消防無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤模式探究

余祖燕

摘要：介紹無人機(jī)在消防救援領(lǐng)域的深層次應(yīng)用，通過軟硬件融合和多技術(shù)協(xié)作，構(gòu)建無人機(jī)指揮系統(tǒng)，開展消防無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤戰(zhàn)備，在實(shí)戰(zhàn)中發(fā)揮險(xiǎn)情偵查、巡邏巡防等作用，進(jìn)一步發(fā)揮無人機(jī)在工作中的輔助作用。

關(guān)鍵詞：消防救援；技術(shù)協(xié)作；指揮系統(tǒng)；輔助作用

中圖分類號：TU998.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）03-0028-03

1 無人機(jī)在消防救援工作中的應(yīng)用狀況

近年來，無人機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，消防無人機(jī)在滅火救援現(xiàn)場應(yīng)用越來越多，發(fā)揮了較好的作用。以無人機(jī)作為空中飛行平臺，進(jìn)行火場偵查、高空物品傳遞、無人機(jī)空中監(jiān)測、空中中繼通信和現(xiàn)場視頻監(jiān)控等理念不斷變成現(xiàn)實(shí)[1]。目前，全國各消防救援總隊(duì)都將無人機(jī)列入裝備配備目錄，進(jìn)一步發(fā)揮無人機(jī)的優(yōu)勢作用。據(jù)了解，上海消防救援總隊(duì)目前無人機(jī)配備總數(shù)已經(jīng)超過150架。為了進(jìn)一步發(fā)揮消防無人機(jī)的作用，上海消防救援總隊(duì)還出臺了無人機(jī)使用管理規(guī)定，專門組織一批消防員取得了AOPA、UTC、ASFC等無人機(jī)操控資格證書，未來無人機(jī)在應(yīng)急救援中應(yīng)用空間會越來越大。

無人機(jī)在消防領(lǐng)域發(fā)展空間巨大，但目前很多單位無人機(jī)的使用還停留在淺層次，有待進(jìn)一步深化，許多設(shè)想仍舊停留在理念層面。比如，很多無人機(jī)只是應(yīng)用在高空視頻拍攝和消防宣傳方面，無人機(jī)偵檢、拋投等應(yīng)用相對較少；一些無人機(jī)飛手沒有定人定崗，還兼職其他崗位，火場上沒有充分發(fā)揮無人機(jī)作用。消防無人機(jī)的發(fā)展應(yīng)用需要從更高層次開展頂層設(shè)計(jì)，從機(jī)制、資金、技術(shù)等方面加大投入，自上而下引領(lǐng)技術(shù)革新，推動無人機(jī)裝備與消防救援不斷融合。松江區(qū)消防救援支隊(duì)在消防無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤方面做了一些探索，對無人機(jī)進(jìn)一步應(yīng)用做了一些嘗試。下面結(jié)合實(shí)踐探索，提出無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤的一些經(jīng)驗(yàn)和思考。

2 消防無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤的基本概念

消防無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤是借鑒消防車執(zhí)勤模式，通過配套的硬件、軟件融合，讓無人機(jī)全天候執(zhí)勤戰(zhàn)備，24h待命，隨時(shí)出動輔助完成各種救援任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要建設(shè)供無人機(jī)停靠的固定機(jī)庫，研發(fā)配套的通信軟件和智能指揮平臺，還需要定位系統(tǒng)、視頻拍攝體系和5G數(shù)據(jù)傳輸能力。無人機(jī)接收到出動指令后，能夠立即起飛，和消防車同步出動，根據(jù)目標(biāo)位置前往開展視頻偵查或者完成其他任務(wù)，并將現(xiàn)場情況反饋給指揮中心和出警途中消防救援隊(duì)伍。由于無人機(jī)直線前進(jìn)，擁有時(shí)間優(yōu)勢，先一步的信息偵查有助于救援人員預(yù)先決策和力量部署，救援效率將明顯提高[2]。

