無人機(jī)在消防滅火救援中的應(yīng)用研究

沈 松

（貴州省黔西南州消防救援支隊，貴州 興義 562400）

伴隨著廣大人民群眾日常生活的多樣化發(fā)展，生活中的火災(zāi)事故潛在的安全隱患越來越多。針對各種各樣的消防滅火方面的應(yīng)急需求，怎樣快速確定事故現(xiàn)場的準(zhǔn)確狀態(tài)，迅速地做好火災(zāi)現(xiàn)場評估以及開展救援行動是非常關(guān)鍵的工作環(huán)節(jié)?；馂?zāi)發(fā)生的位置必須盡快研判，擬定最優(yōu)的救援方案，無人機(jī)裝置能夠配合消防救援人員，最大限度地提升救援工作的執(zhí)行效率。無人機(jī)裝置能夠進(jìn)行勘察和救援的覆蓋范圍比較寬廣，飛行動作靈活機(jī)動，對于消防滅火救援工作的輔助效果明顯。為了最大限度地提升消防滅火任務(wù)的效果，在執(zhí)行相關(guān)任務(wù)的過程中必不可少地需要使用無人機(jī)裝置進(jìn)行輔助。

1 無人機(jī)裝置的概念簡述

無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，簡稱為UAV）裝置，是一類以無線電遠(yuǎn)程遙控裝置以及自動化控制操作裝置來實現(xiàn)飛行的機(jī)器設(shè)備。無人機(jī)裝置在軍事以及民用等領(lǐng)域中已經(jīng)獲得了非常廣泛的實際應(yīng)用。無人機(jī)裝置投入實際應(yīng)用，大大地促進(jìn)了相關(guān)的領(lǐng)域，比如航空拍攝、農(nóng)業(yè)種植、搶險救援、事故監(jiān)測、新聞報道等領(lǐng)域的發(fā)展。無人機(jī)裝置的使用顛覆了常規(guī)的作業(yè)方式，一些工作不再受到空間的束縛，能夠極大地拓寬視野方面的空間領(lǐng)域[1]。無人機(jī)如圖1所示。

圖1 無人機(jī)

2 無人機(jī)裝置的主要特點

2.1 安全性強(qiáng)，日常維護(hù)保養(yǎng)的成本相對低廉

無人機(jī)裝置本身的主體結(jié)構(gòu)比較小巧，機(jī)械部分的零部件數(shù)量較少，拆卸相對比較簡單，維修和保養(yǎng)操作比較便捷，日常使用以及維護(hù)的成本相對低廉。使用人員通過比較短的訓(xùn)練以后，即可迅速掌握其起飛、降落及飛行過程中的拍攝等等操作。如果現(xiàn)場是相對惡劣的自然與氣候環(huán)境，無人機(jī)裝置能夠準(zhǔn)確迅速地搜尋到需要的信息測試位置。

2.2 飛行過程的穩(wěn)定性比較強(qiáng)，動作靈活

無人機(jī)裝置主要可以分成自動控制以及半自動控制兩大類。相關(guān)操作人員能夠依靠手動操作來控制無人機(jī)裝置飛行時的高度以及速度。無人機(jī)裝置由于其主體結(jié)構(gòu)比較小巧，因此飛行中行動比較靈活，在相對復(fù)雜的空間環(huán)境內(nèi)也能夠照常進(jìn)行作業(yè)。比如在消防滅火救援過程中，無人機(jī)裝置可以進(jìn)入到隧道以及起火建筑物的內(nèi)部，在目視狀態(tài)不理想的時候，依靠無人機(jī)裝置也能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)目標(biāo)的探測和分析工作。

2.3 平臺適用性相對廣泛，系統(tǒng)匹配的效果理想

無人機(jī)裝置是借助互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的云端信息存儲以及傳送方式進(jìn)行工作的，能夠快速準(zhǔn)確地實施系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息的匹配以及后續(xù)的比對。依靠先進(jìn)的攝影測繪、分析相關(guān)系統(tǒng)，經(jīng)過通信數(shù)據(jù)信息的處理平臺，能夠最大限度地達(dá)成互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的同步無線遠(yuǎn)程飛行監(jiān)控技術(shù)平臺的實際應(yīng)用。

3 現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)采集模塊的實際應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)的攝像以及視頻儀裝置的影像分析操作

