無人機(jī)技術(shù)在化工火災(zāi)消防救援中的應(yīng)用探討

摘要：無人機(jī)技術(shù)以網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)為基礎(chǔ)，相較于傳統(tǒng)的消防滅火救援技術(shù)，無人機(jī)技術(shù)在化工火災(zāi)消防救援中的效率和成效更加顯著，它不僅具有超強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和靈活性，還在火情偵察與監(jiān)控、應(yīng)急通信、物資運(yùn)送、滅火、搜救被困人員等多方面都有非常出色的表現(xiàn)，提升了滅火救援效率，大幅減少化工企業(yè)的火災(zāi)損失。本文主要以無人機(jī)技術(shù)在化工火災(zāi)消防救援中的應(yīng)用要點(diǎn)為研究對象，以期為化工火災(zāi)消防救援的研究工作提供理論支撐。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)技術(shù)；化工火災(zāi)；消防救援；應(yīng)用要點(diǎn)

引言

化工企業(yè)存在眾多的易燃易爆材料及物品，一旦發(fā)生化工火災(zāi)事故，不僅滅火救援困難，還會(huì)導(dǎo)致更為嚴(yán)重的后果。與普通場所的火災(zāi)不同，在面對化工火災(zāi)時(shí)，傳統(tǒng)的滅火救援設(shè)施效能有限。為提升滅火救援效率，減少傷亡，消防救援人員必須借助專門的儀器和裝備來執(zhí)行滅火救援任務(wù)。基于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的高速發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)與化工火災(zāi)消防救援的融合程度更加緊密，充分顯示出了無人機(jī)技術(shù)在反應(yīng)迅速、靈活機(jī)動(dòng)、適應(yīng)范圍廣等方面的優(yōu)勢。由此可見，無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為化工火災(zāi)消防救援中不可或缺的重要力量。如何在化工火災(zāi)消防救援的實(shí)踐工作中正確使用無人機(jī)裝備，已成為消防救援技術(shù)升級的關(guān)鍵。

一、無人機(jī)的特征及分類

（一）特征

無人機(jī)是指由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控、無人駕駛的自動(dòng)飛行器，可用于GPS定位、收集與傳輸數(shù)據(jù)等，并能夠獲取清晰完整的現(xiàn)場影像圖[1]。無人機(jī)技術(shù)是人工智能領(lǐng)域的重要發(fā)展成果，目前已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘測、滅火救援、城市規(guī)劃設(shè)計(jì)等眾多領(lǐng)域。無人機(jī)可達(dá)到厘米級的測量精度，并能夠在極端的自然環(huán)境中正常執(zhí)行各項(xiàng)監(jiān)測任務(wù)。無人機(jī)在執(zhí)行監(jiān)測作業(yè)過程中，通常不會(huì)受到外界環(huán)境的干擾，還可搭載多種形式的攝影測量儀器。例如，在執(zhí)行特殊火災(zāi)撲救任務(wù)的實(shí)踐中，引進(jìn)無人機(jī)技術(shù)，可有效解決火場搜救難度大、搜救時(shí)間長等問題。技術(shù)人員可根據(jù)消防救援的實(shí)際情況，采用靈活的措施調(diào)整無人機(jī)的設(shè)備參數(shù)，以期達(dá)到最佳的滅火救援成效。無人機(jī)技術(shù)的基本特征包括監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確、安全性能良好、性價(jià)比高、使用方便。在化工火災(zāi)消防救援中使用無人機(jī)技術(shù)，可充分展示低空飛行器在該領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢[2]。

（二）分類

無人機(jī)的分類標(biāo)準(zhǔn)多樣，主要依據(jù)飛行平臺(tái)結(jié)構(gòu)、飛行高度、基本用途、空機(jī)容量等指標(biāo)進(jìn)行分類[3]。例如，按照飛行平臺(tái)的結(jié)構(gòu)分類，可將無人機(jī)分為固定翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)、無人直升機(jī)等；按無人機(jī)的飛行高度分類，又可分為超低空、低空、中空、高空、超高空的無人機(jī)；按照用途分類，可將無人機(jī)分為軍用、民用兩種類型的無人機(jī)。軍用無人機(jī)可執(zhí)行軍事任務(wù)；民用無人機(jī)可用于巡查、航拍、氣象預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)種植等，具有應(yīng)用范圍廣的特征；按空機(jī)重量進(jìn)行劃分，可將無人機(jī)分為微型、輕型、小型、中型與大型無人機(jī)。其中，微型無人機(jī)的空機(jī)重量限定在025kg內(nèi)（最大起飛量限定在23kg內(nèi)），輕型無人機(jī)限定在4kg（最大起飛量限定為7kg），小型無人機(jī)限定在15kg（最大起飛量限定為25kg），中型無人機(jī)空機(jī)容量限制在150kg（最大起飛量限定為150kg），大型無人機(jī)的空機(jī)重量和最大起飛量均超過150kg。在化工火災(zāi)消防救援中應(yīng)用最多的是中型固定翼無人機(jī)和多旋翼無人機(jī)。