3 消防無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤的軟硬件和技術(shù)需求

無人機(jī)參與常態(tài)化執(zhí)勤，輔助應(yīng)急救援工作前景廣闊。從理論設(shè)想到實(shí)際應(yīng)用需要建立完整的軟硬件體系，才能確保無人機(jī)成功完成預(yù)設(shè)任務(wù)。簡單說，無人機(jī)參與執(zhí)勤戰(zhàn)備需要的硬件有智能化機(jī)庫、無人機(jī)、搭載平臺和任務(wù)設(shè)備；需要的軟件有機(jī)載AI控制軟件、圖傳通信軟件、定位標(biāo)定軟件和機(jī)庫控制軟件等；需要的技術(shù)包括5G通信技術(shù)、定位技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖片識別技術(shù)等。下面以松江區(qū)消防救援支隊(duì)在實(shí)際探索中使用的相關(guān)設(shè)備為例，介紹消防無人機(jī)軟硬件體系建設(shè)[3]。

3.1? 智能機(jī)庫

與普通消防車庫不同，無人機(jī)庫既是飛機(jī)停靠待命的空間，也是能夠?qū)崿F(xiàn)智能管理的硬件設(shè)備。機(jī)庫擔(dān)任著無人機(jī)飛行控制的指令中轉(zhuǎn)任務(wù)，通常設(shè)置在室外較高、空曠的平臺處，便于接收信號。機(jī)庫應(yīng)具備箱體骨架，可采用箱體式結(jié)構(gòu)，通常尺寸在1.5m×1.5m×1.6m左右，采用鋁合金或者不銹鋼材質(zhì)。機(jī)庫通常容納無人機(jī)一架，其內(nèi)部應(yīng)配空調(diào)設(shè)備，確保環(huán)境恒溫，工作時(shí)噪音宜小于65dB；配置降落平臺，尺寸約為900mm×966mm，無人機(jī)飛行時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自動起飛和回收；機(jī)庫內(nèi)為無人機(jī)配備2～4組電池，配置機(jī)械臂，飛機(jī)降落后，機(jī)械臂自動取下電池充電，起飛時(shí)自動安裝，確保飛機(jī)隨時(shí)處于滿電狀態(tài)。機(jī)庫配備監(jiān)控系統(tǒng)支持顯示地面固定攝像頭和機(jī)艙內(nèi)部攝像頭視頻監(jiān)控，內(nèi)置操作系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)庫各部件工作狀態(tài)。機(jī)庫門能夠?qū)崿F(xiàn)自動開閉，自動保持干燥，能有效防止外環(huán)境影響。

3.2? 操作系統(tǒng)

無人機(jī)操作系統(tǒng)由智能控制處理系統(tǒng)、平板操作面板和命令反饋系統(tǒng)組成。智能控制處理系統(tǒng)安裝在機(jī)庫之中，在視頻監(jiān)視裝置、氣象傳感器、降落輔助設(shè)備、通信設(shè)備等模塊配合下，能夠高效完成視頻記錄、監(jiān)視，氣象條件分析、精準(zhǔn)起降和遠(yuǎn)距離通信等功能。智能控系統(tǒng)可以接收指揮中心出動命令，控制飛機(jī)起降，降落時(shí)確保降落誤差不大于20cm。也可以通過操作人員遠(yuǎn)程控制操作面板發(fā)送各種命令，通過智能控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)，指揮無人機(jī)完成各種任務(wù)。智能控制系統(tǒng)能接收氣象分析設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，自動分析天氣、風(fēng)力、溫度等氣象條件，判斷是否適合安全飛行，為指揮人員提供數(shù)據(jù)參考。它能有效指揮各種配合設(shè)備，對無人機(jī)飛行進(jìn)行輔助。無人機(jī)上搭載命令反饋系統(tǒng)，相當(dāng)于空中“小腦”，它接收各種指令，做出各種任務(wù)動作，并將相關(guān)信息反饋到機(jī)庫和指揮中心。

3.3? 通信技術(shù)

無人機(jī)接收來自機(jī)庫智能控制系統(tǒng)的命令，完成視頻拍攝、智能識別和數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)都依賴強(qiáng)大的信息傳遞技術(shù)。松江支隊(duì)使用的無人機(jī)采用5G通信技術(shù)，配備5G模塊，目前使用FM150-AE模組，適用于全球大部分移動運(yùn)營商的無線通信網(wǎng)絡(luò)，支持北斗和GPS定位技術(shù)，兼容性強(qiáng)。在數(shù)據(jù)傳輸方面采用i405G技術(shù)，其可靠性強(qiáng)、流暢度高。還使用了新一代超低延時(shí)音視頻交互技術(shù)，該技術(shù)能成功解決無線網(wǎng)絡(luò)的不確定性，有效解決網(wǎng)絡(luò)卡頓和傳輸延遲等問題，基本上實(shí)現(xiàn)同步傳輸。通過機(jī)庫作為中轉(zhuǎn)點(diǎn)，還可以成功將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與支隊(duì)指揮中心數(shù)據(jù)交流、視頻共享。

