化工火災中無人機偵察與滅火路徑優(yōu)化策略

摘要：化工企業(yè)因生產特性易發(fā)生火災，而傳統(tǒng)救援手段局限性較大。無人機憑借靈活、偵察精準及能保障人員安全等優(yōu)勢，在化工火災應急處置中極具應用潛力?；诖耍U述無人機在化工火災偵察中的作用與優(yōu)勢，介紹基于偵察的滅火策略，提出以構建高精度模型、建立多維度評估體系、開發(fā)動態(tài)算法及實時調整機制、設計協(xié)同路徑規(guī)劃系統(tǒng)為核心的滅火路徑優(yōu)化策略，旨在提升滅火效率，降低救援風險，為化工火災應急處置提供參考方案。

關鍵詞：化工火災；無人機偵察；滅火路徑優(yōu)化

化工企業(yè)生產過程具有特殊性，極易引發(fā)火災、爆炸等安全事故。傳統(tǒng)的化工火災撲救手段存在局限性，如消防車難以進入狹小封閉的生產裝置區(qū)域，消防員面臨高溫、有毒氣體的嚴重威脅。因此，探索新的化工火災應急處置技術已成為當務之急[1]。而無人機技術的快速發(fā)展為化工火災應急處置帶來了新的解決方案。

1 無人機在化工火災偵察中的作用及優(yōu)勢

1.1" 無人機在化工火災偵察中的作用

化工火災現場環(huán)境復雜且危險，存在易燃易爆物質與有毒氣體釋放等潛在風險，傳統(tǒng)人工偵察面臨巨大挑戰(zhàn)。而無人機憑借高空視角與靈活機動性，可快速抵達火災現場上空，對火勢展開全方位、多角度偵察。通過搭載高清攝像頭、紅外熱成像儀等設備，無人機能夠實時捕捉火場畫面，精準識別火源位置、火勢蔓延方向及范圍，為指揮決策提供直觀、準確的火場信息。此外，無人機還能在火災現場進行環(huán)境監(jiān)測，如檢測有毒氣體濃度、風速風向等，為救援人員提供必要的安全保障。在火災偵察過程中，無人機所獲取的信息具有關鍵作用?；鹪次恢玫臏蚀_識別有助于消防力量快速定位滅火目標，火勢蔓延方向及范圍的清晰掌握能夠為指揮決策提供科學依據，環(huán)境監(jiān)測數據則可幫助救援人員了解現場的危險程度，從而采取相應的防護措施，確保救援行動的安全性。

1.2" 無人機在化工火災偵察中的優(yōu)勢

無人機在化工火災偵察中展現出顯著的優(yōu)勢。一方面，無人機具有高度的靈活性和機動性，能夠輕松穿越狹窄空間、障礙物，快速抵達火災現場核心區(qū)域，這是傳統(tǒng)偵察手段難以比擬的。另一方面，無人機搭載的各種先進設備使其具備強大的偵察能力。紅外熱成像儀能夠在濃煙、黑暗等惡劣環(huán)境下準確捕捉火源信息，而高清攝像頭則能提供清晰的火場畫面，為救援人員提供直觀的視覺支持。此外，無人機還能實現遠程遙控操作，避免了救援人員直接接觸火災現場的危險，提高了偵察工作的安全性。同時，無人機偵察數據的實時回傳功能使得指揮中心能夠迅速獲取火場信息，為制定科學合理的救援方案提供有力支持。這些優(yōu)勢共同構成了無人機在化工火災偵察中的獨特價值[2]。

2 基于無人機偵察的化工火災滅火策略

2.1" 火災預警與無人機快速啟動

火災預警系統(tǒng)依托高度敏感的傳感器網絡，能夠實時監(jiān)測化工生產環(huán)境中的溫度、煙霧濃度等關鍵參數。一旦檢測到異常，系統(tǒng)通過毫秒級響應的通信協(xié)議將警報信息傳輸至消防指揮中心。這一過程不僅依賴于硬件設備的精準度，更需先進的信息化平臺與智能決策系統(tǒng)的支持。消防指揮中心作為應急響應的中樞，須具備多源信息融合與快速決策能力，確保在接收到警報后能夠迅速激活無人機偵察小組。

無人機的快速啟動與精準投放是后續(xù)行動的基礎。這要求無人機具備高可靠性、高機動性以及在復雜電磁環(huán)境下的通信穩(wěn)定性。自動化調度系統(tǒng)需根據火場位置、環(huán)境條件等因素，優(yōu)化無人機的飛行路徑與任務分配，確保偵察資源的高效利用。此外，無人機平臺的模塊化設計使其能夠快速更換任務載荷，適應不同火災場景的需求，進一步提升應急響應的靈活性。

