無人機通信技術(shù)在火場監(jiān)測與救援中的應(yīng)用

摘要：無人機憑借高空視角與靈活性，有效彌補了傳統(tǒng)救援手段的不足，能夠提供實時數(shù)據(jù)傳輸與環(huán)境監(jiān)測，為指揮中心提供精準決策支持。在火災(zāi)救援中，無人機不僅助力實時火場監(jiān)控，還能執(zhí)行物資投送、人員搜救及滅火輔助等任務(wù)。通過先進的通信技術(shù)，無人機突破了火場中的通信難題，促進了各類救援力量的高效協(xié)同。通過探討無人機通信技術(shù)在火場中的多維應(yīng)用，充分展示了其在提升救援效率、確保人員安全等方面的巨大潛力。

關(guān)鍵詞：無人機通信技術(shù)；火場監(jiān)測；火災(zāi)救援

中圖分類號：D631.6" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）12-0037-03

無人機技術(shù)不僅能夠突破傳統(tǒng)救援手段的局限，還能在復(fù)雜環(huán)境下提供關(guān)鍵的監(jiān)測與救援支持。無人機的靈活性和高效的數(shù)據(jù)傳輸能力，使其在火場監(jiān)測與救援中扮演著越來越重要的角色。本文旨在深入探索無人機通信技術(shù)在火場監(jiān)測與救援中的廣泛應(yīng)用，剖析其技術(shù)內(nèi)核、發(fā)展脈絡(luò)及實戰(zhàn)應(yīng)用。

1 無人機通信技術(shù)概述

1.1" 無人機技術(shù)基礎(chǔ)

無人機是一種集成了飛行平臺、傳感器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與動力系統(tǒng)的精密飛行器。飛行平臺與動力系統(tǒng)為無人機提供穩(wěn)健的飛行支撐與持久的動力源泉。傳感器系統(tǒng)則如同無人機的“感官”，通過熱成像、高清攝像頭等，實時捕捉火場的每一個細節(jié)。控制系統(tǒng)則是無人機的“大腦”，不僅負責(zé)導(dǎo)航與定位，還能在火場這一復(fù)雜環(huán)境中，根據(jù)任務(wù)需求靈活調(diào)整飛行狀態(tài)，確保無人機能夠安全、高效地完成任務(wù)。而在這其中，無人機通信技術(shù)的角色尤為關(guān)鍵。它如同一條無形的紐帶，將火場的實時信息源源不斷地傳輸至指揮中心。指揮人員能夠迅速掌握火場動態(tài)，精準判斷火勢，為救援部署提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

1.2" 無人機通信技術(shù)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用前景

無人機能夠迅速進入火災(zāi)現(xiàn)場，提供高效的實時數(shù)據(jù)反饋，為指揮決策提供有力支持。火場往往環(huán)境復(fù)雜、信息傳遞困難，傳統(tǒng)的通信手段難以滿足需求。無人機憑借其靈活性與高效的數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠在災(zāi)難發(fā)生初期，迅速獲取現(xiàn)場圖像、氣體濃度、溫度等重要信息，為現(xiàn)場指揮中心提供決策依據(jù)。

未來，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機將能夠通過更為高效的網(wǎng)絡(luò)，如5G網(wǎng)絡(luò)乃至未來的6G網(wǎng)絡(luò)，與地面指揮中心實現(xiàn)零延遲通信，大幅提升火場救援的協(xié)調(diào)效率，確保人員和物資的快速部署。無人機通信系統(tǒng)的智能化也將增強其自主判斷和決策的能力，能夠在火災(zāi)發(fā)生時自動執(zhí)行預(yù)設(shè)任務(wù)，從而提高整個救援系統(tǒng)的響應(yīng)速度和效果。

2 無人機通信技術(shù)在火場監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1" 火場實時監(jiān)測

