無人機在消防救援中的應(yīng)用研究

李二飛

（重慶市榮昌區(qū)消防救援支隊，重慶 402400）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，計算機技術(shù)日新月異，人工智能、大數(shù)據(jù)計算都已呈現(xiàn)在人們的生活中，智能化、信息化和自動化的時代已經(jīng)向我們大跨步走來，無人機就是新科技下的產(chǎn)兒。目前，無人機已經(jīng)被越來越多的人熟知，在消防救援領(lǐng)域中，由于無人機體積小、機動性高，操控簡易、方便等特點，使得它們能夠在復(fù)雜環(huán)境中飛行和執(zhí)行任務(wù)，如高層建筑、山區(qū)、森林等。無人機還可以快速部署和操作，減少了人力和時間成本，提高了救援響應(yīng)速度，為后續(xù)消防人員快速救援提供了有利的保障。

1 無人機的應(yīng)用場景

無人機（Unmanned Aerial Vehicle，簡稱無人機或無人機器）是一種由無線電遙控控制的設(shè)備，有一些無人機是程序員通過編程來進行操控的，因此又被稱為遙控駕駛航空器。由于無人機的體積小、航程遠以及無人駕駛的優(yōu)勢，成為全球高新技術(shù)領(lǐng)域的熱點之一。無人機的應(yīng)用廣泛涵蓋了軍事、民用、商用等多個領(lǐng)域，逐漸顯露出強有力的市場潛力。

近年來，在現(xiàn)代城市中火災(zāi)事故的頻率和規(guī)模越來越大，而傳統(tǒng)的消防救援方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代需求了，因此，空中飛行器技術(shù)已經(jīng)成為新的消防救援工具。在消防救援中，無人機因高效、快速、安全等特點，受到越來越多消防部門的使用和關(guān)注。消防部門主要將無人機用于對火場進行快速測量、監(jiān)測和掌握火勢動態(tài)。他們通過無人機中的高清相機和熱像儀來拍攝清晰的空中圖像，及時傳遞火場信息和數(shù)據(jù)，指導(dǎo)消防部門進行尋找火源、撲救火災(zāi)等工作。

2 無人機技術(shù)優(yōu)勢

現(xiàn)在所有的無人機都配置了定位系統(tǒng)、自航系統(tǒng)、地面指揮系統(tǒng)、空中拍攝系統(tǒng)和信息傳輸多系統(tǒng)來更好地進行救援，無人機在消防救援中具有以下優(yōu)點。

2.1 智能化

隨著科技的發(fā)展和社會的進步，人們的生活質(zhì)量不斷提高，對安全問題更加重視，因此，無人機被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其是火災(zāi)救援方面，為消防人員帶來了巨大幫助。當前，通過將無人機應(yīng)用與智能化技術(shù)相結(jié)合，無人機的飛行性能得到了極大的提升，使其具備了獨立工作的能力，同時也增強了其起降時的安全性，從而為無人機在消防領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了有利的條件。

2.2 精準定位

無人機的高精度到達預(yù)設(shè)目標點，為消防救援的順利高效實施提供了有力保障。目前，我國正處于城市化建設(shè)發(fā)展階段，城市規(guī)模不斷擴大，高層建筑越來越多，這對消防工作提出了新要求。在進行滅火救援時，精準控制起火點是確保整個火災(zāi)情況得到有效控制的關(guān)鍵所在。隨著智能技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，消防救援中已經(jīng)開始采用先進的科技手段來實現(xiàn)對起火點的實時監(jiān)測。消防員可以通過智能控制無人機，在地面屏幕上實時獲取火災(zāi)現(xiàn)場的詳細情況，從而更加高效地定位火源。此外，無人機還能夠?qū)崿F(xiàn)對火場環(huán)境的監(jiān)控和定位，并將這些信息及時傳輸給相關(guān)部門。在消防站，用戶可以通過點擊屏幕上的起火點，將無人機引導(dǎo)至指定位置，同時無人機還能夠智能規(guī)避障礙物，自主導(dǎo)航，并執(zhí)行火災(zāi)救援人員下達的各項指令。

