淺談無(wú)人機(jī)在消防應(yīng)急通信中的應(yīng)用

應(yīng)急救援部消防局昆明訓(xùn)練總隊(duì) 云南 昆明 650208

引言

無(wú)人機(jī)應(yīng)用最早可以追溯到20世紀(jì)40年代,20世紀(jì)90年代,海灣戰(zhàn)爭(zhēng)后,無(wú)人機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展。尤其是近年來(lái),隨著飛控系統(tǒng)的開(kāi)源,配套技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)需求的增加,無(wú)人機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日新月異。目前,無(wú)人機(jī)在各級(jí)消防隊(duì)伍均有不同程度的配發(fā),但由于基層使用人員缺乏系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)的培訓(xùn),滅火救援現(xiàn)場(chǎng)通信混亂等原因致使無(wú)人機(jī)應(yīng)用缺乏廣度和深度,往往僅停留在火場(chǎng)圖像采集,合理高效應(yīng)用無(wú)人機(jī),對(duì)于提高消防隊(duì)伍應(yīng)急通信保障能力有著重要意義。

1 無(wú)人機(jī)在消防應(yīng)急通信中的意義

1.1 消防應(yīng)急通信的特點(diǎn)

1.實(shí)時(shí)性。

在火災(zāi)撲救和搶險(xiǎn)救援工作中,通信已成為保障指揮的基本手段。在提高處警能力,改進(jìn)火場(chǎng)決策手段中起著重要的支柱作用。沒(méi)有通信就沒(méi)有指揮,就無(wú)法確保作戰(zhàn)取得勝利,必須第一時(shí)間準(zhǔn)確的將救援現(xiàn)場(chǎng)的聲音、圖像和數(shù)據(jù)反饋給各級(jí)指揮員和決策機(jī)構(gòu),第一時(shí)間將指令正確下達(dá)到各級(jí)作戰(zhàn)人員。

2.可靠性。

災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)噪聲干擾源多、通信設(shè)備架設(shè)條件差;火場(chǎng)的高溫高壓、石油化工場(chǎng)所、隧道、人員密集場(chǎng)所和高層建筑的復(fù)雜情況都給消防應(yīng)急通信保障帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)?？鐓^(qū)域聯(lián)合作戰(zhàn)的機(jī)率越來(lái)越高,參戰(zhàn)隊(duì)伍多,任何一個(gè)環(huán)節(jié)考慮不周都可能帶來(lái)全局性的影響。這都要求消防應(yīng)急通信必須滿(mǎn)足高可靠性要求。組織通信聯(lián)絡(luò)的任何一點(diǎn)疏忽或差錯(cuò),都可能使通信聯(lián)絡(luò)不暢,從而影響決策指揮。

1.2 無(wú)人機(jī)在消防應(yīng)急通信中意義 在2015年天津港重特大安全事故中,消防救援隊(duì)伍共調(diào)派25架無(wú)人機(jī)確?，F(xiàn)場(chǎng)圖像傳輸,為現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度和救援的順利進(jìn)行提供了保障。

1.各項(xiàng)技術(shù)集成度高。集合遙測(cè)、遙控、遙感、通訊、和GPS差分定位等技術(shù)的優(yōu)勢(shì),可裝配電動(dòng)云臺(tái),實(shí)現(xiàn)高分辨率影像的采集,可彌補(bǔ)衛(wèi)星遙感經(jīng)常因云層遮擋獲取不到影像缺點(diǎn),解決傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感重訪(fǎng)周期過(guò)長(zhǎng),應(yīng)急不及時(shí)等問(wèn)題?？梢詮亩喾轿灰暯怯^察火情事故,為開(kāi)展火場(chǎng)偵查、人員救援和控制火勢(shì)蔓延提供了有力支持。

2.執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)、機(jī)動(dòng)性高的任務(wù)。無(wú)人機(jī)可以超越人類(lèi)生理特性極限,執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)、機(jī)動(dòng)性高的任務(wù)。確保災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)信息傳輸?shù)募皶r(shí)、準(zhǔn)確、全面和持續(xù)。

3.執(zhí)行成本低。由于無(wú)人機(jī)無(wú)需裝備生命保障系統(tǒng),因此可以代替其他造價(jià)昂貴的設(shè)備深入災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行多種任務(wù)。

4.執(zhí)行任務(wù)靈活,操作方便。無(wú)人機(jī)能從多種平臺(tái)上發(fā)射和回收,操作靈活。能在最有效的時(shí)間內(nèi)提供最有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息,確保救援活動(dòng)的順利開(kāi)展。

2 無(wú)人機(jī)在消防應(yīng)急通信中的有效應(yīng)用

2.1 災(zāi)情偵查 當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí),使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行災(zāi)情先導(dǎo)偵查,可以采用手動(dòng)操作模式或者自主飛行航跡規(guī)劃模式,先于其他的消防救援力量到達(dá)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行災(zāi)情偵查,根據(jù)無(wú)人機(jī)自身的性能、飛經(jīng)的地理環(huán)境以及面臨的環(huán)境威脅,在確定了起始位置、目標(biāo)位置和任務(wù)結(jié)點(diǎn)后,規(guī)劃出最優(yōu)的飛行路徑,為滅火搶險(xiǎn)救援行動(dòng)提供第一手資料,為行動(dòng)的開(kāi)展?fàn)幦氋F時(shí)間。在一些急難險(xiǎn)重的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng),使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行災(zāi)情偵查更加突顯其優(yōu)勢(shì),它可以深入到情況不明,有毒有害、易燃易爆等危險(xiǎn)環(huán)境中,第一時(shí)間開(kāi)展災(zāi)情偵查,查明災(zāi)害事故的關(guān)鍵因素,為決策指揮提供全面準(zhǔn)確細(xì)致的信息。同時(shí),有效的規(guī)避了人員傷亡。此外無(wú)人機(jī)還可以配備紅外探測(cè)、可燃?xì)怏w探測(cè)和有毒氣體探測(cè)等設(shè)備,獲取危險(xiǎn)部位的關(guān)鍵信息,便于及時(shí)優(yōu)化滅火救援方案。

