無人機技術在滅火救援實戰中的應用

摘要：在介紹無人機技術基本概況、分類以及應用優勢的基礎上，闡述了無人機在滅火救援中的主要功能，探討了無人機技術在該領域的發展方向，提出了提升無人機技術應用效果的策略，以期進一步提升無人機技術在滅火救援中的應用。

關鍵詞：無人機技術；消防救援隊伍；滅火救援；實戰應用

災情偵查是應急救援行動的重要環節，是制定滅火救援決策、展開作戰行動和應用救援戰術的前提。傳統災情偵查方法受限于地形和時間約束，導致災情偵查無法發揮應有的作用，使救援人員難以快速、準確、全面把握現場情況，從而置身于未知的環境中，而無人機技術的廣泛應用，不僅可以幫助救援人員及時、準確地獲取火場信息，還可以通過無人機建模、數據自動化分析、信息篩選識別等方式，為救援行動提供重要的輔助決策，使消防人員全面了解現場災情，有效降低救援人員的傷亡風險，提高災害救援工作的效率和安全性[1]。

1 無人機技術概述

1.1" 無人機技術概況

無人機技術即無人駕駛飛機技術（簡稱“無人機”），該技術是利用無線電遙控設備和自身搭載程序控制裝置進行操作，不依靠搭載人員的飛行器技術，主要由飛行器平臺、飛行控制系統、無線電遙控系統和各類型功能模塊四部分組成，根據無人機所搭載的功能模塊不同，可實現俯瞰航拍、影像傳輸、紅外識別、物品投送等多種功能[2]。

1.2" 無人機的分類

無人機可依據形態、用途、高度、活動半徑等方面進行分類，按照機型可分為固定翼無人機、多旋翼無人機。固定翼無人機具有續航時間長、飛行穩定、距離遠、操作要求高等特點。多旋翼無人機具有成本較為低廉、操作較為簡單、飛行震動小、可垂直起降等特點。現階段消防救援隊伍應急通信分隊及各基層單位配備的多為具有航拍、影像傳輸、紅外識別的多旋翼無人機，已廣泛應用于災情偵查、輔助指揮決策等方面[3]。從用途上分為軍用無人機和民用無人機，軍用無人機是由遙控設備或自備程序控制操縱的不載人飛機，具有使用方便、機動靈活、無人操作等特點。民用無人機是在常規飛行控制模塊基礎上，新增不同功能模塊實現民用領域不同功能用途的無人機，常見民用無人機主要為航拍無人機、巡查無人機、農用無人機、氣象無人機等，隨著無人機技術逐漸成熟，制造成本和進入門檻降低，無人機領域在民用領域的應用更加廣泛。

1.3" 無人機在消防救援領域應用的優勢

隨著科技不斷進步，無人機技術廣泛應用在各個領域，展現出較大的發展潛力和應用前景，在消防應急救援領域，無人機技術應用的優勢主要表現在：一是較高的精準度和穩定的操控性。無人機設備可以快速、準確地到達目標區域上空，全面了解災害現場情況，可在空中對飛行距離100～1000m的范圍達到毫米級的測量，方便一線救援人員快速精準地掌握災害情況。消防救援隊伍裝備使用的為多旋翼無人機，可垂直起降和上空盤旋，為現場災情偵查和區域監測災情提供穩定可靠的工作環境[4]。二是較低的使用成本和實戰風險。無人機設備不易受天氣和周圍環境的影響，無人機音視頻、紅外辨識、救援救助等多個功能模塊可一次性建設后多次投入使用，成本相對較低，其具備的自動化操控能力，可在復雜的環境中代替人員執行偵查監測、滅火藥劑投放和救援救助等任務，可有效降低一線救援人員在復雜危險區域和情況不明環境中的傷亡風險。三是較靈活的功能裝備配置。無人機技術已應用于多學科、多技術領域，除航空飛行、線路測控等基本功能外，還可以實現特定功能需求，例如，無人機配備了夜視燈、高分辨率攝像頭后，可在白天和黑夜實現穩定拍攝，為滅火應急救援提供清晰的圖像數據[5]；無人機配備滅火劑噴灑裝置后可向著火點精準噴射滅火藥劑，高效控制或撲救火勢。

2 無人機技術在滅火救援中的主要功能

無人機能夠迅速抵達火災事發地，負責向地面實時傳輸圖像和數據，其圖像在非視線可達的城市環境中傳輸距離最遠可達40km，可以較好地滿足消防救援要求[6]，主要功能有：

2.1" 高清攝像

搭載紅外線夜間電視攝像頭、輔助燈泡等先進技術的無人機在白天或黑夜，都能夠從不同角度、不同層次收集豐富的場景照片，以便更好地幫助現場指揮人員獲取災區地貌、范圍、擴散趨勢等情況，從而制定有效的救援措施[7]。

