大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下高新技術(shù)在滅火救援工作中的應(yīng)用研究

摘要：本文分析了無(wú)人機(jī)技術(shù)在災(zāi)情勘察、數(shù)據(jù)采集以及消防指揮調(diào)度中的作用、物聯(lián)網(wǎng)全球定位技術(shù)在火災(zāi)救援中的應(yīng)用和ZigBee的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在消防空氣呼吸器中的應(yīng)用，剖析了消防機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)以及其在高層建筑、地下建筑、地鐵隧道以及石化等高危場(chǎng)所滅火救援中的應(yīng)用，旨在提升滅火救援工作的科技化水平，提高消防救援隊(duì)伍的滅火救援戰(zhàn)斗效能。

關(guān)鍵詞：滅火救援；數(shù)據(jù)采集；GPS定位；勘察

引言

近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了城市化進(jìn)程的加快，城市中的建筑和企業(yè)數(shù)量迅速增加，這對(duì)消防滅火救援工作提出了更高要求。傳統(tǒng)的滅火方式和設(shè)備已難以滿足城市建設(shè)發(fā)展需求。為了保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，消防部門應(yīng)緊跟時(shí)代潮流，積極將高新技術(shù)應(yīng)用于滅火救援工作中。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，各種高新技術(shù)為消防滅火救援工作提供了新的手段和方法。通過(guò)運(yùn)用這些技術(shù)，能夠更準(zhǔn)確地了解火災(zāi)情況，提高滅火救援效率和效果。因此，研究大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下高新技術(shù)在滅火救援工作中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、無(wú)人機(jī)技術(shù)在滅火救援中的應(yīng)用

（一）無(wú)人機(jī)技術(shù)的工作原理及分類

無(wú)人機(jī)通過(guò)無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置進(jìn)行操縱。其動(dòng)力系統(tǒng)多采用電動(dòng)或燃油驅(qū)動(dòng)，提供飛行所需動(dòng)力。導(dǎo)航系統(tǒng)依靠衛(wèi)星定位（如GPS）和慣性導(dǎo)航技術(shù)，確保飛行路徑準(zhǔn)確。不同類型無(wú)人機(jī)的功能各異。多旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可垂直起降，適合在空間有限的城市環(huán)境中作業(yè)，如在高樓林立的市區(qū)進(jìn)行火災(zāi)偵察。固定翼無(wú)人機(jī)續(xù)航能力強(qiáng)、飛行速度快，能快速抵達(dá)偏遠(yuǎn)地區(qū)或大面積火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，執(zhí)行大范圍的火情勘察任務(wù)，如森林火災(zāi)中的大面積巡查。直升機(jī)無(wú)人機(jī)可攜帶較重設(shè)備，適用于一些需要吊運(yùn)物資或執(zhí)行特殊任務(wù)的場(chǎng)景，如向火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)吊運(yùn)滅火藥劑。

（二）無(wú)人機(jī)在滅火救援中的應(yīng)用現(xiàn)狀

〖KG（3x〗在火災(zāi)偵察方面，許多消防部門配備了專業(yè)的偵察無(wú)人機(jī)，能夠快速升空，靠近火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)獲取實(shí)時(shí)圖像和視頻信息。例如，在城市火災(zāi)中，無(wú)人機(jī)可迅速飛抵現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)高清攝像頭拍攝火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面，將火勢(shì)大小、蔓延方向、建筑受損情況等信息實(shí)時(shí)傳輸回指揮中心，為指揮員制定救援方案提供第一手資料[1]。在一些復(fù)雜地形的火災(zāi)救援中，如山區(qū)火災(zāi)，人員難以快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)更加明顯，能夠快速穿越復(fù)雜地形，及時(shí)掌控火情。在物資投送方面，部分地區(qū)也開(kāi)始嘗試應(yīng)用無(wú)人機(jī)。對(duì)于一些人員難以接近、急需物資的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，如地震后的火災(zāi)廢墟中，有人員被困且道路堵塞，無(wú)人機(jī)可攜帶小型滅火設(shè)備、急救藥品、食品和飲用水等物資，精準(zhǔn)投遞給被困人員，為救援爭(zhēng)取時(shí)間。然而，當(dāng)前無(wú)人機(jī)在滅火救援中的應(yīng)用仍存在一些限制，如續(xù)航時(shí)間較短、受天氣影響較大等，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

（三）無(wú)人機(jī)技術(shù)在滅火救援中的應(yīng)用實(shí)踐

1.勘察災(zāi)情，采集數(shù)據(jù)

