無人機(jī)在消防應(yīng)急通信保障中的運(yùn)用分析

岳博學(xué)

（北京市消防救援總隊(duì)，北京 100032）

0 引 言

無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是一種機(jī)動性較強(qiáng)的高空作業(yè)工具，能夠完成信息采集和信息傳遞等各項(xiàng)任務(wù)，在各行業(yè)中都具有良好的應(yīng)用。無人機(jī)在消防應(yīng)急通信保障中有較高的應(yīng)用價值，其具有的高空偵查和搜尋能力可以更加快速準(zhǔn)確地對消防救援現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)查，采集現(xiàn)場的有效信息，對復(fù)雜的救援環(huán)境進(jìn)行分析，提高救援效率。無人機(jī)所搭載的功能比較完善，能夠在消防應(yīng)急救援中發(fā)揮良好的作用，可進(jìn)一步提高其通信保障質(zhì)量。

1 消防應(yīng)急通信的特點(diǎn)

1.1 實(shí)時性

消防應(yīng)急通信需要保證消防救援現(xiàn)場的群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全，工作任務(wù)重、時間緊迫，還需要保證通信的實(shí)時性，便于第一時間為指揮機(jī)構(gòu)提供充足的信息。消防應(yīng)急通信的實(shí)時性要求將災(zāi)害現(xiàn)場的各類數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)經(jīng)Q策和指揮機(jī)構(gòu)，信息傳輸內(nèi)容和數(shù)量應(yīng)充分，可以通過聲音和圖像等方式傳遞數(shù)據(jù)信息，對災(zāi)害現(xiàn)場的火勢蔓延情況、人員信息等及時反饋，以確保后續(xù)救援統(tǒng)籌規(guī)劃的合理性。消防應(yīng)急通信要求在救援現(xiàn)場構(gòu)建完整的信息通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，建立自上而下、由點(diǎn)及面的立體化應(yīng)急通信體系。這一過程中，消防應(yīng)急通信提供的通信條件實(shí)時性越強(qiáng)，信息越準(zhǔn)確，對現(xiàn)場條件的管控效果越好[1]。

1.2 可靠性

由于消防滅火和搶險(xiǎn)救援任務(wù)涉及到生命財(cái)產(chǎn)安全，且救援場所大多為人員密集場所，如各類建筑物、廠房等，實(shí)際救援時對信息的可靠性要求較高。消防應(yīng)急通信必須能夠克服火災(zāi)現(xiàn)場的各項(xiàng)干擾因素，具有足夠的安全性，可以將現(xiàn)場的信息準(zhǔn)確無誤地傳遞出來。另外，消防救援現(xiàn)場的場所環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)場噪聲與干擾源較多，通信搭設(shè)不便利，常規(guī)通信系統(tǒng)在火情中發(fā)揮作用有限，必須依靠更加穩(wěn)定、可靠的通信系統(tǒng)提供良好的信息傳輸條件，確保消防救援的安全性和可靠性[2]。

2 無人機(jī)在消防應(yīng)急通信保障中的具體作用

無人機(jī)是一種新型的具備通信功能的設(shè)備，在消防應(yīng)急通信保障中可為指揮部采集現(xiàn)場信息，傳遞現(xiàn)場信息，并且可以協(xié)助完成現(xiàn)場人員的疏散。無人機(jī)具有較高的機(jī)動性，能夠完成高空作業(yè)，在消防應(yīng)急通信保障中可以搭載專業(yè)模塊構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，并通過攝影設(shè)備的應(yīng)用提供可靠的現(xiàn)場信息，便于救援人員確認(rèn)消防現(xiàn)場的具體情況，有利于為后續(xù)的人員疏散和物資搶救等提供良好幫助，降低事故損失。

