無人機技術在消防通信中的應用

銀航

摘要：無人機技術是提高現代消防救援隊伍通信能力與通信質量的重要技術手段之一，結合消防無人機應用的實際情況，對其在消防通信中的應用優勢進行分析，并深入探究其具體應用以及應用路徑，最后以碳纖維材質六旋翼無人機為例對其具體應用情況展開分析，旨在為無人機技術在消防通信中的實際應用提供理論與實踐參考。

關鍵詞：無人機技術；消防通信；應用

中圖分類號：D631.6? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2022）12-0034-03

無人機技術的問世解決了我國提高消防通信質量道路上的諸多難題，無人機屬于先進設備，對系統開源、配套技術也要求較高，目前國內消防救援隊伍均有配發無人機，但在實際應用中出現了諸多問題，缺少關于操控無人機的專項培訓，導致消防救援隊伍通信人員對無人機技術功能掌握不全面；且無人機功能在應用層面上也較為狹窄，主要為航拍偵察，應用深度不足；此外也出現通信組網混亂問題，在救援中容易出現通信模塊連接不暢。因此，探究無人機技術在消防通信中的應用具有重要的現實意義，意在從實踐應用角度解決目前無人機技術應用中的問題，并對救援現場無人機通信組網流程進行規范，使無人機技術的優勢在消防通信中充分發揮。

1 無人機技術在消防通信中的應用優勢

1.1? 機動靈活

目前消防通信中應用的無人機以小型為主，其主要特點是重量輕、無需多人操作，每架無人機的重量通常在100kg以下，且1～2人即可完成操作，正是因為以上特點才能在火災、洪災等救援中輕松進入現場，快速地應用到實際救援當中，傳回災情現場情況，為消防救援隊伍提供最客觀的災情信息。同時，與其他體積大、質量大的設備相比，小型無人機反應速度快、移動速度快，更方便操作，實際應用中在無明顯突出障礙物的地面、幾平方米空間內即可起飛，因此，在消防通信中的應用更加機動靈活[1]。

1.2? 視野全面

隨著科技的進步，無人機技術逐漸與寬帶技術、數據鏈技術等先進技術結合，使無人機勘測視野有了進一步擴大。在消防通信應用中無人機可以在不同光線下從不同角度完成大面積、大范圍勘測，傳回更豐富的數據與圖像信息；且在低空飛行期間操作人員可以針對重點勘測對象進行跟蹤拍攝，以便消防救援隊伍獲取更全面的信息。此外，目前無人機技術搭載熱成像、紅外等夜視功能，也使無人機的應用成效大幅提升，為消防救援隊伍提高工作效率與工作質量提供了更強有力的支持[2]。

1.3? 安全可靠

無人機技術受到消防救援隊伍的歡迎與青睞更為關鍵的原因是其在應用中對環境要求較低，消防救援現場條件惡劣，經常為高溫、暴雨、暴雪、大風環境，無人機能夠有效克服環境條件的負面影響，在事故現場進行高效、穩定的飛行，跟蹤與拍攝事故現場畫面，為救援方案的制定、救援指揮工作的開展提供可靠的依據，從而可以有效降低事故的影響、危害，減少人員傷亡，提高救援效率。

2 無人機技術在消防通信中的具體應用

2.1? 先導偵察

先導偵察是指火災、洪災、地震等災害發生后，消防救援人員通過手動操控無人機或啟動自主航跡規劃模式，先于其他救援力量對災害現場情況展開全方位偵察的一項功能。到達災害現場后，通常采用手動遙控為主、自主飛行為輔的模式，控制無人機做出定點懸停、下降、俯沖等動作，對災害現場完成初步偵察，但為了發揮無人機在先導偵察、提前預判上的優勢，需要通過算法的優化，盡可能通過自主飛行完成先導偵察[3]。

