無人機在消防滅火救援中的應(yīng)用

摘要：科技持續(xù)進步，無人機在消防滅火救援中的應(yīng)用，漸漸成為提高應(yīng)急響應(yīng)效率以及救援效果的關(guān)鍵手段。基于此，從火災(zāi)偵察與預(yù)警、現(xiàn)場態(tài)勢感知與輔助決策、消防滅火作業(yè)等方面，剖析無人機在消防領(lǐng)域的主要應(yīng)用場景，分析應(yīng)用的技術(shù)支撐，探討應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)，并提供了相應(yīng)的解決對策，以期進一步拓展無人機在消防領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，深化應(yīng)用程度。

關(guān)鍵詞：無人機；消防滅火；滅火救援

中圖分類號：D631.1" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）07-0050-03

0 引言

火災(zāi)事故的發(fā)生，給人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成了嚴重威脅，而傳統(tǒng)消防救援模式在復(fù)雜環(huán)境下大多受到限制，難以實現(xiàn)高效應(yīng)對。無人機憑借其高機動性、良好的操控性能以及高效的數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)勢，在火災(zāi)偵察、感知、滅火作業(yè)、人員搜救以及災(zāi)后評估等方面呈現(xiàn)出潛力，已逐步應(yīng)用于應(yīng)急救援體系。然而，無人機在環(huán)境適應(yīng)性、法規(guī)管理、數(shù)據(jù)安全以及協(xié)同作業(yè)等方面依然面臨挑戰(zhàn)，探討無人機在消防救援中的應(yīng)用場景、技術(shù)支撐以及發(fā)展趨勢，對提升消防效率和安全性具有重要意義。

1 無人機在消防滅火救援中的主要應(yīng)用場景

1.1" 火災(zāi)偵察與預(yù)警

火災(zāi)初期階段，及時、準確地獲取火情相關(guān)信息對于消防救援工作而言十分重要，無人機配備有熱成像和紅外傳感器，可迅速對火場進行掃描，探測出高溫區(qū)域以及火源所在位置，特別適合用在煙霧彌漫或者能見度比較低的環(huán)境中。與傳統(tǒng)的地面巡查相比，無人機可在較短時間內(nèi)覆蓋較大范圍的區(qū)域，顯著提升火災(zāi)監(jiān)測的效率。借助遠程實時數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，無人機可以把現(xiàn)場畫面以及溫度數(shù)據(jù)實時傳送到消防指揮中心，幫助消防人員做出精準判斷，優(yōu)化救援方案，有效降低火勢失控的風(fēng)險。

1.2" 現(xiàn)場態(tài)勢感知與輔助決策

在火災(zāi)蔓延過程中，精準掌握火勢的動態(tài)變化對于指揮決策至關(guān)重要，無人機可借助立體建模技術(shù)構(gòu)建火場的三維地圖，并結(jié)合火災(zāi)模擬算法對火勢拓展路徑進行預(yù)測，為消防人員提供詳細的戰(zhàn)術(shù)部署依據(jù)。無人機搭載的空氣檢測傳感器可實時監(jiān)測火場內(nèi)有毒煙霧的擴散狀況，精準識別危險區(qū)域，幫助消防人員避開高風(fēng)險區(qū)域，提升救援安全性。

1.3" 消防滅火作業(yè)

無人機不僅可用于火情偵察，還能直接參與滅火作業(yè)[1]，載水無人機可攜帶水、泡沫、干粉等滅火劑，對火源進行精準投放，適用于高層建筑、森林火災(zāi)及易燃化工區(qū)等危險環(huán)境。與傳統(tǒng)地面滅火方式相比，無人機可遠程操控，精準定位火點，顯著提升滅火效率，還可以降低消防員直接接觸高溫及有毒煙霧的風(fēng)險。部分高載荷無人機具有連續(xù)作業(yè)能力，可在火災(zāi)現(xiàn)場執(zhí)行多輪滅火任務(wù)，提高整體滅火效果，當前，先進載水無人機的載荷能力已突破500kg，配備多光譜熱成像系統(tǒng)與北斗定位模塊，能在300m高空實現(xiàn)厘米級火點定位，借助集群化作戰(zhàn)模式，多機編隊可構(gòu)建“偵查-滅火-監(jiān)測”一體化網(wǎng)絡(luò)，實時回傳火場三維數(shù)據(jù)，輔助指揮中心動態(tài)調(diào)整滅火策略。