2.1 大區(qū)域遙感監(jiān)測

無人機(jī)可用于消防應(yīng)急通信的大區(qū)域遙感監(jiān)測，對大范圍的消防救援現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)施偵查，了解救援作業(yè)的現(xiàn)場情況，為消防救援提供幫助。無人機(jī)可以搭載攝影遙感技術(shù)設(shè)備，應(yīng)用范圍攝影機(jī)對目標(biāo)物和目標(biāo)范圍進(jìn)行攝影，遙感裝置可以對土地、植被以及人員等目標(biāo)物的電磁波反射差異，利用感光膠片感光記錄得到不同圖像，從而對區(qū)域內(nèi)的具體情況進(jìn)行分析。無人機(jī)的大區(qū)域遙感監(jiān)測可以借助無人機(jī)的機(jī)動性實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場實(shí)際情況的偵查，從而有效保證救援現(xiàn)場的信息采集準(zhǔn)確性[3]。在實(shí)際應(yīng)用中，由于無人機(jī)的質(zhì)量輕、體積小，本身能搭載的載荷和自重有限，所能承載的遙感平臺也有一定限制，在實(shí)際工作中可能出現(xiàn)顛簸和擺動等問題，對拍攝測繪效果有一定影響，在實(shí)際工作中需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。目前采用無人機(jī)集群技術(shù)，借助大量無人機(jī)設(shè)備提供多點(diǎn)化、自動校正等操作，可以有效彌補(bǔ)無人機(jī)載荷不足和振動引起的數(shù)據(jù)誤差。通過大數(shù)據(jù)輔助技術(shù)可以有效提升無人機(jī)采集數(shù)據(jù)的精確度，有利于提高偵查結(jié)果準(zhǔn)確性，滿足數(shù)據(jù)信息采集需要。無人機(jī)在使用中可以發(fā)揮其夜間大區(qū)域照明功能，為消防夜間救援提供良好的輔助，幫助工作人員拓寬視野[4]。

2.2 多路音視頻通信

無人機(jī)可為消防應(yīng)急通信提供多路音視頻通信條件，以構(gòu)建立體化和完整的通信網(wǎng)絡(luò)，保證消防應(yīng)急通信的可靠性。無人機(jī)可用于消防應(yīng)急通信的調(diào)度網(wǎng)建立和連接，不僅可以提供準(zhǔn)確的現(xiàn)場偵查和監(jiān)測，還能夠搭載音視頻圖傳設(shè)備和通信模塊，將現(xiàn)場的信息以音視頻形式傳輸，滿足消防調(diào)度指揮中心的通信需求。無人機(jī)的多路音視頻通信技術(shù)能夠依托音視頻多路發(fā)送器和專業(yè)的軟件系統(tǒng)將全景圖像與聲音傳輸?shù)街笓]中心，便于消防人員開展現(xiàn)場救援[5]。無人機(jī)在偵查過程中的機(jī)動性和其自身較強(qiáng)的抗干擾能力，都能夠?yàn)橄谰仍囊粢曨l通信提供更加可靠的條件。無人機(jī)的多路音視頻通信可以有效傳輸現(xiàn)場救援圖像，隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的推廣及應(yīng)用，無人機(jī)視頻終端傳輸?shù)囊粢曨l信息更加全面，信號更穩(wěn)定，可以幫助救援人員更加有效地了解現(xiàn)場情況，滿足消防救援的需求。

2.3 高空送物及喊話

無人機(jī)在高空送物和喊話方面有著良好的應(yīng)用，可以為消防應(yīng)急通信提供有效支持。在消防應(yīng)急通信中除了需要了解現(xiàn)場情況，及時與火災(zāi)現(xiàn)場的被困群眾進(jìn)行交流與聯(lián)系也極為關(guān)鍵，無人機(jī)可以搭載擴(kuò)音設(shè)備和拾音器，利用移動通信鏈路與控制中心人員建立聯(lián)系，并借助擴(kuò)音器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)高空喊話，通過拾音器采集救援人員的聲音，為現(xiàn)場救援提供良好的信息通信條件。無人機(jī)還具備高空送物條件，專用無人機(jī)的抗輻射性和耐高溫性使其能夠在消防現(xiàn)場進(jìn)行高空作業(yè)，可以提供氧氣面罩、食品以及藥品等救援物資的投送，為群眾提供有效的幫助，使其能夠第一時間得到消防救援[6]。無人機(jī)的高空送物和喊話可以讓指揮部與現(xiàn)場被困群眾之間建立良好聯(lián)系，滿足消防救援的需求。