二、無人機(jī)在化工火災(zāi)消防救援中的應(yīng)用要點(diǎn)

（一）偵察火場

化工廠房集中存放著大量含有劇毒、強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)溶劑等高危化學(xué)品，如果發(fā)生火災(zāi)，易燃易爆的化學(xué)品將瞬間形成快速蔓延的火勢，甚至可能引發(fā)爆炸，滅火救援難度大。某些化工企業(yè)的廠區(qū)消防通道比較狹窄，因管理不善還可能被雜物堵塞，不利于消防滅火救援行動(dòng)的快速開展。針對上述特殊情況，亟須具備監(jiān)控與偵察功能的無人機(jī)來發(fā)揮火情偵察和監(jiān)控作用。在監(jiān)測火勢變化過程中，機(jī)載高清晰度的紅外熱成像（或可見光）設(shè)備能夠覆蓋大面積的化工廠區(qū)，對廠區(qū)隱患進(jìn)行迅速、全面的排查。當(dāng)突發(fā)火情時(shí)，消防人員可操控?zé)o人機(jī)迅速抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場上空，迅速在高空完成對事故區(qū)域全景影像的近距離拍攝，實(shí)時(shí)傳輸火情、設(shè)施受損程度、風(fēng)向變化等關(guān)鍵信息，為消防救援人員研判火情發(fā)展趨勢提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。例如，在地形復(fù)雜、救援通道狹小的化工廠區(qū)空間中，無人機(jī)能夠靈活穿梭于廠房、管廊、儲(chǔ)罐等狹小空間，精細(xì)探測火勢發(fā)展及蔓延情況。通過使用無人機(jī)裝備，消防救援部門可快速探測人工救援的高危區(qū)和盲區(qū)，最大程度地減少救援人員面臨的風(fēng)險(xiǎn)[4]。新型的化學(xué)檢測無人機(jī)還可搭載高靈敏度的氣體傳感器，專門針對有毒有害物質(zhì)泄漏實(shí)施“探嗅式”排查，以精準(zhǔn)定位高危化學(xué)品的泄漏區(qū)域，準(zhǔn)確測量化學(xué)物質(zhì)的泄漏濃度指標(biāo)，為消防救援策略的制定提供重要依據(jù)。

（二）運(yùn)輸物資

消防救援的專用物資能否及時(shí)、準(zhǔn)確抵達(dá)火災(zāi)發(fā)生區(qū)域，直接關(guān)系消防滅火救援的實(shí)施成效。無人機(jī)技術(shù)在化工消防物資的運(yùn)輸保障方面作用巨大，可靈活高效地完成空中物資運(yùn)輸任務(wù)[5]。在突發(fā)火災(zāi)時(shí)，可能因廠區(qū)場面混亂、房屋、貨物倒塌、火勢蔓延、濃煙及毒氣擴(kuò)散等情況，導(dǎo)致廠區(qū)地面道路出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞，進(jìn)而影響消防救援車輛的快速通行。面對這種情況，可以使用中、大型貨運(yùn)無人機(jī)，跨越障礙，為火場滅火救援運(yùn)輸消防裝備和救援物資，充分展現(xiàn)無人機(jī)技術(shù)在火災(zāi)救援物資供給中的積極作用。例如，采用旋翼無人機(jī)可將大量的干粉、泡沫液等滅火劑直接投放至火災(zāi)發(fā)生區(qū)域。當(dāng)發(fā)生高危化學(xué)品泄漏、擴(kuò)散的情況時(shí)，可操作無人機(jī)運(yùn)輸應(yīng)急搶修工具和防毒防化服等，在較短時(shí)間抵達(dá)火災(zāi)救援現(xiàn)場，對于減少救援人員暴露導(dǎo)致的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)具有顯著作用。即便是在化工廠區(qū)交通完全癱瘓的情況下，仍然可以利用無人機(jī)的操控靈活性與超強(qiáng)的續(xù)航能力，完成物資補(bǔ)給、傷員運(yùn)送等緊急任務(wù)，為火場“孤島”打通“空中生命線”。