2.2 圖像傳輸 無(wú)人機(jī)圖像實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)主要是在滅火救援作戰(zhàn)前沿與災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)指揮部之間、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)指揮部與各級(jí)消防指揮中心之間,采用無(wú)人機(jī)搭載音視頻傳輸模塊采集災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)況圖像,并使用通信模塊進(jìn)行傳輸,供各級(jí)指揮員和專(zhuān)家直觀了解災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)情況、進(jìn)行異地會(huì)商和實(shí)施可視指揮。彌補(bǔ)了3G/4G布控球架困難,受限于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,圖像采集不完整的短板,克服了單兵圖傳無(wú)法深入到情況不明,危險(xiǎn)場(chǎng)所采集圖像的缺點(diǎn)。

2.3 擴(kuò)音喊話(huà) 在高層建筑火災(zāi)撲救,跨區(qū)域跨部門(mén)災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)救援行動(dòng)和石油化工火災(zāi)撲救中,高層、高溫和現(xiàn)場(chǎng)混亂是解救被困群眾的主要困難,如果能在救援人員和被困群眾之間搭建聯(lián)絡(luò)通道,將有利于提高救援的效率。無(wú)人機(jī)通過(guò)云臺(tái)搭載擴(kuò)音和收音設(shè)備,通過(guò)移動(dòng)通信鏈路或其他通信鏈路同地面操控人員建立通信聯(lián)絡(luò),保障救援人員和被困群眾的直接聯(lián)系。例如,將手持臺(tái)的發(fā)射頻率調(diào)至358.950MHz,同時(shí)將無(wú)人機(jī)通信模塊的接收頻率也調(diào)至358.950MHz,救援人員通過(guò)手持臺(tái)將喊話(huà)內(nèi)容傳輸?shù)綗o(wú)人機(jī)的收音設(shè)備,并通過(guò)擴(kuò)音設(shè)備擴(kuò)散出去,微型擴(kuò)音設(shè)備的電池體積小重量輕,對(duì)無(wú)人機(jī)載荷要求不高。此外利用無(wú)人機(jī)集群技術(shù),能夠360度無(wú)死角對(duì)高層建筑形成網(wǎng)格式覆蓋,進(jìn)一步增強(qiáng)無(wú)人機(jī)喊話(huà)、送物功能,未來(lái)具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.4 跟隨通信 通過(guò)無(wú)人機(jī)跟隨拍攝,能攻克室內(nèi)通信困難這一技術(shù)堡壘。跟隨方式主要有兩種,GPS跟隨和視覺(jué)跟隨,區(qū)別在于確定被拍攝主體位置的方式上。

2.4.1 GPS跟隨 通過(guò)GPS的精準(zhǔn)定位來(lái)確定被拍攝主體位置。無(wú)人機(jī)通過(guò)自帶的GPS模塊確定自身位置,并通過(guò)消防救援人員佩帶的智能手機(jī)、智能手表、和帶有GPS的遙控器確定消防救援人員所處的位置。在跟隨的過(guò)程中,飛控系統(tǒng)和應(yīng)用程序保證無(wú)人機(jī)與消防救援人員的相對(duì)水平距離始終保持不變,并根據(jù)相對(duì)高度調(diào)整相機(jī)的俯仰角,保持畫(huà)面的穩(wěn)定。

2.4.2 視覺(jué)跟隨 要求跟隨目標(biāo)始終在無(wú)人機(jī)攝像頭“視覺(jué)”范圍內(nèi),這就要求第一、跟隨目標(biāo)與周邊環(huán)境相比具有較高的辨識(shí)度,第二年、要求跟隨對(duì)象的速度和加速度與無(wú)人機(jī)相匹配。一旦超出“視覺(jué)”范圍,跟隨即刻停止。

在實(shí)際運(yùn)用中,GPS跟隨應(yīng)用更為廣泛。

場(chǎng)景一:當(dāng)無(wú)人機(jī)與消防救援人員之間短暫出現(xiàn)遮擋物或突然出現(xiàn)的曜光,GPS跟隨基本不受影響。

場(chǎng)景二:滅火救援現(xiàn)場(chǎng)光線(xiàn)昏暗,跟隨目標(biāo)不易識(shí)別的情況下,GPS跟隨也可以使用。

場(chǎng)景三:多角度跟隨,除后方跟隨外,GPS跟隨還可以采用對(duì)頭、側(cè)面跟隨,在對(duì)頭、側(cè)面跟隨中,被拍攝主體加速或減速暫時(shí)跳出畫(huà)面時(shí),GPS跟隨模式下,無(wú)人機(jī)能夠自動(dòng)找回跟隨目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

在消防應(yīng)急通信保障中,無(wú)人機(jī)的有效應(yīng)用對(duì)于提升通信質(zhì)量和效率具有重要意義,為消防搶險(xiǎn)、滅火救援戰(zhàn)斗提供有力支撐。隨著人工智能、飛控設(shè)備和通信技術(shù)的不斷發(fā)展,消防無(wú)人機(jī)的災(zāi)情偵察、圖像傳輸、擴(kuò)音喊話(huà)和跟隨通信等功能將得到進(jìn)一步的優(yōu)化,為“智慧消防”的建設(shè)注入新的活力。