無人機在消防救援領域的應用研究

摘要：消防救援隊伍改革轉隸以來，面對“全災種、大應急”的全新要求，救援任務的廣度和寬度均得到了一定的延展。面對地震救援、抗洪搶險、山岳救助及大跨度或高層火災，無人機應用技術及系統解決方案的成熟運用，使集成視頻、紅外等監控及傳輸設備的無人機，通過近距離空中監測實現對復雜地形和建筑進行火災隱患巡查、現場救援指揮、火情偵測及防控成為消防部隊新的選擇。

關鍵詞：無人機；消防救援；城市消防；森林消防

一、引言

傳統手段對火災現場的圖像傳輸，如4G單兵圖像傳輸容易受拍攝人員位置的限制，導致火災信息不準確，影響火災救援決策。現階段消防場景運用無人機對火災現場拍攝、通信、監測，可以充分發揮設備本身的適用價值及其穩定功能。在應用中，無人機應用成本低，適應地域比較廣，具有傳輸速度快的特點，可以與傳統視頻圖像傳輸系統形成互補，實現火災現場圖像、數據信息的監測與控制[1]。

森林防火運用衛星對森林火場進行監測，隨著無人機技術的不斷成熟以及廣泛應用，無人機已被應用到森林火情監測領域，能夠隨時執行森林火場監測任務并實時掌控火場動態信息，及時發現火情，最大化降低森林火災帶來的損失[2]。

二、無人機在城市和森林消防中應用的研究現狀

鄭衛剛等[3]提出了應用于城市消防的無人機系統，該系統能夠通過無線發射器實時傳送火災現場的影響，為消防員制定救災方案提供決策支持，還能進行生命探測、燃燒物分析等任務。吳瑞波等[4]針對城市消防，分析了多旋翼無人機在功能上的優勢，以及在城市消防領域的應用和前景。吳佩英等[5]對城市消防中的無人機系統滑翔機，通信系統和無人機系統進行了討論。

張京[6]在國內森林消防技術需求的基礎上討論了無人機在森林消防中的應用。狄曙玲和何誠[7]提出了一種新型的無人機裝置，在機體下部支架的內側設有真空泵，真空泵的作用是使真空艙的內部處于負壓狀態，減少氣體之間的相互污染。

李志宏[8]闡述了無人機在森林消防的應用，為森林消防通訊和地面人員的安全保障方面提供了解決

方案。李建有等[9]指出了無人機在森林消防中亟待解決的問題。王秋華等[10]闡述了無人機在森林消防中的幾大類應用，以及在森林消防應用的局限性和需要解決的問題。

三、無人機基本情況

（一）工作原理

無人機（UAV）是利用無線電遙控裝置，由程序控制裝置操控的不載操作人員的飛行器，具有小體積、低成本、對外部環境要求低等優勢，它集成了無線圖像傳輸系統，能夠實行自動控制、飛行規劃以及圖像傳輸。無人機系統由地面指揮控制系統、無人機飛行平臺、空中視頻監控平臺、微波無線實時圖像傳輸系統、GPS導航及自動駕駛系統、供電單元和圖傳鏈路等子系統組成，如圖1所示。

（二）技術優勢

無人機采用技術先進的飛控平臺和前后臺視頻監控傳輸系統，對火場進行監測，掌控火場動態信息，在低成本條件下實現傳統手段無法涉足的區域進行實時監測和輔助救援，其在巡航路線規劃、定點監測、智能分析和火情報警方面的優越性，為及時發現火情，迅速組織救援隊伍，制定可行救援方案提供了可行的解決方案，其技術優勢包括：

1.靈活機動

小型無人機通常重量小于100公斤，可以由飛行控制系統控制，僅需1至2個操作人員即可完成飛行準備與操作。當道路不暢通或交通中斷時，可以步行至災難事故現場。無人機對起飛周圍條件要求非常簡單，對地形沒有要求，其具有較強的靈活性。無人機的飛行速度和飛行方向易于靈活控制，轉彎半徑小，機動性好，機載攝像機也可以對目標進行跟蹤。同時，無人機能夠迅速到達指定監測位置，具有快速響應能力。低空作業時，無人機還能夠快速獲取監測現場圖像，通過無線鏈路將圖像實時傳回地面，在5公里范圍內均可執行穩定、可靠的偵查任務。