2.3 視覺追蹤

利用智能化技術(shù)，無人機得以追蹤特定范圍內(nèi)的動態(tài)圖像，實現(xiàn)了對圖像的高度跟蹤。該系統(tǒng)采用了基于圖像處理算法的方法，實現(xiàn)對火災(zāi)視頻信息的處理，包括火焰檢測、目標物體分割及特征點匹配等功能。智能識別系統(tǒng)已被安裝于無人機內(nèi)部，使得無人機能夠捕捉并識別火災(zāi)現(xiàn)場的動態(tài)圖像。一是可以對火災(zāi)信息進行采集后傳輸?shù)接嬎銠C中。在符合規(guī)定的范圍內(nèi)取得有效的圖像和數(shù)據(jù)，以確保信息的準確性和可靠性。二是可以對火災(zāi)發(fā)生后的視頻信息進行分析，并將結(jié)果傳輸給消防部門，為滅火救援提供重要參考依據(jù)。三是可以進行固定地點的拍攝，也可以進行現(xiàn)場跟蹤拍攝，這樣可以更詳細地記錄火災(zāi)現(xiàn)場的情況。通過對不同類型火災(zāi)發(fā)生時產(chǎn)生的煙霧特點及特征信息進行分析，能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位火源位置。此外，還可實現(xiàn)目標的鎖定、縮小和擴大，以便更加便捷地獲取和處理關(guān)鍵區(qū)域。利用無人機搭載遙感設(shè)備能夠?qū)饒鲂畔⑦M行實時監(jiān)測并及時發(fā)布相關(guān)信息，以便消防人員第一時間發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。通過將遙感技術(shù)與無人機相結(jié)合，火災(zāi)區(qū)的圖像獲取變得更加高效便捷，從而為消防救援提供了充足的時間資源。無人機運用智能傳感技術(shù)感知障礙物的存在，并將其信息傳輸至智能系統(tǒng)，智能系統(tǒng)能夠識別和判斷障礙物的大小和位置，從而靈活躲避障礙物，消除復(fù)雜環(huán)境所帶來的不良影響，確保無人機的安全，以更好地為消防救援服務(wù)。

2.4 視野開闊

隨著現(xiàn)代攝像技術(shù)的迅猛發(fā)展，無人機與攝像系統(tǒng)的融合，使得無人機的拍攝視野和范圍得到了更廣泛的拓展。在滅火救援中，利用攝像頭進行實時監(jiān)控，不僅能及時獲取火場信息，而且還可以對火情做出正確判斷，從而減少人員傷亡及財產(chǎn)損失。該攝像頭可實現(xiàn)全方位的360°旋轉(zhuǎn)，同時，支持多角度拍攝火災(zāi)現(xiàn)場的全景圖像。由于攝像頭采用了高像素設(shè)計，因此其擁有很高的分辨率，從而大大提高了滅火效率。無人機的拍攝和呈現(xiàn)效果得到了顯著提升，這要歸功于攝像頭所呈現(xiàn)的高清畫質(zhì)，通過無線傳輸方式與地面消防隊進行信息交互，使得消防員能夠更加深入地了解火災(zāi)的細節(jié)和情況。此外，紅外線式攝像頭為其提供了夜間圖像采集，從而輔助消防救援工作更加便利，因此，無人機的性能和效用得到了極大的提升。

在消防救援中，各種搜救任務(wù)層出不窮，有些地方的消防員難以到達，而無人機則因其高度的機動性和靈活性，能夠在飛行時實現(xiàn)靈活的轉(zhuǎn)彎，此外，無人機的體積和性能也更適合于小范圍的搜索救援，克服了惡劣的環(huán)境條件，從而保障了消防員的人身安全。

3 無人機消防救援中的硬件設(shè)備

無人機技術(shù)應(yīng)用于滅火救援中，能夠及時促進并提高救援的火災(zāi)撲滅率以及救援效率，更好地應(yīng)對不同場景狀況下的滅火救援任務(wù)。主要應(yīng)用有以下幾種模塊。

3.1 傳感器

無人機配備各種傳感器，包括煙霧傳感器、氣體傳感器、紅外熱像儀、高清攝像機等。這些傳感器能夠感知火災(zāi)環(huán)境中的煙霧、氣體濃度、熱點等信息，為消防救援提供實時數(shù)據(jù)支持。

3.2 攝像系統(tǒng)

高清攝像機和紅外熱像儀是常見的無人機攝像系統(tǒng)。高清攝像機可以提供清晰的實時圖像，用于火災(zāi)監(jiān)測和被困者搜索。紅外熱像儀則能夠探測火源和人體熱量，在夜間或煙霧較大的環(huán)境中提供額外的信息。

3.3 遙控系統(tǒng)

遙控系統(tǒng)包括遙控器和無人機本身的通信接收器。遙控器通過無線信號與無人機進行通信，控制其飛行、操作攝像頭等功能。通信接收器則負責接收和解碼遙控指令，確保無人機的穩(wěn)定飛行和指令執(zhí)行。

3.4 航電系統(tǒng)