具體來講，融合柵格法、A*算法、蟻群算法對無人機自主飛行路徑進行優化，柵格法可以針對無人機飛行涵蓋空間完成建模，確定飛行目標的位置坐標后，在建筑物信息、建筑高度信息基礎上劃分步長，并分析災害所屬轄區特點，預先完成中繼節點設定，作為勘測區域內的目標點；A*算法的open與close表以及啟發函數h（n）可以約束限制無人機飛行路線，使其朝著目標點方向飛行；用蟻群算法完成數據處理，減少無人機技術應用中的無效與低效飛行區域，經過少次迭代則可以選擇最佳飛行路線[4]。

啟動自主飛行模式前提前進行飛行高度設定，將飛行領域中最高點作為本次飛行的最低安全距離，最后再設定終點、啟動避障模塊，則可以在消防救援隊伍未到達災害現場前安全、高效完成先導偵察任務，節約大量救援時間。

2.2? 圖像傳輸

消防無人機通常搭載圖傳、數傳、無線電傳三種傳輸設備，圖像傳輸模塊則負責實時傳回災害現場圖像，是輔助無人機完成先導偵察、現場偵察、現場指揮的重要環節。從目前消防救援隊伍通信裝備配備現狀來看，5G圖像傳輸以及微波圖像傳輸是兩項穩定性高、可行性高的傳輸方式。

5G圖像傳輸的現場圖像傳輸中需先通過無人機，再傳輸至無人機地面終端、5G公網基站、服務器，最后傳回到指揮中心，搭載高清攝像機則可以清晰攝錄災害現場影像，將數據傳回無人機地面終端后利用HDMI高清接口將圖像信息發送到5G公網基站，再傳送到服務器，指揮中心登錄IP地址后就可以與服務器連接獲取圖像信息[5]。

微波圖像傳輸即將無人機拍攝的圖像數據通過便捷式發射終端，以微波形式傳輸至現場通信指揮車裝配的車載接收機上，其將信息再次發射則可以傳回到通信指揮中心，實時查看災害現場圖像或視頻資料，從而也實現現場—指揮車—指揮中心同步查看災害現場情況。

2.3? 擴音喊話

目前，在消防通信中擴音系統的最主要功能是擴音喊話，但在高層建筑發生災害時，由于地面上人群擁擠、聲音過于嘈雜，傳統擴音設備并不能有效發揮作用，而在無人機技術推出后，利用無人機完成救援現場高空喊話，可以使等待救援人員清晰了解喊話內容，以便聽從指令做好個人防護，按照要求有序逃離災害現場。現場應用中，先做好基礎準備，將無線接收設備安裝在無人機上，救援人員到達災害現場后，啟動無人機，通過手臺喊話，無人機上的無線接收設備接收喊話內容后則可以通過擴音器使聲音傳出。

3 無人機技術在消防通信中的應用路徑

3.1? 指揮現場救援

消防救援隊伍到達現場后，根據先導偵察中掌握的災害事故現場情況做出全方位的分析，對涉及災情區域、具體傷亡情況、被困情況進行統計，從而優化救援方案，選擇最佳救援路線，以最快的速率、最小的傷亡為目標完成救援任務。而面對災害現場惡劣的環境條件以及隱藏著諸多不確定、不安全因素，若想保證救援任務成功完成，必須在救援過程中全面掌握災害現場情況，使救援秩序有條不紊。因此，在現場救援過程中無人機也發揮著重要作用，其實時傳回災害現場救援圖像或影像，方便指揮中心實時了解消防救援人員的動態、救援進展，解決了人力無法做到的災害現場全面監控難題；且在現場救援過程中通過無人機技術可以保證指揮中心與現場指揮基于相同的動態畫面進行溝通，對救援路線進行合理部署，及時識別危險性因素，減少救援人員安全風險，降低救援中不必要人員的傷亡率[6]。