2.2" 災情偵查

無人機具有高空檢測功能，通過安裝錄像機可以隨時獲取火災發生地點的信息[8]。無人機操作手按要求控制無人機的飛行高度，將火災視頻實時傳輸到車輛的邊緣監視器上，位置攝像機具備多角度的拍攝能力，包括變焦、傾斜等功能，還可以編程進行頻率掃描，以捕捉車輛、道路和建筑物的多重視角。此外，無人機還配備了多種設備，如數碼相機、有毒可燃氣體探測器、測風儀、紅外熱像儀等，可在消防救援隊伍災情偵查小組難以到達的情況下，快速執行偵查任務。無人機與偵檢設備的集成設置，不僅能夠遠程檢測易燃易爆危險化學品及其他相關氣體的濃度，還能測量環境溫度和風速，詳細了解災害現場的環境和氣象條件[9]。無人機在消防救援中的應用具有高度的技術性和多功能性，通過遠程監測和偵查，不僅能夠提供關鍵信息，還能有效減少一線救援人員進入危險環境的風險，使無人機在消防救援隊伍一線實戰中變得更加重要和不可或缺。

2.3" 定位搜尋

緊急情況下，地面指揮人員可以通過無人機準確定位受災者和參與災害救助的消防員的位置，快速施救。例如，2018年3月13日接警，一名女孩被困在山東章丘玉泉山附近，因山勢險峻、地形多變，一線救援人員多次嘗試搜尋未果后，使用無人機升空搜尋，通過搜索定位，救援人員成功對其進行了救援。該案例較好地展示了無人機在復雜環境中搜索和救援的能力，采用網絡聯動和實時定位，大大提高了救援工作效率，縮短了救援時間，最大限度地保障了受災者的安全[10]。

2.4" 信號覆蓋

災害事故發生后，極易造成斷水、斷電、斷網的極端災害情況，通信無人機無線傳輸技術可有效解決地震、山體滑坡中通信中斷等問題，在救援工作指揮調度和組織實施中發揮著關鍵作用。通信無人機使用合并運輸模塊作為臨時中繼站，具有極低的信噪比門限（1dB）和接近香農極限的接收靈敏度（-128dBm），這使得在相同傳輸功率下，通信距離可以提高60%，通過層層物理技術進行中繼聯網，各個網絡連接相互補充，無須借助其他介質，而且新節點的離開或加入不會對整個網絡通信造成干擾[11]，見圖1。

隨著5G信號的普及和應用，無人機具備了飛速同步和信號迅速處理的功能，通信建立和動態網絡的發射與接收可以在100ms內完成。這使得在緊急情況下，特別是在自然災害發生時，無人機可以迅速建立通信，協助救援工作，提高災害救援的效率和響應速度。自組網終端可以隨意在網絡中發生改變，速度又快又穩，終端之間的網絡結構可以隨時發生改變來滿足各個場景的需要，見圖2。

2.5" 預警照明

預警照明作為高空偵查、救援任務中保障關鍵指令有效傳遞的重要方式，可排除信號、噪聲干擾，正常開展救援現場應急通信和信息傳遞。無人機預警照明功能可在夜間應急搜救任務中利用燈光變化傳遞信息，也可以為夜間應急搜救提供大范圍、長時間、高亮度的照明，從而確保救援工作安全、不間斷開展。同時，無人機設備隨車配備、攜帶、運送，可在任務轉移和遇到緊急情況時快速啟動。此外，無人機操作系統具有自動巡航模式，可以高效地輔助人工操作，降低操作難度，為救援行動提供了極大的便捷，為救援現場提供了更加穩定、持久的高空照明，大大提高了救援效率和穩定。

2.6nbsp; 救援行動

當高層建筑、森林等復雜區域發生火災，傳統的投放方式受許多因素影響，準確率較低，可以通過地面控制將簡易滅火劑投放到空中，以撲滅火源。例如，“天龍一號”滅火無人機，主要應用在高層建筑，承載容量為20kg，擁有4枚消防彈，它可以穿越厚達20mm的雙層鋼骨玻璃，投擲8kg滅火劑，覆蓋滅火面積達80m2[12]。無人駕駛飛行器較小，更容易操控，可不受高層建筑高度限制，起飛到達指定位置，將滅火藥劑噴射至火場，快速撲滅火源，有效保護群眾生命和財產安全。

3 無人機技術在滅火救援領域的發展方向

3.1" 提升無人機耐火隔熱性能

在火場救援中，無人機面對高溫熱輻射、熱對流等復雜環境，機身材料受高溫影響較大，飛行系統穩定性面臨挑戰。因此，無人機應用于消防領域和火災撲救時，必須考慮升級無人機材料的耐火性和隔熱性，可選用阻燃材料制作無人機，并在無人機身涂裝隔熱材料，加強飛行自動校準系統的校正，以延長無人機的使用壽命、保證飛行安全。