航電系統(tǒng)由飛行控制主板、陀螺儀、加速度計等組成，用于控制無人機的飛行姿態(tài)、穩(wěn)定性和導(dǎo)航能力。它們通過飛行控制算法和傳感器數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動懸停、避障、路徑規(guī)劃等功能。

3.5 電池和動力系統(tǒng)

電池是無人機的能量來源，提供電力驅(qū)動無人機飛行。當前常用的電池技術(shù)包括鋰聚合物電池（LiPo），其具有高能量密度和輕量化的特點，以滿足無人機長時間飛行的需求。

3.6 數(shù)據(jù)鏈路與通信設(shè)備

數(shù)據(jù)鏈路用于與指揮中心或其他救援人員進行實時數(shù)據(jù)傳輸。通過無線通信設(shè)備，無人機可以將收集的圖像、視頻、傳感器數(shù)據(jù)等發(fā)送給地面站，以支持指揮決策和信息共享（表1）。

表1 無人機在消防救援中的模塊參數(shù)

綜述，無人機在消防救援中的硬件分析主要涉及傳感器、攝像系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、電池和動力系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)鏈路與通信設(shè)備等關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備。這些硬件的優(yōu)化和集成將提高無人機的性能和能力，實現(xiàn)更有效的消防救援行動。

4 無人機的市場規(guī)模及在消防滅火救援中的具體應(yīng)用

無人機在經(jīng)濟社會發(fā)展的諸多領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。2021年，我國應(yīng)急救援無人機市場規(guī)模約為4200萬元，2022年增長為4810.8萬元。無人機運行成本低、結(jié)構(gòu)簡單、所需要的機械零部件相對較少，無論是拆卸、更換還是維修都十分方便。而且無人機的操作技術(shù)較為簡單，訓(xùn)練周期較短，都可以快速熟悉掌握，不同于大型飛行設(shè)備，不需要專用的跑道，起降要求較低，在消防滅火救援中的具體應(yīng)用如下。

4.1 火災(zāi)監(jiān)測和情報搜集

無人機配備高清相機和熱像儀，可以飛越火災(zāi)現(xiàn)場，對火場進行高效偵測。在火災(zāi)苗頭剛剛出現(xiàn)的時候，可以通過無人機的拍攝裝置、高清圖像、視頻和熱點圖等詳細信息，快速準確地定位火點位置，實時監(jiān)測火勢擴散情況，采取相應(yīng)疏散措施，制定滅火方案。

4.2 搜救定位和識別

無人機配備紅外熱像儀和攝像頭，可以快速搜索被困人員的位置。熱像儀可以檢測到人體的體溫差異，快速幫助救援人員準確定位，攝像頭可以提供目標圖像，用于確認被困者的安全狀態(tài)。

4.3 環(huán)境監(jiān)測和風險評估

無人機可以配備氣體傳感器和其他環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，通過收集火災(zāi)現(xiàn)場的氣體濃度、溫度等數(shù)據(jù)，幫助救援人員評估火災(zāi)的危險程度，確保他們的安全，并制定相應(yīng)的救援策略。

4.4 通信支持和聯(lián)絡(luò)服務(wù)

無人機可以搭載通信設(shè)備，作為移動中繼站提供通信支持。在通信網(wǎng)絡(luò)受損或無法覆蓋的區(qū)域，無人機可以確保救援人員與指揮中心之間的及時溝通，協(xié)助指揮和協(xié)調(diào)救援行動。

4.5 交通指揮和疏導(dǎo)

無人機可以用于交通指揮和疏導(dǎo)，特別是在大型火災(zāi)場景或交通事故中。它們可以飛越交通擁堵區(qū)域，通過搭載LED屏幕或揚聲器等設(shè)備，向駕駛員提供實時交通信息和路線指示，減少救援時間和交通壓力。

4.6 物資運輸和投遞

無人機可以用于物資的快速運輸和投遞，如藥品、食品、水等。在緊急情況下，無人機可以通過空投或精確投遞將必要的物資送達到被困區(qū)域，滿足受困人員的基本需求。

5 結(jié)語

目前，我國無人機技術(shù)發(fā)展迅速，無人機在消防滅火救援中的應(yīng)用可分為機載飛行系統(tǒng)、機載控制系統(tǒng)和地面處理系統(tǒng)。無人機以其無人駕駛、機動靈活、全天候的優(yōu)勢，可執(zhí)行高危作業(yè)和輔助科學(xué)撲救指揮。未來，隨著無人機技術(shù)的進一步發(fā)展，無人機的功能和應(yīng)用將會越來越多樣化和智能化，其在火災(zāi)預(yù)防撲救等工作中必將得到更廣泛有效的應(yīng)用。