2.4 擴(kuò)展通信區(qū)域

無人機(jī)可以幫助消防應(yīng)急通信擴(kuò)展通信區(qū)域，擴(kuò)大通信范圍，保證消防應(yīng)急通信的有效性。無人機(jī)技術(shù)在消防應(yīng)急通信中可以與現(xiàn)有的通信條件共同構(gòu)建良好的通信網(wǎng)絡(luò)，有效提高通信覆蓋范圍，滿足救援現(xiàn)場的通信要求。消防應(yīng)急通信中無人機(jī)通信系統(tǒng)可以配合消防員的單兵設(shè)備對現(xiàn)場視音頻通信和對講系統(tǒng)等提供幫助，利用移動網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信號傳輸，為指揮控制中心和車載指揮中心提供火災(zāi)現(xiàn)場最新的信息。在實(shí)際應(yīng)用無人機(jī)設(shè)備時，救援人員可以利用無人機(jī)集群開展大范圍作業(yè)，將匯聚機(jī)安裝至無人機(jī)中，通過無人機(jī)集群作用，利用路由器、終端機(jī)等條件，有效擴(kuò)展通信區(qū)域，實(shí)現(xiàn)更廣闊的信號和通信覆蓋，滿足救援現(xiàn)場的工作需求[7]。

2.5 視覺跟蹤

無人機(jī)可以為消防應(yīng)急通信提供有效的視覺跟蹤條件，充分了解救援現(xiàn)場的環(huán)境條件，對現(xiàn)場進(jìn)行有效偵查，便于開展救援活動。無人機(jī)所搭載的視覺跟蹤系統(tǒng)由多個模塊共同組成，其中無人機(jī)的機(jī)載視覺導(dǎo)引模塊可基于視覺導(dǎo)航的視覺同步定位，對物體進(jìn)行視覺檢測，實(shí)現(xiàn)高精度的自動跟蹤，提高無人機(jī)的感知能力。無人機(jī)可通過圖傳和數(shù)傳鏈路將其所檢測的信息傳輸至地面控制站，地面控制站可通過目標(biāo)指示信息進(jìn)行后續(xù)的指揮操作。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，無人機(jī)可以搭載更加微型的攝像頭和小型設(shè)備，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)可靠的視覺分析，在復(fù)雜的消防救援現(xiàn)場可以有效識別各種干擾物，智能精準(zhǔn)地躲避現(xiàn)場障礙物，并對物體實(shí)現(xiàn)環(huán)繞和跟蹤式拍攝，為地面指揮中心提供良好的信息數(shù)據(jù)，便于后續(xù)救援方案的應(yīng)用[8]。

2.6 GPS 模塊應(yīng)用

無人機(jī)搭載的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）模塊可以提升無人機(jī)偵查的精準(zhǔn)度，滿足現(xiàn)場救援的需求。GPS 模塊是無人機(jī)最為關(guān)鍵的模塊之一，能夠幫助消防救援人員分析災(zāi)害現(xiàn)場的空間距離，了解現(xiàn)場內(nèi)各關(guān)鍵點(diǎn)的精準(zhǔn)位置。消防救援人員隨身攜帶的跟隨GPS 模塊能夠保證無人機(jī)與救援人員保持跟隨距離，完成無人機(jī)跟隨巡航，而其攜帶的GPS 遙控器可以遠(yuǎn)程遙控?zé)o人機(jī)與自己的距離，確保無人機(jī)能夠執(zhí)行音視頻信息采集任務(wù)，對救援現(xiàn)場的音視頻信號進(jìn)行有效傳輸，為救援工作開展提供有效幫助。無人機(jī)GPS 模塊在消防通信中能夠更加有效地對現(xiàn)場救援環(huán)境進(jìn)行分析，幫助救援人員了解救援的詳細(xì)距離，方便救援活動的開展。