在火災(zāi)發(fā)生初期，無(wú)人機(jī)可迅速升空，利用其搭載的多種傳感器進(jìn)行災(zāi)情勘察，為消防員提供關(guān)鍵信息，幫助他們制定有效的滅火策略。熱成像傳感器能夠透過(guò)煙霧探測(cè)到高溫火源位置，即使在濃煙彌漫的環(huán)境下，也能清晰地顯示火源分布，幫助消防員準(zhǔn)確鎖定著火點(diǎn)，判斷火勢(shì)蔓延趨勢(shì)。例如，在大型倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)中，倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部貨物堆積，傳統(tǒng)偵察方式難以快速確定火源，無(wú)人機(jī)的熱成像功能可快速掃描整個(gè)倉(cāng)庫(kù)，準(zhǔn)確找到火源所在區(qū)域；高清攝像頭提供詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)圖像信息，拍攝火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)全貌、建筑物的受損情況、周邊環(huán)境等，通過(guò)對(duì)這些圖像的分析，可評(píng)估火災(zāi)對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的破壞程度，判斷是否存在二次坍塌風(fēng)險(xiǎn)，為消防員進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)救援提供安全參考[2]。同時(shí)，無(wú)人機(jī)可采集現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)向、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)，如在風(fēng)力較大的情況下火勢(shì)蔓延速度會(huì)加快且可能改變蔓延方向，了解實(shí)時(shí)風(fēng)力信息有助于提前做好防護(hù)和滅火力量部署。在森林火災(zāi)中，風(fēng)向和風(fēng)速的變化會(huì)直接影響火勢(shì)的蔓延方向和速度，無(wú)人機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些氣象數(shù)據(jù)，幫助消防員預(yù)測(cè)火勢(shì)的發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)整滅火策略，避免火勢(shì)失控。無(wú)人機(jī)采集的各類數(shù)據(jù)可以通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)時(shí)傳送到指揮中心，指揮中心可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，制定更加科學(xué)合理的滅火方案。結(jié)合熱成像數(shù)據(jù)和高清圖像，指揮中心可以繪制出火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的立體模型，直觀展示火源位置、火勢(shì)蔓延趨勢(shì)以及建筑物的受損情況。

2.消防指揮調(diào)度

無(wú)人機(jī)在消防指揮調(diào)度中可為指揮員提供全面的現(xiàn)場(chǎng)信息，輔助決策。通過(guò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)膱D像和數(shù)據(jù)，指揮員能在指揮中心清晰地看到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的整體情況，包括滅火力量的部署位置、消防車的停放位置以及進(jìn)攻路線等。根據(jù)這些信息，指揮員可及時(shí)調(diào)整作戰(zhàn)方案，優(yōu)化滅火力量調(diào)配。例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一區(qū)域火勢(shì)增大，原有的滅火力量難以控制時(shí)，指揮員可通過(guò)無(wú)人機(jī)提供的信息，迅速?gòu)钠渌麉^(qū)域調(diào)配消防車輛和人員前往支援[3]。在協(xié)同作戰(zhàn)方面，無(wú)人機(jī)可作為信息中繼平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同救援隊(duì)伍之間的信息共享。在大型火災(zāi)事故中，往往涉及多個(gè)消防救援站、多種救援力量，各隊(duì)伍之間的信息溝通至關(guān)重要。無(wú)人機(jī)利用其在空中的優(yōu)勢(shì)，可接收和轉(zhuǎn)發(fā)各救援隊(duì)伍的信息，確保信息流暢傳遞，提高協(xié)同作戰(zhàn)效率。例如，負(fù)責(zé)內(nèi)部搜救的隊(duì)伍發(fā)現(xiàn)有人員被困位置后，可通過(guò)無(wú)人機(jī)將信息快速傳遞給負(fù)責(zé)外部滅火的隊(duì)伍，以便其調(diào)整滅火策略，為搜救創(chuàng)造有利條件。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在滅火救援中的應(yīng)用