3.2? 探測現場情況

消防通信是有效處理災害事故現場中不可缺少的關鍵環節，其為整個救援提供各類信息，而應用無人機通信后可以提高獲取通信信息的效率、豐富通信信息類型，如以往僅可以獲取靜態畫面信息，無人機技術可以利用高清攝像機實時傳回現場動態畫面，便于各個部門及時調整救援行動，高效、密切配合，提高救援效率與質量。同時，更為關鍵的是消防中應用無人機通信可以更高效、全面的探測各類情況，災害事故現場的復雜性使救援工作充滿不確定性，從而使傷亡情況普遍，尤其是在地質災害中由于道路封堵救援人員難以第一時間到達災害現場，諸多人員因饑餓、氧氣不足而死亡，利用無人機探測各類型信息，采集現場圖像，并協同坐標信息一同傳回地面，可以使消防救援隊伍對災害現場情況有更深層的了解，優化救援部署，及時解決等待救援人員的困難，降低人員傷亡率[7]。此外，在火災救援現場，無人機技術能夠在災害現場探測中計算出溫度情況，并利用采集的溫度信息編制溫度分布圖，將溫度信息傳回指揮中心，消防救援隊伍可以根據溫度情況制定科學的滅火方案。

3.3? 掌握現場變化

災害事故現場情況復雜、多變，如果救援中只憑借無人機先導偵察中獲取的信息進行救援，則無法掌握災害現場的動態變化，不利于救援中對災情做出準確判斷，也難以保障救援方案的合理性與科學性。但無人機安全可靠、機動靈活，可以在救援過程中持續在目標領域中飛行，獲取整個災情現場動態變化情況，滿足對災情全天候、全方位監測的要求，利用無人機探測中獲取的信息進行救援指揮、合理安排救援搶險活動，妥善處理救援中遇到的難題。無人機技術能夠將災情變化的實時情況傳回到地面通信終端，指揮人員可以根據現場情況的變化，結合其他輔助信息，預測災情走勢，提前做好預防方案，避免災情升級；并借助無人機技術的優勢保障指揮命令快速下達給處于災情現場不同位置的消防救援隊伍，使其高效執行命令，從而使救援工作圓滿、順利完成[8]。

3.4? 提高通信效率

在消防救援中處在救援一線的救援人員始終受各類危險的威脅，其間也會遇到突發情況，如在地震救援中，會伴有滑坡、泥石流等次生災害的發生，若消防通信不暢通、不及時、不準確，將為救援工作帶來阻礙，也使救援人員的生命安全受到威脅。而無人機技術在消防通信中的突出優勢，使通信模塊可以在惡劣的條件下保持靈活運轉，準確傳遞語音指令、快速傳遞通信信息，并在無人機上搭配各類型通信裝置與設備，其核心部件均經過實戰驗證，具備要求功能；且每臺無人機可以同時傳遞聲音、圖像、視頻、光信號等多種類型的通信信息，內容之間無沖突，在多種類型信息同時傳輸過程中可以實現無縫銜接，避免信息真實性受到影響，也能降低傳輸過程中其他因素帶來的干擾，保證消防救援隊伍中高效、穩定溝通。

4 應用案例

本文以碳纖維材質的六旋翼無人機為研究對象，對其在消防通信中的應用展開分析。該無人機具有航時長、靈活、機身穩定的特點，在某次高層建筑火災救援中，其在消防通信中的優勢也得到凸顯。

4.1? 利用偵察功能完成現場探測

接到火警后消防救援隊伍迅速出警，確定火災現場位置后，輸入初始地點以及定點災情位置后，啟動無人機提前到達現場進行情況偵察，利用Google地圖完成飛行定位，飛行過程中率先傳回圖像信息，使消防救援隊伍了解前往災害現場途中交通狀況，選擇通暢路線快速到達現場；飛機到達火災現場后傳回火勢、起火樓層等情況，到達現場通過簡單的問詢則可以對事故地點起火原因做出判斷，并判斷火勢擴散情況、被困人員情況，為現場指揮決策提供可靠依據。應用無人機進行通信過程中高清攝像機可以向地面終端傳回清晰的圖像，畫質高、畫面穩定，滿足消防救援隊伍對先導偵察、現場探測的要求。