1.4" 搜救與人員疏散指引

火災(zāi)現(xiàn)場往往存在高溫、濃煙彌漫以及結(jié)構(gòu)損毀等情況，在這種環(huán)境下搜尋被困人員是比較危險的[2]，無人機可借助高分辨率攝像頭、紅外熱成像儀等設(shè)備，迅速在火場內(nèi)搜索生命跡象，準確定位被困人員位置；提供高空照明，利用語音廣播系統(tǒng)引導(dǎo)被困者尋找安全逃生路線；投放小型求生設(shè)備，為等待救援的人員提供短暫的生存支持，從而大幅提高火場救援的成功率。

1.5" 災(zāi)后評估與復(fù)盤分析

火災(zāi)撲滅后，精確評估災(zāi)害所造成的損失和影響對于后續(xù)的修復(fù)工作十分重要。無人機可對火場進行航拍，收集高精度影像數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用于災(zāi)后損失評估以及保險理賠，利用無人機采集的三維重建數(shù)據(jù)，消防部門可分析火災(zāi)發(fā)生原因，評估建筑結(jié)構(gòu)受損程度，制定合理的修復(fù)與加固方案。

2 無人機消防應(yīng)用的技術(shù)支撐

2.1" 傳感器與數(shù)據(jù)采集技術(shù)

無人機在消防滅火救援中的應(yīng)用依靠高精度傳感器技術(shù)，以此來實時收集火災(zāi)現(xiàn)場的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。其中，紅外成像傳感器可穿透煙霧，精確識別火源位置以及高溫區(qū)域，給指揮決策提供精確的數(shù)據(jù)支持，氣體檢測傳感器可監(jiān)測火場里的有毒氣體濃度，如一氧化碳、甲烷、氨氣等，協(xié)助消防人員避開危險區(qū)域?？梢姽鈹z像頭和高分辨率航拍設(shè)備可提供清晰的現(xiàn)場畫面，實現(xiàn)全天候監(jiān)測，確保火災(zāi)信息的完整獲取。

2.2" 人工智能與火災(zāi)態(tài)勢分析

人工智能技術(shù)在無人機消防應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，在火災(zāi)監(jiān)測、火勢預(yù)測以及救援決策優(yōu)化等方面，借助深度學(xué)習(xí)和計算機視覺技術(shù)，無人機可自動識別火焰、煙霧擴散情況，并分析火勢發(fā)展趨勢，為消防人員提供實時態(tài)勢預(yù)警。智能算法還能優(yōu)化無人機的飛行路徑，使其在復(fù)雜環(huán)境下自主調(diào)整飛行軌跡，保證信息采集全面且準確。

2.3" 通信與指揮系統(tǒng)的集成

高效的消防救援離不開穩(wěn)定的通信和指揮系統(tǒng)，無人機需借助先進的通信技術(shù)實現(xiàn)遠程控制與數(shù)據(jù)傳輸，5G技術(shù)應(yīng)用于無人機，可實現(xiàn)低延遲、高速率的數(shù)據(jù)傳輸，保證火場信息實時傳送至指揮中心，為決策提供精準支撐，5G網(wǎng)絡(luò)的高并發(fā)能力使多架無人機能夠協(xié)同作業(yè)，實現(xiàn)集群控制，提升滅火效率。借助云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，無人機能與指揮系統(tǒng)深度融合，讓現(xiàn)場指揮員實時調(diào)度無人機，并與地面消防隊伍協(xié)同作戰(zhàn)，提高整體救援效能。

2.4" 無人機動力與載荷技術(shù)