（一）物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)在滅火救援中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)泛在感知與可信傳輸，構(gòu)建了滅火救援全要素的數(shù)字化感知體系，實(shí)現(xiàn)了從離散設(shè)備監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)級(jí)態(tài)勢(shì)感知的跨越。其在環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)施管理與人員安全等維度的技術(shù)集成，為救援行動(dòng)提供了實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。在消防車輛裝備方面，通過(guò)在消防車上安裝GPS定位裝置，指揮中心能夠?qū)崟r(shí)掌握每輛消防車的位置信息。在接到報(bào)警后，可根據(jù)火災(zāi)地點(diǎn)和周邊消防車的位置，快速調(diào)配距離最近、裝備最合適的消防車前往救援。例如，多起火災(zāi)同時(shí)發(fā)生時(shí)，指揮中心能借助GPS定位系統(tǒng)，合理規(guī)劃每輛消防車的出動(dòng)路線，避免消防車之間的路線沖突，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)[4]。進(jìn)入復(fù)雜火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，如大型商場(chǎng)、地下建筑等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，信號(hào)容易受到遮擋，僅依靠GPS定位可能不準(zhǔn)確。此時(shí)，結(jié)合藍(lán)牙、Wi-Fi等室內(nèi)定位技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)消防員的精準(zhǔn)定位。消防員攜帶的定位設(shè)備將位置信息實(shí)時(shí)傳輸回指揮中心，指揮中心能在電子地圖上清晰地顯示每名消防員的位置和行動(dòng)軌跡。一旦消防員在現(xiàn)場(chǎng)遇到危險(xiǎn)，如被困、受傷等情況，指揮員可根據(jù)定位信息迅速組織救援力量前往救助，提高了消防員在危險(xiǎn)環(huán)境中的安全性。

（二）ZigBee數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在空氣呼吸器中的應(yīng)用

ZigBee技術(shù)因其低功耗、自組網(wǎng)等特點(diǎn)，在消防空氣呼吸器中有獨(dú)特應(yīng)用。在滅火救援過(guò)程中，消防員需要隨時(shí)了解空氣呼吸器的剩余氣量，以確保自身安全。通過(guò)在空氣呼吸器上集成ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊，可將呼吸器內(nèi)的氣量信息實(shí)時(shí)傳輸給消防員佩戴的終端設(shè)備，如智能手表或頭盔顯示器。消防員無(wú)須手動(dòng)查看空氣呼吸器的氣量表盤(pán)，就能直觀地獲取剩余氣量信息，便于及時(shí)作出撤離或更換氣瓶的決策。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)也能傳輸回指揮中心。指揮中心的調(diào)度員可實(shí)時(shí)掌握每名進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)消防員的空氣呼吸器使用情況，對(duì)整個(gè)救援行動(dòng)的安全性進(jìn)行宏觀把控。例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)多名消防員的空氣呼吸器剩余氣量較少時(shí)，調(diào)度員可提前安排備用氣瓶的輸送或調(diào)整救援任務(wù)安排，確保救援行動(dòng)的連續(xù)性和安全性。此外，ZigBee技術(shù)還可用于傳輸空氣呼吸器的壓力、溫度等其他參數(shù)，為設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)提供數(shù)據(jù)支持，保障空氣呼吸器在關(guān)鍵時(shí)刻能正常工作。

三、消防機(jī)器人技術(shù)在滅火救援中的應(yīng)用

（一）消防機(jī)器人在滅火救援中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)

消防機(jī)器人作為特種救援裝備的典型代表，通過(guò)融合機(jī)械工程、人工智能與災(zāi)害科學(xué)，正在重構(gòu)傳統(tǒng)滅火救援的作業(yè)模式。其在極端環(huán)境適應(yīng)性、作業(yè)持續(xù)性及人機(jī)協(xié)同性方面的技術(shù)突破，為撲救復(fù)雜火災(zāi)提供了全新的解決方案[5]。首先，安全性高。在面對(duì)高溫、有毒、易燃易爆等危險(xiǎn)環(huán)境時(shí)，如石化火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，消防員難以靠近，消防機(jī)器人可代替消防員深入其中執(zhí)行任務(wù)，避免人員傷亡。其次，它能適應(yīng)復(fù)雜惡劣的環(huán)境，如在地震后的廢墟火災(zāi)中，廢墟結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，存在二次坍塌風(fēng)險(xiǎn)，消防機(jī)器人憑借其特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)和履帶式行走裝置，可在廢墟中靈活移動(dòng)，不受地形限制，執(zhí)行滅火和偵察任務(wù)。最后，消防機(jī)器人具備強(qiáng)大的負(fù)載能力，可攜帶大量滅火藥劑，持續(xù)進(jìn)行滅火作業(yè)，如大流量的泡沫滅火機(jī)器人能在短時(shí)間內(nèi)噴射大量泡沫，有效控制大面積火災(zāi)。然而，消防機(jī)器人也存在一些缺點(diǎn)。其技術(shù)復(fù)雜，成本較高，研發(fā)、制造和維護(hù)都需要投入大量資金。目前，消防機(jī)器人的智能化程度還有待提高。在面對(duì)復(fù)雜多變的火災(zāi)場(chǎng)景時(shí)，自主決策能力不足，很多情況下仍需人工遠(yuǎn)程操控，在信號(hào)受到干擾時(shí)可能導(dǎo)致操控延遲或失控。另外，部分消防機(jī)器人的續(xù)航能力有限，在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)時(shí)，需要頻繁更換電池或補(bǔ)充燃料，影響救援效率。