（三）撲救火災(zāi)

對于化工火災(zāi)消防救援任務(wù)，消防救援部門需要在最短時(shí)間到達(dá)火災(zāi)場所，以迅速展開滅火救援，阻止火勢蔓延。對于化工管廊、反應(yīng)塔這類特殊區(qū)域，為了爭取時(shí)間，盡快滅火，消防人員可在無人機(jī)上搭載具有百米射程的遠(yuǎn)程射流裝置、高壓水霧炮裝置等，迅速操控?zé)o人機(jī)進(jìn)入現(xiàn)場開展滅火及降溫保護(hù)工作。除此之外，可將干粉、滅火彈、滅火毯、滅火布等滅火器材安裝在無人機(jī)上，操控?zé)o人機(jī)飛進(jìn)火場進(jìn)行定點(diǎn)投放，實(shí)現(xiàn)迅速壓制火勢的目的。與中、大型無人機(jī)不同，小型無人機(jī)更加靈活。化工火災(zāi)撲救專用的小型無人機(jī)能夠攜帶攝像頭或者熱成像監(jiān)測設(shè)備，按照規(guī)劃路線直接飛行至火場深處，近距離捕捉火情變化的相關(guān)信息。可利用多臺(tái)無人機(jī)組成的救援設(shè)備群組，開展協(xié)同作戰(zhàn)，在多臺(tái)無人機(jī)的相互配合下，組成多層次、全方位的滅火體系，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)撲救。矩陣式的無人機(jī)體系可按照地面指揮中心發(fā)出的指令來確定撲救地點(diǎn)，深入整個(gè)化工廠區(qū)開展撲救，以在最短時(shí)間內(nèi)完成消防救援的攻堅(jiān)任務(wù)。

（四）搜救被困人員

搜尋被困人員是化工火災(zāi)消防救援的關(guān)鍵任務(wù)之一。無人機(jī)技術(shù)在人員搜救的實(shí)施階段也發(fā)揮著突出的作用。無人機(jī)具有良好的靈活性與較小體積等優(yōu)勢，能夠深入化工廠房的建筑殘骸廢墟，第一時(shí)間捕捉幸存者的人體反射波信號。其主要原理是借助機(jī)載成像儀與攝像頭，采用全方位的自動(dòng)巡航搜索裝置，有效突破夜間光線昏暗、煙霧濃度較高等障礙因素，在整個(gè)火場空間內(nèi)捕捉人體發(fā)出的熱信號，提升搜救精準(zhǔn)度和效率。近年來，國內(nèi)研究人員一直在探索北斗導(dǎo)航通信與無人機(jī)技術(shù)相結(jié)合的化工火災(zāi)救援模式，通過多項(xiàng)技術(shù)的有機(jī)融合，可進(jìn)一步提高消防滅火救援的實(shí)施成效。

三、無人機(jī)在化工火災(zāi)消防救援中的應(yīng)用實(shí)例

（一）火災(zāi)案例概況

某化工園區(qū)主要生產(chǎn)硝基苯的化工原料，該化工園區(qū)的內(nèi)部廠房于某日夜間突然起火，廠房內(nèi)集中堆放的硝基苯生產(chǎn)材料被引燃，火勢快速蔓延至附近的化學(xué)溶劑存儲(chǔ)罐區(qū)。消防救援人員在接到報(bào)警后迅速趕赴化工火災(zāi)現(xiàn)場，對廠房內(nèi)部的起火點(diǎn)采取集中撲救措施。救援人員考慮到廠區(qū)救援通道狹窄且堆放較多雜物，因此決定啟用無人機(jī)輔助展開救援作業(yè)。