2.1.1" 高空視角與廣域覆蓋

火場往往是一個充滿復(fù)雜變數(shù)的環(huán)境，傳統(tǒng)的地面監(jiān)測手段在許多情況下受到極大限制。無人機借助其空中視角，能夠以較高的飛行高度迅速覆蓋火場的廣闊范圍，捕捉地面救援人員難以觸及的信息。通過搭載高清攝像頭、紅外熱成像儀等傳感器，無人機不僅可以實時呈現(xiàn)火場的全貌，還能幫助識別火源的具體位置和火勢的發(fā)展。特別是在火災(zāi)初期，無人機憑借其快速響應(yīng)能力，能夠及時提供現(xiàn)場影像，有效彌補人工偵查的滯后性。高空視角的優(yōu)勢，使得無人機能夠在瞬息萬變的火場中，及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)蔓延的趨勢，為指揮中心提供準確的決策依據(jù)。

2.1.2" 實時數(shù)據(jù)傳輸與處理

無人機不僅是火場的“眼睛”，也是信息的高速傳遞者。通過先進的通信技術(shù)，無人機能夠?qū)F(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)迅速傳回指揮中心，確保決策者可以實時掌握火場的動態(tài)。這些數(shù)據(jù)包括火場的溫度、氣體濃度、風(fēng)速等重要信息，能夠為火災(zāi)撲救提供全方位的支持。傳統(tǒng)的通信手段在火場中往往受環(huán)境的影響，導(dǎo)致信號不穩(wěn)定或中斷，而無人機通過自有的通信系統(tǒng)，如4G/5G網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星通信技術(shù)，能夠在火場中建立一個穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道，不僅提高了信息傳輸?shù)男剩步档土擞捎谛畔髱淼娘L(fēng)險。

2.2" 災(zāi)情評估與預(yù)警

2.2.1" 火災(zāi)蔓延趨勢分析

無人機在火場監(jiān)測中的重要應(yīng)用是對火災(zāi)蔓延趨勢進行實時評估。通過搭載高精度的傳感器與高分辨率的影像設(shè)備，無人機能夠細致地捕捉到火場的火勢發(fā)展和蔓延路徑。火災(zāi)蔓延不僅與火源位置有關(guān)，還受風(fēng)向、地形以及可燃物分布等多種因素的影響。無人機能夠快速識別這些因素，結(jié)合實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，預(yù)測火災(zāi)未來幾小時內(nèi)可能蔓延的方向和速度。通過精確的火災(zāi)蔓延趨勢分析，指揮中心能夠在火勢尚未達到關(guān)鍵區(qū)域時，及時部署人員和資源，避免火災(zāi)進一步擴展，減小火災(zāi)造成的損失[1]。

2.2.2" 危險區(qū)域劃定與預(yù)警

火場中存在難以察覺的危險區(qū)域，這些區(qū)域往往因溫度過高或有毒氣體濃度升高而增加救援難度。火災(zāi)蔓延迅速且現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)的地面監(jiān)測手段難以在短時間內(nèi)全面識別這些危險區(qū)域。無人機的高效掃描能力可以快速對火場環(huán)境進行評估，通過搭載熱成像儀和氣體傳感器，實時捕捉火場的溫度變化和氣體泄漏情況。這些技術(shù)不僅能發(fā)現(xiàn)火場中的高溫積聚區(qū)域，還能識別有毒氣體泄漏的風(fēng)險。無人機所獲取的實時數(shù)據(jù)和圖像會被快速傳送至指揮中心，指揮員能根據(jù)這些信息及時調(diào)整救援策略，確保人員安全和資源的合理配置。

2.3" 指揮調(diào)度輔助

2.3.1" 實時現(xiàn)場反饋

火場的復(fù)雜性要求指揮中心具備快速準確的現(xiàn)場反饋機制，才能在最短時間內(nèi)作出有效的決策。無人機作為空中偵查平臺，能夠提供動態(tài)的現(xiàn)場反饋，無論是火勢變化、氣象變化，還是人員部署情況，都可以通過無人機的實時傳輸系統(tǒng)，第一時間傳送至指揮中心。通過無人機的實時視頻和數(shù)據(jù)傳輸，指揮人員可以清晰了解火場的全貌，迅速判斷火災(zāi)危險性，并根據(jù)火場的實際情況，及時調(diào)整滅火和救援方案。