3.4? 定位技術(shù)

無人機(jī)應(yīng)用GPS定位技術(shù)或北斗定位技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)精確起降。平時(shí)操作手可以利用定位技術(shù)對8km（機(jī)庫控制范圍）范圍內(nèi)重點(diǎn)單位進(jìn)行標(biāo)記，并將相應(yīng)定位坐標(biāo)儲存，一旦發(fā)生警情，系統(tǒng)自動識別相應(yīng)目標(biāo)位置。還能根據(jù)轄區(qū)單位情況設(shè)定若干固定航線，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)按照線路巡邏、查看轄區(qū)防火情況。一旦接到出動命令，無人機(jī)計(jì)算出最佳路線，第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場。在飛行途中，無人機(jī)能實(shí)時(shí)記錄航行軌跡，如發(fā)生導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)中斷的特殊情況，還能根據(jù)先前記錄的航行軌跡自動回歸，防止無人機(jī)失聯(lián)或丟失。定位技術(shù)是無人機(jī)實(shí)現(xiàn)智能行動、脫離操作手依賴的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是常態(tài)化執(zhí)勤的重要保障[4]。

4 消防無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤的基本任務(wù)

4.1? 重點(diǎn)單位常態(tài)化智能巡查

前文提到了使用人工手段對重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)單位提前標(biāo)注，并設(shè)置了固定巡航線路。無人機(jī)搭載高清攝像云臺便可以對轄區(qū)范圍內(nèi)重點(diǎn)單位、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域開展日常精細(xì)化巡查，通過視頻識別技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)濃煙、明火等異常情況，并進(jìn)行報(bào)警。可以對重點(diǎn)單位露天物品堆放、消防通道暢通等情況開展檢查，并對重點(diǎn)區(qū)域違法違規(guī)情況視頻記錄，固定證據(jù)，無人機(jī)入庫后，機(jī)載文件也可以通過FTP模式上傳至遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)庫。還可以在日常巡航過程中對重點(diǎn)單位完成三維建模，生成三維模型，綜合反映相關(guān)建筑的重點(diǎn)部位、水源、道路和停車作業(yè)面等數(shù)據(jù)。相關(guān)數(shù)據(jù)既可以供消防員在日常工作中開展戰(zhàn)術(shù)研討，也可以供消防員開展云上“六熟悉”，提高工作效率。

4.2? 救援現(xiàn)場偵察和輔助決策

在發(fā)生火警和其他災(zāi)害事故時(shí)，消防車雖然第一時(shí)間出動，但交通情況的未知性和行走道路的非直線性導(dǎo)致到達(dá)現(xiàn)場需要的時(shí)間相對較長。而無人機(jī)可以與消防車同步出動，由于直線行駛、航線暢通，往往可以先人一步到達(dá)現(xiàn)場。到場后利用自己的靈活性，不受地理環(huán)境的限制，迅速開展偵查。比如，通過視頻巡航可以及早發(fā)現(xiàn)火勢蔓延情況、重點(diǎn)部位情況、現(xiàn)場人員疏散、自救情況和微型消防站處置情況，以及水源情況等。也能現(xiàn)場開展態(tài)勢標(biāo)繪，提供相關(guān)建筑數(shù)據(jù)，有利于戰(zhàn)術(shù)布置安排。還可以提早發(fā)現(xiàn)交通事故現(xiàn)場人員傷亡情況、車輛損失情況和道路暢通情況；在水域救援和防洪防汛現(xiàn)場可以偵察災(zāi)害區(qū)域面積、人員安全情況、是否存在重點(diǎn)人員需要關(guān)注等。采集的相關(guān)數(shù)據(jù)通過5G通信技術(shù)高速回傳到指揮中心，工作人員可以指揮調(diào)度、下達(dá)任務(wù)指令。也可以通過指揮網(wǎng)絡(luò)反饋至途中消防車輛，供一線指揮員決策預(yù)判，提前部署相關(guān)戰(zhàn)術(shù)，實(shí)施預(yù)先展開，有效提高救援效率。在交通事故救援中，還可以為消防車輛計(jì)算最佳到場路線，減少擁堵時(shí)間，最大限度解救被困人員。常態(tài)化執(zhí)勤模式中，指揮中心工作人員還可以通過鼠標(biāo)遠(yuǎn)程接管無人機(jī)，在消防車到場前，還能通過機(jī)載喊話器對現(xiàn)場遠(yuǎn)程喊話指揮，指揮現(xiàn)場人員開展自救和人員疏散，防止災(zāi)害事故擴(kuò)大。