（二）消防機(jī)器人在滅火救援中的實(shí)際應(yīng)用

在高層建筑滅火救援中，由于高層建筑火災(zāi)撲救難度大，傳統(tǒng)消防設(shè)備難以到達(dá)較高樓層。消防機(jī)器人可搭載高噴滅火裝置，在建筑外部通過(guò)攀爬或吊運(yùn)至著火樓層附近，進(jìn)行近距離滅火作業(yè)。例如，某些具備攀爬功能的消防機(jī)器人能沿著建筑外墻攀爬至指定樓層，利用其攜帶的高壓水槍或泡沫炮，對(duì)準(zhǔn)火源進(jìn)行精準(zhǔn)噴射，有效控制火勢(shì)蔓延。在地下建筑滅火救援中，地下環(huán)境復(fù)雜，煙霧濃、溫度高、氧氣含量低，對(duì)消防員安全威脅大。消防機(jī)器人可率先進(jìn)入地下建筑，利用其攜帶的氣體探測(cè)儀、熱成像儀等設(shè)備，偵察內(nèi)部情況，如火源位置、有害氣體濃度分布等。同時(shí)，配備MEMS壓力傳感器（量程0MPa—5MPa）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爆炸沖擊波，通過(guò)PID控制算法動(dòng)態(tài)調(diào)整液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)姿態(tài)，在2MPa超壓沖擊下保持結(jié)構(gòu)完整性。通過(guò)自身攜帶的滅火設(shè)備，如干粉滅火器、細(xì)水霧滅火裝置等，在火災(zāi)初期控制火勢(shì)，為后續(xù)消防員的救援行動(dòng)創(chuàng)造有利條件。在地鐵隧道滅火救援中，消防機(jī)器人可沿著軌道快速行駛至火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，利用其靈活的轉(zhuǎn)向和噴射裝置對(duì)隧道內(nèi)的火災(zāi)進(jìn)行撲救。它還能在救援過(guò)程中為被困人員開(kāi)辟安全通道，如通過(guò)噴射泡沫或水流，冷卻周邊環(huán)境，降低溫度，為人員疏散提供相對(duì)安全的路徑。

在石化等高危場(chǎng)所，消防機(jī)器人更是不可或缺。石化火災(zāi)往往伴隨著高溫、高壓、易燃易爆等危險(xiǎn)，消防機(jī)器人可在遠(yuǎn)距離對(duì)火災(zāi)進(jìn)行撲救。例如，大型泡沫消防機(jī)器人可在距離火源數(shù)百米外，持續(xù)噴射大量泡沫，覆蓋燃燒的油類物質(zhì)，隔絕空氣，達(dá)到滅火目的。同時(shí)，它還能利用自身攜帶的各種傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力、可燃?xì)怏w濃度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸回指揮中心，為指揮員制定科學(xué)的滅火救援方案提供依據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，無(wú)人機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及消防機(jī)器人技術(shù)等高新技術(shù)在滅火救援工作中的應(yīng)用，極大地提升了消防救援隊(duì)伍的作戰(zhàn)能力和救援效率。這些技術(shù)的應(yīng)用有助于更準(zhǔn)確地了解火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況，實(shí)現(xiàn)科學(xué)指揮調(diào)度，提高救援行動(dòng)的安全性和有效性。目前，這些技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題，如數(shù)據(jù)整合性差、數(shù)據(jù)壁壘現(xiàn)象嚴(yán)重、相關(guān)工作人員專業(yè)素質(zhì)有待提高、技術(shù)設(shè)備成本較高等。未來(lái)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，優(yōu)化數(shù)據(jù)管理和共享機(jī)制，加大對(duì)消防人員的技術(shù)培訓(xùn)力度，降低成本，以推動(dòng)高新技術(shù)在滅火救援工作中的更廣泛、更深入應(yīng)用，為保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全提供更有力的支持。

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作者簡(jiǎn)介：劉祥昆（1991— ），男，漢族，天津人，本科，研究方向：滅火救援。