無人機的續(xù)航能力以及載荷性能會直接影響其在消防救援工作中的效率[3]。目前，鋰電池和氫燃料電池是無人機動力系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，借助優(yōu)化電池能量密度以及飛行能耗管理，可提高無人機的續(xù)航時間，為適應(yīng)消防作業(yè)需求，無人機需具有強大的載荷能力，以攜帶滅火劑、傳感設(shè)備或應(yīng)急救援物資。高載荷無人機可搭載水、泡沫或干粉滅火彈，實現(xiàn)遠程精準滅火，小型輕量化無人機則可執(zhí)行偵察、監(jiān)測以及人員搜救任務(wù)。

3 無人機消防應(yīng)用的挑戰(zhàn)與對策

3.1" 環(huán)境適應(yīng)性與技術(shù)瓶頸

消防救援場景復(fù)雜多變，要求無人機能夠在高溫、濃煙以及強風(fēng)等極端環(huán)境中保持穩(wěn)定運行，然而，就目前情況而言，大多數(shù)無人機在極端高溫條件下，電子元件容易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，進而影響飛行穩(wěn)定性。濃煙會對光學(xué)傳感器以及可見光攝像頭的成像質(zhì)量造成干擾，降低目標識別精度[4]。

3.2" 法律法規(guī)與管理規(guī)范

無人機在消防領(lǐng)域的應(yīng)用會涉及空域管理、飛行許可以及數(shù)據(jù)隱私等法律問題，當下無人機在城市空域飛行受到較為嚴格的限制，部分地區(qū)還沒有建立專門針對消防無人機的飛行許可機制。無人機拍攝和傳輸?shù)幕馂?zāi)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，有可能涉及個人隱私與敏感信息，數(shù)據(jù)的存儲和使用要符合相關(guān)法規(guī)要求。

3.3" 應(yīng)急響應(yīng)協(xié)調(diào)與數(shù)據(jù)安全

在消防救援工作中，無人機通常需要與消防隊、政府部門以及交通管理等諸多機構(gòu)共同作業(yè)，實現(xiàn)高效的跨部門信息共享和調(diào)度管理成為一項關(guān)鍵挑戰(zhàn)。實時傳輸?shù)幕饒鰯?shù)據(jù)可能面臨網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)泄露等安全風(fēng)險，為提升應(yīng)急響應(yīng)效率，需構(gòu)建無人機和消防指揮系統(tǒng)的標準化接口，搭建多部門協(xié)同作業(yè)平臺，實現(xiàn)信息的快速共享[5]。可運用區(qū)塊鏈、加密存儲等技術(shù)提高數(shù)據(jù)安全性，防止火災(zāi)救援數(shù)據(jù)被篡改或者泄露，保障救援工作的穩(wěn)定性與可靠性。

3.4" 設(shè)備成本與維護問題

無人機的采購、維護和升級成本較高，高載荷無人機和專業(yè)級設(shè)備可能給消防部門的預(yù)算帶來一定壓力。此外，無人機在復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)易受損，需要定期維護和更換零部件，增加了使用成本，為提高經(jīng)濟可行性，可采取租賃或共享模式，由政府、企業(yè)和消防部門共同投資建設(shè)無人機消防系統(tǒng)，減輕單個機構(gòu)的負擔。推進模塊化設(shè)計，提高設(shè)備的可維護性，降低長期運營成本，提升無人機在消防領(lǐng)域的應(yīng)用效率。

4 未來發(fā)展趨勢

4.1" 智能化與自主決策技術(shù)

在未來發(fā)展進程中，人工智能（AI）將在無人機消防應(yīng)用中發(fā)揮關(guān)鍵的作用，促使無人機從遠程操控模式轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鳑Q策模式。借助計算機視覺、深度學(xué)習(xí)以及強化學(xué)習(xí)等技術(shù)，無人機可實現(xiàn)自動火源識別、火勢蔓延預(yù)測，并自主規(guī)劃飛行路徑，從而提高任務(wù)執(zhí)行效率。搭載AI技術(shù)的無人機可根據(jù)火場環(huán)境實時對滅火策略做出調(diào)整，例如，自動調(diào)節(jié)噴灑滅火劑的力度和范圍，減少人工干預(yù)需求[6]。

