(jī)具備空中偵查檢測、信息采集與傳輸、指揮調(diào)度、滅火藥劑投送等多重功能，其技術(shù)的推廣和應(yīng)用將在提升滅火應(yīng)急救援效率和質(zhì)效方面，提供強(qiáng)有力的技術(shù)創(chuàng)新支撐。

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