2.監測范圍廣

無人機的超視距控制是通過寬帶和數據鏈路技術實現的，其擁有非常全面的視野。根據現場要求，無人機可以從不同角度和距離在不同的光照條件下工作，實現空中監視，還能夠調節距離和角度。通過遠程控制無人機及其攜帶的照相機，可以實現圖像的實時傳輸，配備熱成像相機的無人機，能夠獲得監視區域的熱分布情況，為實現災害現場的空中實時監測提供了有力保障，能夠提高消防隊在應急救援中的探測能力。

3.操作簡單

遠程圖像傳輸與控制系統通過網絡和接口接入地面站，通過光纖接入網絡（公網或專網），通過遙控攝像機及其輔助設備（鏡頭、云臺）查看無人機的攝像頭監測的實時圖像。通過遙控器控制無人機的動作，經遠程圖像傳輸與控制系統對現場情況全面掌握，實現了遠程、便捷的全方位監控。當客戶端接入網絡后，可以通過PC、手機等終端設備對無人機進行控制。

4.安全可靠

在雨雪、高溫和泥石流等惡劣天氣，易燃易爆、塌陷、有毒等嚴重事故災害現場，或山岳、峽谷、溝壑等復雜地形，無人機均可避免傳統救火行動中存在的短板，確保救援人員的安全。通過對現場情況的跟拍、追蹤，為救援活動的組織部署提供有力保證。

四、消防應用場景

（一）城市消防

1.火情偵查

智慧機場無人機系統可以安裝可見光變焦攝像機、紅外熱成像儀、測溫儀和有毒氣體探測儀。可見光變焦攝像機能夠將火場各種高度、角度的火災信息實時傳輸到地面指揮中心，同時可傳輸至消防隊。紅外熱成像儀的加裝解決了極端惡劣條件下的監控效果，對濃煙區域、夜晚等場景作業效果顯著。

2.火災區域空中管制

火災發生后無人機升空進行現場監測，智慧機場無人機系統搭載可見光變焦相機及喊話器，針對附近小區或商場進行喊話。引導擁堵車輛協助開辟火災救援場地，減少擁堵、消防通道非法占壓等情況對火災救援的影響。

3.夜間強光照明

系統配置強光照明系統，與可見光變焦相機同向設置，在火災救援現場可以通過強光增加空中的拍攝效果。同時，可以為在災害現場夜間作業的救援人員提供照明，實現快速定位、目標確定等功能。

4.滅火過程實時監控

消防隊面對的災害事故現場往往瞬息萬變，在災害事故處理過程中，尤其是城市大型火災或者化工廠重大火災時，利用無人機進行實時監控追蹤，能夠提供精準的災情實時動態信息，便于指揮部及時掌握災情動態情況，從而做出迅速、準確決策。

（二）森林消防

隨著數字傳輸、遙感技術和視頻實時傳輸技術的發展，無人機在森林防火中已得到了廣泛運用。相比于傳統森林防火監視手段，無人機具有明顯的優勢，同時對于地理環境復雜，救援人員很難到達的區域，可以使用智慧機場無人機系統進行7*24小時監測作業。智慧機場無人機系統大幅提升了森林火情信息獲取的速度和準確度，為滅火提供更長的窗口期，間接縮短了滅火時間，節省了人力、物力和財力。

1.火災前重點監視森林防火區域

智慧機場無人機系統可搭載多種監測設備，包括可見光變焦相機、熱紅外相機、氣體傳感器。作業過程中，無人機可以實時拍攝監測森林的情況，再將拍攝的圖像信息實時傳輸到地面火災監控中心，一個架次的飛行可以實現半徑數千米區域的森林監測。監控中心工作人員可以在監測指揮終端上準確看到森林火災的詳細情況，進而根據火情制定撲救策略。同時，利用熱紅外相機可以解決夜間森林火災監測任務。