3.2" 提高飛行靈活性

消防無人機常常需要在狹小、復雜的空間中作業，因此要求無人機體積不能太大，并且具備易拆裝的功能，便于在任務變化和地面條件惡劣時及時組裝和收整。在未來發展中，無人機須尋求制造技術突破，盡可能生產具有體積小、可裝卸、可折疊、可伸縮等特點的無人機，以降低操作難度、靈活躲避飛行障礙。

3.3" 加強無人機集群協同

目前，無人機在消防救援中缺乏集群協同的能力，無須人工干預即可完成多項任務，比如無人機燈光秀表演。消防救援領域可根據戰術戰法、協同指揮需要，加強對無人機群在災情偵查、應急通信、滅火劑噴射和火災撲救領域的技術研發應用，大幅提高無人機在消防救援領域集群作戰中的效率和效能。

3.4" 建立災情數據庫

我國目前缺乏完善的災情數據庫信息，無法進行全面、多樣的數據收集、分類處理、搜索、檢索和分析，為拓展無人機在消防救援領域的應用造成了困難。例如，集群協同和功能創新上缺乏有力的數據支撐和實踐指導。因此，建立完善的災情數據庫是進一步釋放無人機實戰效能和拓展實戰功能的重要途徑，需要建立部門協作、實踐反饋、創新完善的消防無人機發展體系，確保符合實戰需要。

3.5" 優化設備與機身契合度

雖然無人機集群配備了偵查、警報、攝像圖傳輸、輕量化設備和滅火劑噴射功能，但精度不夠理想、后坐力較大，需要進一步改進和提高搭載設備與機身的契合度，以增強無人機在消防救援中的作用。

4 無人機技術應用效果的提升策略

4.1" 強化培訓，夯實基礎

強化培訓方面的首要任務是嚴格執行《輕小無人機運行規定（試行）》的操作流程，堅持無人機飛手培訓、考核、持證上崗，確保無人機操作人員具備必要的操作規范。此外，在無人機飛手的初訓、復訓和崗位適應性測試中，需要加大真實場景模擬訓練的力度，訓練環境應涵蓋居民樓、林場和商場等不同場景，以應對各種復雜的火災環境。

4.2" 嚴把質量，注重維保

為保障無人機質量，需要根據實際需求選擇適當的品牌、平臺、跟蹤能力和飛行控制參數，并與制造商建立定期維修和保養的機制。無人機設備定期檢測、保養、維護是保證無人機長期運行的重中之重，可采用駐場培訓的方式幫助消防救援隊人員掌握無人機基礎部件檢測、維修、保養的技能，確保無人機正常、良好的使用狀態。

4.3" 有效測試，確保安全

無人機長時間處于高空作業對飛行安全和穩定有著極高的要求，有效測試可確保無人機的質量和使用效能。無人機測試應在購買驗收、維修返崗和達到保養檢測年限時進行，可根據需要分為常規測試和專項測試，常規測試包括螺旋槳斷裂保護、遙控丟失、飛行操控等多個方面，通過檢測、測試可有效確保飛行器在各種情況下的安全性和可靠性。專項測試是指對消防救援領域專用功能模塊的測試，包括紅外識別、空中呼叫、滅火藥劑投送、影音圖像傳輸等專門功能模塊的測試，以確保無人機可以發揮較好的實戰效能。

4.4" 軟硬件結合，提升應用效能

為提高信息處理效率，需要開發數據庫系統，建立基礎數據庫，方便對信息進行分類、篩選和提取。現場采集與數據庫比對的信息包括火災現場經緯度、面積、風向、風速、有毒有害氣體濃度、人員情況等，以上數據采集后的分析比對有助于指揮中心和現場指揮部更好地掌握災情，及時作出決策，優化消防救援工作組織實施方案。

4.5" 緊跟實戰，提升消防專用無人機研發深度

消防專用無人機的研發需要綜合考慮偵查、早期警報、攝像圖像傳輸、照明設備配送、滅火劑注入等多個模塊，以實現火災偵查、初期滅火、人員搜索、救援援助、信息傳遞等多種功能。無人機的開發還需要注重機體輕量化、模塊的裝卸靈活、操作能力在高溫和燃燒環境下的適應性。同時建立不同型號和功能模塊的無人駕駛航空器組群模塊，使各模塊互連和智能控制，支持地面指揮和數據處理，以提高消防救援實戰中的效率和效能。

5 結束語

無人機作為信息技術快速發展的產物，已經在各行業得到廣泛應用，并在消防救援中扮演著舉足輕重的角色。無人機具備空中偵查檢測、信息采集與傳輸、指揮調度、滅火藥劑投送等多重功能，其技術的推廣和應用將在提升滅火應急救援效率和質效方面，提供強有力的技術創新支撐。

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