4.3? 重大安保活動智能巡邏

在舉辦大型商業(yè)活動時(shí)，人流量大，聚集風(fēng)險(xiǎn)高，疏散難度大，無人機(jī)智能巡邏派上用場。它可以對重點(diǎn)區(qū)域定點(diǎn)巡邏，有效彌補(bǔ)地面巡邏力量的不足，實(shí)現(xiàn)高機(jī)動性互補(bǔ)。無人機(jī)還可以利用智能識別系統(tǒng)，對拍攝畫面實(shí)時(shí)分析處理，智能判斷現(xiàn)場人數(shù)、根據(jù)相應(yīng)算法預(yù)測高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，指導(dǎo)地面力量重點(diǎn)關(guān)注。

5 消防無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤指揮體系建設(shè)

具備了軟硬件和通信、定位技術(shù)，尚不能有效投入執(zhí)勤戰(zhàn)備，還需要建立完備的指揮體系，整個(gè)系統(tǒng)才能融為一體。指揮體系的建設(shè)，需要將無人機(jī)自身數(shù)據(jù)系統(tǒng)與消防救援指揮體系對接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、指令暢通，才能做到有序運(yùn)轉(zhuǎn)。確切地說，就是要建立相應(yīng)的調(diào)度聯(lián)動機(jī)制和數(shù)據(jù)融合機(jī)制，配備專門的值守人員，才能建設(shè)一體化的指揮體系。

5.1? 數(shù)據(jù)融合

通過視頻監(jiān)控技術(shù)和5G圖傳技術(shù)，以無人機(jī)機(jī)庫為中轉(zhuǎn)平臺，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)偵查情報(bào)融入消防指揮中心數(shù)據(jù)平臺。無人機(jī)在現(xiàn)場獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，在指揮中心大屏實(shí)現(xiàn)同步可見。除視頻數(shù)據(jù)外，現(xiàn)場氣象、環(huán)境和警情分析數(shù)據(jù)等都能在指揮中心大屏顯示，供后方輔助決策。后方的各項(xiàng)指令也能通過控制平板向機(jī)庫智能控制系統(tǒng)發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮無人機(jī)完成各項(xiàng)任務(wù)。

5.2? 調(diào)度機(jī)制

為了不浪費(fèi)無人機(jī)資源，指揮中心應(yīng)建立無人機(jī)出動調(diào)度機(jī)制。雖然無人機(jī)24h待命，但并非所有的災(zāi)情，無人機(jī)都要出動，通常以險(xiǎn)情等級作為判斷依據(jù)，設(shè)置一定的調(diào)度規(guī)則。比如在火災(zāi)救援中，出現(xiàn)過火面積較大或有人員被困等情況時(shí)，指揮中心第一時(shí)間調(diào)動無人機(jī)出動，開展情報(bào)收集和輔助決策。一般的到場即熄滅的警情，無需調(diào)度常態(tài)化執(zhí)勤的無人機(jī)，這樣可以最大限度地發(fā)揮無人機(jī)作用，減少資源浪費(fèi)。

5.3? 專人值守

無人機(jī)作為常態(tài)化執(zhí)勤力量，需要在指揮中心安排專門的人員，專崗進(jìn)行無人機(jī)調(diào)度值守。必要時(shí)發(fā)出出動指令，全過程監(jiān)控?zé)o人機(jī)工作狀態(tài)，完成無人機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和指揮平臺對接，常態(tài)化巡邏中對無人機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析、儲存，必要時(shí)進(jìn)行人工操作，控制無人機(jī)精微操作，定期檢查無人機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，確保設(shè)備完好性。