4.2" 5G與無人機協(xié)同作業(yè)的優(yōu)化

5G技術(shù)具有高速率、低延遲等特性，能夠優(yōu)化無人機在消防救援中的協(xié)同作業(yè)能力，與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，5G網(wǎng)絡(luò)支持大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸，使無人機可實時回傳高清視頻、熱成像數(shù)據(jù)以及環(huán)境傳感信息，為指揮中心提供更全面的火場態(tài)勢分析，5G技術(shù)可實現(xiàn)多架無人機的遠程同步控制，讓指揮中心精準調(diào)度不同功能的無人機協(xié)同作業(yè)，如偵察、滅火和救援等，提升整體作業(yè)效率[7]。未來，隨著6G以及衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，無人機的遠程控制能力將進一步提升，實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的高效調(diào)度與作業(yè)。

4.3" 新型滅火材料與無人機結(jié)合

傳統(tǒng)滅火劑如水、泡沫和干粉，在某些火災(zāi)場景中存在滅火效率比較低、對環(huán)境造成的污染相對較大等問題。未來，消防無人機將與新型高效滅火材料相結(jié)合，提高滅火成功率。例如，納米級滅火粉末、凝膠滅火劑以及超細水霧技術(shù)可增大滅火劑覆蓋范圍，提高其滲透性，有效控制高溫火焰。智能滅火材料還可依據(jù)火勢溫度和燃燒物質(zhì)的類型，自動對滅火劑成分進行調(diào)節(jié)，精準適配不同火災(zāi)場景，這些新型材料與無人機結(jié)合，將提升滅火作業(yè)的安全性和環(huán)保性，使無人機在化學(xué)火災(zāi)、電氣火災(zāi)等特殊火災(zāi)中的應(yīng)用更具優(yōu)勢。

4.4" 無人機群協(xié)同作業(yè)與任務(wù)優(yōu)化

單架無人機的作業(yè)能力有限，未來發(fā)展趨勢是多架無人機協(xié)同作業(yè)，以提高任務(wù)執(zhí)行效率，無人機群協(xié)作技術(shù)可使多架無人機依據(jù)智能算法進行分工合作，如偵察無人機負責提供實時火情信息，滅火無人機精準投放滅火劑，救援無人機承擔人員搜救和物資投送任務(wù)?；诜淙褐悄芎头植际娇刂扑惴ǎ瑹o人機群可實現(xiàn)自適應(yīng)任務(wù)分配和動態(tài)調(diào)整，提高整體作業(yè)效率[8]。未來，把AI、自主導(dǎo)航以及5G互聯(lián)技術(shù)相結(jié)合，無人機群協(xié)同作業(yè)將在消防救援、災(zāi)害應(yīng)對等領(lǐng)域發(fā)揮更關(guān)鍵的作用，為高效、安全的應(yīng)急救援提供更強大的技術(shù)支持。

5 結(jié)束語

無人機憑借其高機動性、遠程操控能力和智能化技術(shù)，正逐漸成為現(xiàn)代消防體系的重要組成部分，本文分析了無人機在火災(zāi)偵察、滅火作業(yè)、搜救指引等多個場景中的應(yīng)用情況，探討了其技術(shù)支撐，涉及傳感器、AI、5G通信以及載荷優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)。指出了無人機消防應(yīng)用在環(huán)境適應(yīng)性、法律監(jiān)管、數(shù)據(jù)安全以及成本控制等方面面臨的挑戰(zhàn)，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對策略。未來，隨著AI、5G、新型滅火材料以及群體協(xié)作技術(shù)的發(fā)展，無人機在消防領(lǐng)域的應(yīng)用將更加智能化、高效化，在應(yīng)急救援中發(fā)揮更關(guān)鍵的作用。

參考文獻

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