2.2" 無人機抵達現場實施偵察

無人機在抵達火災現場后，迅速構建起全方位、立體化的偵察體系。憑借其搭載的高清攝像頭與紅外熱成像儀，無人機能在濃煙彌漫、高溫炙烤等極端惡劣條件下，高效執(zhí)行火場影像與熱成像數據的實時采集任務。通過應用前沿的圖像處理算法，無人機能實現對火源位置的精確鎖定，并深入剖析火勢的分布格局與蔓延趨勢。

不僅如此，無人機還展現出持續(xù)監(jiān)測火勢動態(tài)變化的卓越能力，涵蓋火勢強度的增減、煙霧擴散的軌跡等關鍵要素，為消防指揮中心提供了實時且精準的火場態(tài)勢信息。這些數據對于火災風險的量化評估以及滅火策略的科學制定均具有不可替代的重要價值[3]。無人機的靈活機動與高效作業(yè)特性，使其能夠在極短時間內完成大面積火場的偵察覆蓋，為后續(xù)滅火行動的順利開展提供了堅實的信息支撐與決策依據，彰顯了現代科技在消防領域的創(chuàng)新應用與顯著效能。

2.3" 指導現場滅火行動

在化工火災滅火行動中，基于無人機偵察的指揮體系為現場處置提供了關鍵支撐。消防指揮中心通過無人機遠程遙控系統(tǒng)獲取高空視角的實時畫面，構建起三維火場態(tài)勢模型，使消防人員能夠直觀掌握火勢分布、危險源位置及周邊環(huán)境特征。無人機搭載的多光譜傳感器與熱成像設備可穿透濃煙識別高溫區(qū)域，精準定位燃燒點與潛在爆炸風險源，為滅火方案制定提供多維數據支撐。

在滅火過程中，無人機持續(xù)執(zhí)行動態(tài)監(jiān)測任務，通過圖像識別算法分析火勢蔓延趨勢，結合氣象數據預測煙霧擴散路徑，將實時信息反饋至指揮中心。指揮系統(tǒng)基于智能決策模型，動態(tài)調整滅火力量部署，優(yōu)先處置火勢蔓延關鍵節(jié)點，實現資源精準投放。這種無人機偵察與指揮決策的閉環(huán)協(xié)同機制，顯著提升了化工火災處置的時效性與科學性，為降低災害損失、保障救援安全提供了技術保障。

2.4" 火災撲救和善后處置

在成功撲滅火勢后，無人機并不會立即撤離現場，而是繼續(xù)執(zhí)行巡查任務，監(jiān)測可能出現的復燃情況。通過持續(xù)的熱成像監(jiān)測與數據分析，無人機能夠及時發(fā)現并報告潛在的火源點，為消防人員提供復燃預警。同時，無人機在火災現場采集的大量數據也為后續(xù)的事故調查、損失評估等善后處置工作提供了重要依據。這些數據包括火場的高清影像、熱成像記錄、火勢蔓延路徑等，它們能夠幫助調查人員準確還原火災過程，分析火災原因，評估火災損失。無人機的持續(xù)監(jiān)測與數據采集，為化工火災的善后處置工作提供了有力支持，有助于提升化工企業(yè)的安全管理水平與應急響應能力。

3 基于無人機數據的滅火路徑優(yōu)化策略

3.1" 構建高精度化工廠區(qū)域模型

化工廠區(qū)域模型的構建是滅火路徑優(yōu)化的基礎，其核心在于整合多源異構數據以形成高精度的數字化表征。通過融合無人機傾斜攝影測量、激光雷達掃描與地面調查數據，可構建包含三維地形、建筑結構、管線網絡及危險源分布的多層次模型。例如，采用點云數據處理技術，將無人機采集的激光點云與可見光影像進行配準，可精確還原儲罐區(qū)、反應釜群等關鍵設施的幾何特征。針對化工園區(qū)特有的危險源，如易燃易爆物質儲存區(qū)、有毒氣體泄漏點等，需建立動態(tài)風險數據庫，結合歷史事故數據與實時監(jiān)測信息，對危險源的潛在影響范圍進行量化評估。

在模型構建過程中，需重點解決數據融合精度與實時更新機制兩大難題。一方面，通過引入多傳感器時空同步技術，確保不同數據源在時間和空間維度上的對齊誤差小于0.5m；另一方面，開發(fā)基于邊緣計算的增量更新算法，使模型能夠每15min自動整合最新無人機偵察數據，實現火災蔓延趨勢與設施損毀狀態(tài)的動態(tài)映射。此類模型不僅為路徑規(guī)劃提供靜態(tài)環(huán)境基礎，更通過實時數據驅動的風險預測模塊，為后續(xù)路徑安全性評估提供量化依據。