2.火災時的災區作業

傳統技術手段在火災發生時存在明顯的短板，當火情蔓延嚴重并產生濃濃煙霧時，不能近距離觀測火災情況。觀測過程中，可能會發生危及觀測人員生命安全的事情。此時，無人機的使用則無須考慮這些問題，體現出明顯的優勢，可以到達火災發生的中心區域進行實時拍攝，將火情信息傳輸給監測中心，方便救援人員及時掌握火災情況，制定合理的救援方案，最大化降低火災對森林資源造成的不良影響[2]。

3.火災后全天候監測火情，防止復燃

森林火災撲滅后，智慧機場無人機系統可以全天候、不間斷對火災復燃情況進行監測，保證滅火效果，提前做好預報預警，如有火災復燃點，第一時間將復燃點的位置信息告知監測人員。使火災在初期就被及時發現并被撲滅，快速消除火災隱患避免更大的損失。

五、結束語

火災事故發展具有一定的隨機性，事故現場的變化往往瞬息萬變，這為事故的監控發現、追蹤技術提出了較高的要求。災情處理過程中，無人機產品可以通過無線成像、遙感等技術實時傳遞事故現場的變化情況，有利于指揮中心迅速作出反應和應急事件處理方案，以最快的速度減少財產損失和人員傷亡。

無人機將火災監測常態化、實時化。災情突然發生時，第一時間發現并將現場情況回傳至指揮平臺。無人機可以迅速地深入災情發展的核心區域，利用其靈活性，無視地理環境的限制，迅速開展偵查，實現對火災報警進行自動偵查。

利用無人機攜帶雙光攝像頭對建筑、森林實現實時監測、及時發現火情隱患、消防現場火情實時控制、建筑消防檢查或現場火情圖像傳輸。還可以大幅度提升偵查效率，第一時間回傳火災現場視頻，確定災害的關鍵因素，掌握災害現場環境情況，以便指揮者做出及時決策，規避人員傷亡。

無人機執行消防救援解決了地面巡護無法顧及的復雜或偏遠地區的救援問題，以及對火災現場實時動態的及時獲取及準確把握。無人機可以在火災前進行熱點探測，在介入前進行火災偵察，在介入中進行干預監測，在滅火后進行火災后復燃監測。作為現有火災監測手段的有力補充，無人機顯現出其他手段無法比擬的優越性，使無人機在火災監測、預防和救援方面得到了廣泛應用。

參考文獻

[1]賴昱宏.基于新時期下做好消防滅火救援工作的對策分析[J].消防界（電子版），2016，（11）： 50.

[2]李龍．關于無人機在森林防火監測方面的應用[J]. 種子科技，2019， （14）： 121+124．

[3]鄭衛剛， 林舒鑫， 吳昊等. 城市消防應急無人機系統[J]. 智慧工廠， 2018， （01）： 66-68+71.

[4]吳瑞波， 程興遠， 王征. 淺議多旋翼無人機在城市消防滅火救援中的應用[J]. 現代制造技術與裝備， 2019， （06）： 147-169.

[5]吳佩英， 大衛·科潘哈弗， 弗蘭克·伍德沃德. 無人機系統——城市消防的新一代工具[J]. 消防技術與產品信息， 2014， （08）：131-133.

[6]張京. 我國森林消防的科技需求及無人機應用[J]. 養殖技術顧問， 2014， （07）： 94.

[7]狄曙玲， 何誠. 森林航空消防負壓式氣體采集旋翼無人機[J]. 林業機械與木工設備， 2020， （01）： 29-31.

[8]李志宏. 山區基層森林消防專業隊伍運用小型多旋翼無人機的研究[J]. 林業建設， 2019， （04）： 44-47.

[9]李建有， 張水鋒， 張思玉. 無人機在森林消防領域的應用概述[J]. 森林防火， 2018， （01）： 45-49.

[10]王秋華， 舒立福， 何誠等. 無人機在森林消防中的應用探討[J]. 林業機械與木工設備， 2017， （03）： 4-8.

陳黃悅（1981-），男，漢族，廣東湛江，本科，研究方向：消防信息化建設、利用信息技術服務滅火救援、火災防治。