4.2? 利用圖像傳輸功能完成指揮救援

救援過程中5G圖像傳輸以及微波圖像傳輸模式均有所實踐。

5G圖像傳輸中，消防救援隊伍到達火災現場后，先手動操控無人機對災害關鍵區域進行跟蹤攝像，尤其是隱蔽角落位置，將無人機探測的信息傳回到指揮中心，指揮中心獲取圖像信息的時差在1s內，待無人機飛行穩定后調整為自由飛行模式，實時傳回災害現場畫面，在該傳輸模式當中，可以實現現場—地面終端—指揮中心三者視頻同步。雖然在應用中發現指揮中心服務器受公網基站的影響畫面像素較差，但整體畫質仍能滿足現場指揮與分析研判的需求，圖像質量達到要求標準。

在微波圖像傳輸中，為防止單一通信手段因故中斷導致現場指揮救援工作無法正常進行，應在啟動5G圖像傳輸模塊的同時，啟動微波圖像傳輸模塊，及利用單兵背負式微波傳輸設備完成圖像傳輸任務，需要在災情現場配備通信指揮車、地面接收端、微波傳輸設備以及消防無人機。當高層建筑發生火災后，消防救援人員達到災情現場，由救援人員攜帶便攜式單兵背負式微波傳輸設備進入現場，通信指揮車保證輸入端與視頻輸出接口正常連接狀態下，則可以啟動無人機，飛離到預定高度后定點懸停，將災情現場視頻圖像傳回，待畫面穩定后選擇某個時刻地面終端與指揮中心獲取的相同圖像，均為無人機高清攝像頭截取，比較地面終端獲取圖像與指揮中心獲取圖像畫質，可以看出傳回指揮中心后畫質有所下降，但畫質清晰度以及同步效率滿足要求，符合現場指揮救援對災害現場畫面質量的要求。

兩種圖像傳輸方式均可以可靠、穩定、高效地將圖像傳回地面終端與指揮中心，在畫面效果、時延、傳輸穩定性上差異較小，在現場指揮救援過程中，可以同時應用兩種圖像傳輸方式，當其中某一傳輸方式因指揮手段、外部環境干擾而被迫終止后可以避免圖像傳輸受到影響。

4.3? 利用擴音喊話功能根據現場動態變化傳遞救援指令

災情現場變化后指揮中心需要對新的形勢快速做出判斷，及時傳遞新的救援指令，使救援工作高效、有序開展。在本次救援中消防救援隊伍到達現場后，將擴音模塊載荷到無人機云臺上，調節手臺頻率到350MHz、擴音模塊接收端頻率調節到350MHz，利用無人機上的微型喇叭則可以將聲音擴散出去；其中喇叭電源為小型鋰離子電池，質量輕、降低無人機整體載荷。救援過程中，為了保證消防隊伍有序工作、等待救援人員配合工作，通過擴音喊話傳遞逃生指令與疏散指令，并在災情現場發生變化后通過擴音喊話傳遞關鍵救援求生指令，成功預防等待救援人員盲目跳樓行為，使等待救援人員情緒得到安撫，并與救援人員高效配合，快速逃離火災現場。

5 結語

綜上所述，無人機技術在消防通信中的應用使消防救援中通信效率、通信質量有了大幅提升，其機動靈活、視野廣闊、安全可靠等優勢為消防救援工作提供了強有力的支持，使現場指揮、高效救援有了可靠依據，因此，應不斷深入分析無人機技術，拓展其在消防通信中的應用路徑，提高技術層次，使其在提高消防救援效能方面發揮更突出的作用。

參考文獻：

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Application of drone technology in fire communication

Yin Hang

（Fire and Rescue Department of Xinjiang， Xinjiang Urumqi 830000）

Abstract：Drone technology is one of the important technical means to improve the communication capability and communication quality of modern fire and rescue teams. Combined with the actual situation of fire drone application， its application advantages in fire communication are analyzed. Its specific application and application path are deeply explored. Finally， taking the carbon fiber six-rotor drone as an example， the specific application situation is analyzed， which aims to provide theoretical and practical references for the practical application of drone technology in fire communication.

Keywords：drone technology; fire communication; application