2.3.2" 調(diào)度決策支持

在復(fù)雜的火場環(huán)境中，及時準確的指揮決策至關(guān)重要。無人機可以通過多種傳感器和成像技術(shù)，為指揮人員提供決策支持。當火場情況發(fā)生變化時，指揮員能夠迅速判斷火勢的變化與擴展趨勢，準確定位火源以及可能的蔓延路徑。這種實時反饋大幅縮短了信息傳遞的時間，使得指揮調(diào)度能夠更為迅速和精準。指揮中心依據(jù)無人機提供的地理信息、火場溫度分布以及危險區(qū)域劃定，迅速調(diào)整救援資源的配置，并根據(jù)火場實際情況制定最佳的救援方案。

3 無人機通信技術(shù)在火場救援中的應(yīng)用

3.1" 救援物資投送

火場的復(fù)雜地形和危險環(huán)境使得傳統(tǒng)的地面運輸方式無法迅速完成救援物資的投送。無人機的精準定位技術(shù)使得其在火場物資投送中具有不可替代的優(yōu)勢。借助先進的定位系統(tǒng)，如GPS和實時地理信息系統(tǒng)（GIS），無人機能夠?qū)崟r更新火場動態(tài)，精準確定物資投送的位置。無論是滅火器材、急救包還是水源，傳感器提供的數(shù)據(jù)能夠幫助無人機飛行平臺進行精確導(dǎo)航，使得投放的物資能夠直接送達所需地點。高空飛行視角不僅能夠避開火場的阻礙，還能在動態(tài)環(huán)境下調(diào)整投放路線，確保物資投放的時效性和準確性，最大程度減少對現(xiàn)場救援力量的依賴[2]。

3.2" 被困人員搜救

3.2.1" 生命探測與定位

被困人員的搜救極具挑戰(zhàn)性，尤其是在火場中，煙霧、火勢以及復(fù)雜的地形都大大增加了搜救難度。無人機搭載的生命探測技術(shù)能夠幫助快速定位被困人員的具體位置。現(xiàn)代無人機配備了熱成像儀、生命探測器等先進傳感器，這些設(shè)備可以通過感知被困者體溫的微小變化，迅速識別出人員所在的位置。即使在煙霧彌漫或火光四射的環(huán)境下，熱成像技術(shù)也能穿透障礙，精確定位被困人員的生命體征[3]。

3.2.2" 搜救路徑規(guī)劃與實施

火災(zāi)現(xiàn)場的復(fù)雜地形和不斷變化的火勢讓傳統(tǒng)的搜救方式受限，而無人機通過實時的地面掃描和高精度的地圖繪制，可以為救援人員規(guī)劃出安全、有效的路徑。無人機能夠結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)，判斷哪些區(qū)域尚可通行，哪些地方潛藏危險，從而避免無謂的風(fēng)險。通過其搭載的智能算法，能夠?qū)饒鰠^(qū)域進行智能劃分，確定最佳搜救路線。救援人員根據(jù)無人機提供的路徑指引，可以避免進入火勢猛烈的區(qū)域，減小被困人員救援的難度，同時提升救援效率。

3.3" 滅火作業(yè)輔助

3.3.1" 滅火劑精準投放

火災(zāi)撲滅過程中，滅火劑的及時、精準投放是決定撲滅效果的關(guān)鍵。無人機通過其精確的定位系統(tǒng)和動態(tài)調(diào)整能力，能夠?qū)缁饎┚珳实赝斗诺交鹪吹暮诵膮^(qū)域。在火場的復(fù)雜環(huán)境中，地面隊員無法靠近火源，尤其是在火勢迅速蔓延的情況下，傳統(tǒng)滅火方法往往受限。無人機通過搭載不同類型的滅火設(shè)備（如水霧、泡沫滅火器等），可以快速空投滅火劑，直接對火源進行打擊，減少撲滅過程中的延誤時間。在快速反應(yīng)的同時，無人機的多重傳感器還能實時反饋火場變化，使滅火方案隨時得到調(diào)整，確保滅火效果的最大化。