3 提升無人機(jī)應(yīng)用質(zhì)量的有效途徑

3.1 提高無人機(jī)穩(wěn)定性

無人機(jī)具有自重輕、體積小等特點(diǎn)，在執(zhí)行任務(wù)時容易受環(huán)境因素影響而產(chǎn)生顛簸、擺動、傾斜等問題，在一定程度上影響監(jiān)測質(zhì)量，因此需要重視無人機(jī)的穩(wěn)定性和安全性。一方面，選擇消防救援專用無人機(jī)時，需要考慮到救援現(xiàn)場的環(huán)境條件，分析可能出現(xiàn)的火情和空氣流動變化，選擇耐高溫、耐輻射且穩(wěn)定性更高，可搭載足夠攝影設(shè)備和通信模塊的無人機(jī)，使其能夠在救援中發(fā)揮更好作用。另一方面，在無人機(jī)實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該考慮通過有效規(guī)劃提升無人機(jī)穩(wěn)定性，如利用無人機(jī)集群提供多點(diǎn)位拍攝，保證傳輸?shù)男畔⒊浞郑軌驗(yàn)榫仍峁└映渥愕臄?shù)據(jù)支持。

3.2 合理布置無人機(jī)

無人機(jī)可以進(jìn)行消防救援現(xiàn)場的信息采集工作，但采集效率的高低與無人機(jī)布置存在密切關(guān)系，在救援過程中應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況合理布置無人機(jī)，保證無人機(jī)可以發(fā)揮良好的作用。工作人員需要結(jié)合消防應(yīng)急通信的具體要求合理布置無人機(jī)數(shù)量、位置，確保無人機(jī)能夠?qū)ο垃F(xiàn)場形成良好監(jiān)控。在無人機(jī)數(shù)量布置中，考慮到救援作業(yè)的范圍和環(huán)境復(fù)雜性，應(yīng)該選擇合適數(shù)量的無人機(jī)集群，提供多角度的音視頻信號傳輸，利用無人機(jī)搭載的通信模塊，為現(xiàn)場救援構(gòu)建全覆蓋的通信網(wǎng)絡(luò)，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。在位置布置中，同樣需要結(jié)合現(xiàn)場的具體環(huán)境，對救援現(xiàn)場的關(guān)鍵位置和覆蓋區(qū)域進(jìn)行分析，在不同位置布設(shè)無人機(jī)設(shè)備，使無人機(jī)之間能夠相互配合，發(fā)揮其協(xié)同功能，提高救援質(zhì)量。

3.3 培養(yǎng)專業(yè)操作人員

專業(yè)操作人員的水平影響著無人機(jī)的應(yīng)用質(zhì)量，應(yīng)該積極培養(yǎng)專業(yè)的操作人員，為無人機(jī)的消防應(yīng)急通信保障提供良好的條件。開展專業(yè)的無人機(jī)操作員培訓(xùn)，培養(yǎng)無人機(jī)操作員的無人機(jī)設(shè)備組裝、調(diào)試以及檢修能力，便于在消防任務(wù)發(fā)布的第一時間科學(xué)準(zhǔn)確地布設(shè)無人機(jī)，并利用無人機(jī)功能進(jìn)行作業(yè)，在消防現(xiàn)場構(gòu)建有序的通信網(wǎng)絡(luò)。此外，無人機(jī)操作員需要具備極強(qiáng)的操作能力，利用操作技巧可以對消防現(xiàn)場復(fù)雜的環(huán)境進(jìn)行分析和處理，操作無人機(jī)完成偵查任務(wù)并及時躲避障礙。因此，在實(shí)際工作中應(yīng)該組織消防應(yīng)急人員的專業(yè)化和集中化培訓(xùn)，提升其操作能力。

4 結(jié) 論

消防應(yīng)急通信對實(shí)效性、可靠性的要求較高，無人機(jī)的應(yīng)用極大滿足了消防應(yīng)急通信要求，能夠及時可靠地完成救援現(xiàn)場的信息采集和傳遞工作，為人員安全疏散提供良好的保障。無人機(jī)的遙感監(jiān)測技術(shù)、多錄音視頻通信、高空送物以及視覺跟蹤等功能都可以為消防應(yīng)急通信提供良好的幫助，在實(shí)際運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行消防應(yīng)急通信保障時，應(yīng)該結(jié)合救援現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行合理運(yùn)用，最大限度地發(fā)揮無人機(jī)的作用，保障群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。