3.2" 建立多維度滅火行動安全性評估體系

滅火行動安全性評估需突破傳統(tǒng)定性分析的局限，構建融合多源數據的量化評估框架?；跓o人機獲取的實時熱成像數據，可建立火勢蔓延概率模型，通過流體力學仿真預測火焰前鋒推進速度與方向，結合區(qū)域模型中的建筑布局與材料熱物性參數，計算行動沿線各點位的熱輻射強度與結構坍塌風險。例如，采用蒙特卡洛模擬方法對儲罐區(qū)多米諾效應進行概率分析，量化不同行動路線穿越危險區(qū)域的潛在傷亡概率。

針對化工火災特有的有毒氣體擴散風險，需整合無人機搭載的氣體檢測儀數據與氣象參數，構建高斯煙羽模型預測有毒云團移動軌跡。通過疊加行動軌跡與風險云圖，可計算各行動段的有毒氣體暴露劑量。此外，還需考慮行動的地形復雜度、可見度等物理障礙因素，建立包含熱輻射、毒氣濃度、地形難度等多維指標的加權評估模型。實際應用中，可采用層次分析法確定各指標權重，通過模糊綜合評價法生成行動安全性指數，確保高風險行動路線被有效識別與規(guī)避。

3.3" 開發(fā)動態(tài)滅火行動優(yōu)化算法與實時調整機制

滅火行動優(yōu)化需兼顧幾何最短性與時間最優(yōu)性雙重目標。在靜態(tài)行動規(guī)劃階段，采用改進型Dijkstra算法結合區(qū)域模型拓撲結構，生成初始最優(yōu)行動路線。該算法引入危險系數修正因子，使行動路線選擇不僅考慮距離因素，更權衡沿線風險分布。在動態(tài)調整階段，開發(fā)基于強化學習的行動重規(guī)劃算法，將無人機實時傳輸的火場態(tài)勢數據作為輸入，通過深度Q網絡（DQN）決策模型，在毫秒級時間內生成新行動方案。

實時調整機制需解決數據延遲與計算效率的矛盾。通過部署5G邊緣計算節(jié)點，將行動規(guī)劃算法下沉至無人機機載計算機，實現火場態(tài)勢感知到行動更新的端到端延遲低于200ms。同時，建立行動穩(wěn)定性預測模型，通過分析火勢發(fā)展速度、風向變化率等參數，預判行動路線有效性持續(xù)時間。當預測行動路線失效概率超過閾值時，自動觸發(fā)備用行動切換機制，確保滅火行動的連續(xù)性。實驗表明，該動態(tài)優(yōu)化策略可使平均滅火響應時間縮短，行動安全性提升。

3.4" 設計多救援力量協(xié)同行動規(guī)劃系統(tǒng)

多部門協(xié)同行動規(guī)劃需突破信息孤島與指揮協(xié)同兩大瓶頸。構建統(tǒng)一指揮平臺，集成消防、應急、環(huán)保等部門的資源數據與行動規(guī)約，通過數字孿生技術實現各力量部署的三維可視化。開發(fā)基于博弈論的協(xié)同行動規(guī)劃算法，將不同救援力量的響應時間約束、裝備特性、任務優(yōu)先級等要素納入優(yōu)化模型，求解多目標約束下的帕累托最優(yōu)解集[4]。

針對化工火災的復雜救援需求，設計分層行動規(guī)劃架構。頂層進行戰(zhàn)略行動規(guī)劃，確定各救援力量的主攻方向與匯合節(jié)點；中層實施戰(zhàn)術行動優(yōu)化，根據實時火情調整行進路線；底層執(zhí)行動態(tài)避障控制，確保車輛與人員安全。通過引入區(qū)塊鏈技術實現行動指令的不可篡改傳輸，結合UWB定位技術實現5cm級精度的人員定位，構建“規(guī)劃-執(zhí)行-反饋”的閉環(huán)協(xié)同體系。實際案例驗證顯示，該系統(tǒng)可使多部門協(xié)同效率提升，資源沖突率降低，為化工火災撲救提供可靠的協(xié)同保障。

4 結束語

綜上所述，無人機偵察與滅火路徑優(yōu)化策略在化工火災應急處置中展現出顯著優(yōu)勢。通過構建高精度模型、建立多維度安全性評估體系、開發(fā)動態(tài)優(yōu)化算法及多救援力量協(xié)同系統(tǒng)，有效提升了滅火救援效率與安全性。未來，隨著技術的不斷進步，無人機將在化工火災救援中發(fā)揮更大作用，為保護人民群眾生命財產安全、促進化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

參考文獻

[1]袁海連.基于無人機的化工火災探測系統(tǒng)研究[D].淮安：淮陰工學院，2024.

[2]李亞斌.無人機技術在化工火災消防救援中的應用探討[J].消防界（電子版），2024，10（22）：38-40.

[3]劉龍燦.無人機技術在化工消防滅火救援中的應用[J].化工管理，2024（25）：106-109.

[4]馮三元.石油化工火災消防救援中無人機的技術應用與優(yōu)化[J].化工管理，2024（27）：121-125.