6 消防無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤應(yīng)用實(shí)例

松江區(qū)消防救援支隊(duì)為建設(shè)無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤體系，配備M300工業(yè)級無人機(jī)一架。該無人機(jī)時(shí)刻處于待命狀態(tài)，在重大安保、火災(zāi)救援輔助和常態(tài)化智能巡邏等方面發(fā)揮了較大作用。下面以實(shí)例介紹常態(tài)化執(zhí)勤的運(yùn)行情況：

6.1? 2022年疫情防控實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用

2022年上海新冠疫情形勢嚴(yán)峻，松江區(qū)實(shí)行封閉管理。受疫情影響，防火執(zhí)法人員難以到達(dá)一線執(zhí)法，松江支隊(duì)利用消防無人機(jī)深入230個(gè)重點(diǎn)單位和松江大學(xué)城開展視頻巡查、空中喊話宣傳和查找隱患，出動近100次，有效減輕執(zhí)法人員負(fù)擔(dān)。

6.2? 第五屆進(jìn)口博覽會應(yīng)用

截至目前，上海市已經(jīng)連續(xù)召開了五屆進(jìn)口博覽會。前四屆，松江支隊(duì)每年安排大量消防車輛和人員在一線不間斷巡邏。平均每年投入近100人晝夜堅(jiān)守，人力成本高。2022年，第五屆進(jìn)口博覽會安保中，支隊(duì)創(chuàng)新使用無人機(jī)智能巡邏，明顯減輕了一線人員的壓力，工作人員夜間休息時(shí)間明顯變長，執(zhí)勤力量也相應(yīng)減少到40人，有效節(jié)省人力資源。

6.3? 在滅火救援中實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用

2022年10月，松江區(qū)一五金制品廠發(fā)生火災(zāi)，消防無人機(jī)第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場，到場后迅速開展火情偵察，將數(shù)據(jù)回傳指揮中心，為后方?jīng)Q策提供依據(jù)。指揮中心通過遠(yuǎn)程喊話，指導(dǎo)現(xiàn)場廠方人員疏散。消防隊(duì)到場后，按照預(yù)先戰(zhàn)術(shù)展開實(shí)施，迅速撲滅火情，有效防止事態(tài)擴(kuò)大，救援效率明顯提高。

7 消防無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤注意事項(xiàng)

消防無人機(jī)使用前景廣闊，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然受到一些客觀條件限制，需要技術(shù)突破和政策扶持。一是無人機(jī)使用受到天氣的影響，風(fēng)力超過6級的情況下，無人機(jī)難以正常飛行。大雨天氣中無人機(jī)受到較大影響，防水等級要求較高。二是各地對民用無人機(jī)航線管控，必須從政策上打通使用渠道，并向當(dāng)?shù)毓膊块T備案[5]。三是無人機(jī)的續(xù)航能力決定了工作半徑，通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量也會決定無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，載重上限決定了配套設(shè)備的數(shù)量。這些因素都會影響無人機(jī)執(zhí)勤的質(zhì)量，需要在未來科技發(fā)展中不斷攻關(guān)，突破技術(shù)壁壘。

8 結(jié)語

實(shí)踐證明，消防無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤，可行高效。無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)勤的優(yōu)勢在于快，特點(diǎn)在智能化，能夠彌補(bǔ)現(xiàn)有力量的不足，是重要的輔助手段。未來隨著更多高科技的應(yīng)用，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，消防無人機(jī)必將成救援大軍中的重要力量，在救援事業(yè)中大顯身手。

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Research on fire drone normalization duty mode

Yu Zuyan

（Songjiang District Fire and Rescue Brigade of Shanghai， Shanghai 201620）

Abstract：The paper introduces the deep application of drones in the field of fire and rescue. Through the integration of software and hardware and multi-technology cooperation， the drone command system will be constructed， the normalization duty readiness of fire drones will be carried out， and the roles of dangerous situation investigation and patrol will be played in actual combat， so as to further play the auxiliary effect of drone work.

Keywords：fire and rescue; technical cooperation; command system; auxiliary effect