3.3.2" 協(xié)同滅火作業(yè)策略

火災(zāi)撲救不僅需要單一的滅火手段，還需要多種滅火設(shè)備的協(xié)同作業(yè)。在這種情況下，無人機的應(yīng)用能夠充分發(fā)揮其協(xié)同作用。借助無人機的實時通信能力，可以實現(xiàn)不同滅火平臺之間的信息共享與作業(yè)協(xié)同。無人機在火場中能夠快速感知火源的變化情況，將信息實時傳遞給其他滅火設(shè)備（如地面消防車、滅火機器人等），進而協(xié)調(diào)不同設(shè)備的作業(yè)行動。無人機不僅能夠作為滅火前線的先鋒，提前偵查火場情況，還能在滅火過程中提供空中視角，實時監(jiān)控滅火效果，指導(dǎo)地面力量的進一步行動[4]。

3.4" 通信中繼與信息共享

3.4.1" 通信中繼功能實現(xiàn)

在火災(zāi)救援現(xiàn)場，通信的順暢是確保行動高效與安全的關(guān)鍵。然而在火場內(nèi)部，由于煙霧、火焰和建筑物結(jié)構(gòu)的阻隔，傳統(tǒng)的通信手段極易受到影響，信號中斷或延遲不僅會導(dǎo)致信息傳遞的滯后，嚴重時還會威脅救援行動的整體效率。無人機技術(shù)作為移動的通信中繼站，能夠在火場內(nèi)外建立穩(wěn)定的通信通道。當?shù)孛嫱ㄐ旁O(shè)備無法正常工作時，無人機的空中中繼功能能夠有效穿透煙霧與火焰的阻隔，將火場內(nèi)的信息實時傳輸給指揮中心。不僅確保指揮員與現(xiàn)場救援隊員之間的實時溝通，還能為其他救援設(shè)備提供通信支持，實現(xiàn)多方協(xié)同作戰(zhàn)，提高救援效率。

3.4.2" 救援信息共享平臺

無人機搭載的高效通信系統(tǒng)，如空中的信息橋梁，將火場的實時數(shù)據(jù)與圖像不斷傳送至指揮中心。這些寶貴的信息在共享平臺上得以匯聚、處理，并直觀呈現(xiàn)出來。決策者借此得以全面掌握火場動態(tài)，迅速做出應(yīng)對決策。各救援隊伍間依托這一平臺實現(xiàn)了信息的無縫共享，不僅能了解彼此的作業(yè)進展，還能協(xié)同作戰(zhàn)，有效規(guī)避了重復(fù)與無效行動。這一平臺以統(tǒng)一的通信架構(gòu)打破了信息壁壘，實現(xiàn)救援力量的緊密協(xié)作，極大地提升了救援響應(yīng)的速度與執(zhí)行力。

4 結(jié)束語

無人機通信技術(shù)的應(yīng)用為火場救援帶來了革命性的改變，尤其在實時數(shù)據(jù)傳輸和動態(tài)指揮調(diào)度方面，提供了前所未有的優(yōu)勢。盡管仍面臨環(huán)境復(fù)雜、技術(shù)標準化等挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的進一步發(fā)展和優(yōu)化，無人機在火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)中扮演越來越重要的角色。未來，智能化和自主化無人機的引入將進一步提升救援效率，減少人員傷亡，并推動火場應(yīng)急管理的現(xiàn)代化進程。

參考文獻

[1]陳澤.無人機應(yīng)用于消防滅火救援工作中的對策探析[J].今日消防，2020，5（2）：18+20.

[2]張森涵，周旭.大數(shù)據(jù)時代高新技術(shù)在滅火救援工作中的應(yīng)用研究[J].國際援助，2023（3）：10-12.

[3]鄭鈺.消防戰(zhàn)訓(xùn)中無人機應(yīng)用與戰(zhàn)術(shù)優(yōu)化研究[J].消防界（電子版），2024，10（12）：34-36.

[4]蔡志勇，張念慈.小型無人機在森林防火中的應(yīng)用探討[J].森林防火，2023，41（1）：78-80.