（二）制定無人機(jī)參與滅火救援的具體方案

首先，負(fù)責(zé)本次滅火救援任務(wù)的消防指揮部啟動(dòng)大疆M240、大疆M300兩種型號無人機(jī)各2臺(tái)，分別攜帶變焦高清攝像機(jī)和紅外熱成像（或可見光）攝像機(jī)以及氣體傳感器，在短時(shí)間抵達(dá)火場后便展開全面的監(jiān)測、排查和搜救作業(yè)。其次，啟動(dòng)極飛P35無人機(jī)，采用近距離噴灑泡沫滅火劑的形式阻止火情擴(kuò)散，并協(xié)助排查火場周邊情況。最后，啟用小型無人機(jī)，搭載高敏感度的聲音傳感器，在化工廠房范圍內(nèi)集中搜救被困人員。借助上述多種型號的無人機(jī)密切配合，本次滅火救援工作得到了有序、快速開展，有效地降低了化工廠房設(shè)備起火導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。

四、化工火災(zāi)消防救援中的無人機(jī)技術(shù)創(chuàng)新趨勢

（一）優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)性能

化工火災(zāi)消防救援專用的無人機(jī)設(shè)備具有體積小、自重輕等優(yōu)勢。為了進(jìn)一步提升無人機(jī)在滅火救援中的應(yīng)用優(yōu)勢和價(jià)值，目前很多研究人員都在積極探索無人機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。對救援無人機(jī)結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化，重點(diǎn)是在保持原有機(jī)械強(qiáng)度不變的前提下，進(jìn)一步引進(jìn)模塊化設(shè)計(jì)理念，著力改進(jìn)輕型與小型無人機(jī)的系統(tǒng)配置。要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)新型動(dòng)力技術(shù)（如光伏陣列與燃料電池）與無人機(jī)技術(shù)的深度融合，以提升無人機(jī)的能量密度指標(biāo)。在提升滅火救援無人機(jī)的電池防爆性方面，積極引進(jìn)集成化與小型化的智能探測設(shè)備，捕捉三維立體的火場影像信息。

（二）加強(qiáng)操控人員的技能培訓(xùn)

消防滅火救援無人機(jī)的操控人員應(yīng)具備良好的專業(yè)素質(zhì)，消防救援部門需重視無人機(jī)操控技術(shù)人員的技能培訓(xùn)工作，確保其能夠應(yīng)對復(fù)雜多變的化工火災(zāi)環(huán)境。加強(qiáng)人員技能培訓(xùn)的關(guān)鍵在于提升協(xié)同作戰(zhàn)能力，使操控人員能夠熟練操作各種不同型號的無人機(jī)設(shè)備，尤其是在無人機(jī)設(shè)備調(diào)試、物資投送等關(guān)鍵操作環(huán)節(jié)，應(yīng)通過多次實(shí)戰(zhàn)模擬演練來提升操控人員應(yīng)急處置能力。

（三）確保通信傳輸穩(wěn)定

穩(wěn)定的通信傳輸是確保無人機(jī)順利完成救援任務(wù)的重要基礎(chǔ)。為確保無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)階段的通信穩(wěn)定性，相關(guān)部門應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況采取調(diào)頻、擴(kuò)頻等多種技術(shù)手段，切實(shí)加強(qiáng)無人機(jī)在飛行中的抗干擾能力。技術(shù)人員還要進(jìn)一步對機(jī)載天線的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，可利用計(jì)算機(jī)軟件功能來構(gòu)建立體化的人工智能模型，模擬化工火災(zāi)發(fā)生的真實(shí)場景，以便制定滅火救援方案。對于無人機(jī)消防救援通信技術(shù)，應(yīng)在自主導(dǎo)航與激光通信手段進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，在多地址定位的基礎(chǔ)上規(guī)避干擾源，使無人機(jī)能夠敏捷規(guī)避化工火場的障礙物，靈活改變飛行軌跡[6]。

結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)技術(shù)在化工火災(zāi)消防救援過程中表現(xiàn)出良好的適用性和極高的利用價(jià)值，能夠在極短時(shí)間內(nèi)深入火災(zāi)現(xiàn)場，實(shí)施火情監(jiān)測、人員搜救、物資運(yùn)輸、滅火作業(yè)等相關(guān)工作。消防救援人員應(yīng)充分掌握無人機(jī)操控技能，利用無人機(jī)設(shè)備，更好地完成滅火救援任務(wù)。為進(jìn)一步提升無人機(jī)技術(shù)在化工火災(zāi)消防救援中的應(yīng)用成效，應(yīng)進(jìn)一步改善、優(yōu)化無人機(jī)的設(shè)備性能，提升通信傳輸?shù)姆€(wěn)定性，并積極探索多種智能技術(shù)的融合手段，全面提升無人機(jī)技術(shù)在滅火救援工作中的應(yīng)用成效。

參考文獻(xiàn)

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