在無人機(jī)裝置的圖像視頻信息數(shù)據(jù)采集功能的實際操作過程中，經(jīng)過對火災(zāi)現(xiàn)場情況數(shù)據(jù)的實時采集，能夠高度還原現(xiàn)場的狀況。通過可見光或者紅外線夜視功能的信息傳遞模式，無人機(jī)裝置可以獲得高清畫質(zhì)的動態(tài)信息，更為清晰明了地識別和掌握火災(zāi)現(xiàn)場的實際情況。通常情況下，夜間火災(zāi)事故出現(xiàn)的概率相對比較高，無人機(jī)裝置具備的夜視功能可進(jìn)行火災(zāi)信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確觀察和捕捉。借助視頻信息的拍攝和傳輸，遠(yuǎn)距離遙控操作端的操作者能夠?qū)崟r獲得火災(zāi)事故的現(xiàn)場狀況。由于無線形式的數(shù)據(jù)信息傳輸工作可能受到各類環(huán)境以及起火現(xiàn)場因素的不利影響和制約，因此實際操作的過程中，現(xiàn)場操作者可以使用不同類型的數(shù)據(jù)信息傳輸模式，比如5G無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等等，達(dá)到實時對于現(xiàn)場情況的數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪繕?biāo)。借助數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程可視化的分析和研判，可實現(xiàn)相關(guān)的信息實施多部門之間的共享，迅速地判斷和獲得有效的滅火信息，這樣操作便于采用準(zhǔn)確高效的信息來確定作戰(zhàn)方案[2]。無人機(jī)重要參數(shù)信息影像攝影如圖2所示。

圖2 無人機(jī)重要參數(shù)信息影像攝影

3.2 紅外線熱感類型測試儀裝置

基于紅外線原理的熱感探測技術(shù)能夠應(yīng)用于無人機(jī)裝置的各類工作情況中。借助紅外線為基礎(chǔ)的熱感應(yīng)成像相關(guān)技術(shù)，可對火災(zāi)事故現(xiàn)場的溫度變化情況進(jìn)行實時的探測工作，生成模擬的紅外線熱感應(yīng)圖像，為消防滅火救援工作提供最為重要的相關(guān)溫度信息，有益于更為精確地進(jìn)行滅火和救援任務(wù)。

3.3 有毒有害氣體測試和分析工作

現(xiàn)場的有害氣體測試和分析相關(guān)技術(shù)依靠配置相應(yīng)的氣體傳感裝置來實現(xiàn)，對于火災(zāi)現(xiàn)場的各類有害氣體實施探測。比如現(xiàn)場存在的不同種類的材料，其燃燒過程中將會發(fā)出各類有毒、有害的氣體，無人機(jī)裝置在火災(zāi)現(xiàn)場能夠快速通過探測而感知到危險的存在，并且對相關(guān)氣體的基本組成進(jìn)行評估。消防人員能夠依據(jù)其提供的氣體相關(guān)信息，配備不同類型的氣體防護(hù)裝置來進(jìn)行有效應(yīng)對，便于后續(xù)的滅火救援任務(wù)順利進(jìn)行。

3.4 3D建模相關(guān)技術(shù)

對于現(xiàn)場火勢的蔓延發(fā)展實際情況，操作人員可以應(yīng)用3D建模操作系統(tǒng)，進(jìn)行精度較高的攝像和測繪操作，實現(xiàn)對于起火現(xiàn)場各個角度以及方向的立體還原。基于數(shù)據(jù)信息圖像分析單元（英文簡稱為GPU），操作者能夠?qū)崿F(xiàn)三維立體空間層面上的建模相關(guān)技術(shù)的實際應(yīng)用，應(yīng)用無人機(jī)裝置可迅速捕捉到火災(zāi)事故現(xiàn)場火焰覆蓋的范圍以及測繪模式，為后面精準(zhǔn)的事故現(xiàn)場評估以及目標(biāo)測繪分析提供盡可能準(zhǔn)確的信息支持。

4 無人機(jī)裝置在滅火救援過程中的輔助功能

4.1 救援物資的投放

在救援人員無法達(dá)到的惡劣環(huán)境中，應(yīng)用無人機(jī)裝置能夠進(jìn)行針對被困人員物資的有效補給工作。無人機(jī)裝置能夠承載相比自身重量多十倍左右物品的重量，能夠運送被困人員急需的食品以及藥品等物資，顯著提升被困人員的生存能力，保障其生命安全。在無人機(jī)裝置的繩索輔助運送和投放的過程中，應(yīng)用小繩索來搭接操作的工作方式，就可以建立有效的搭接救援和傳送通道。

4.2 播放應(yīng)急廣播信息

無人機(jī)裝置能實現(xiàn)遠(yuǎn)程的應(yīng)急廣播信息的播報。對于潛在的蔓延風(fēng)險，借助無人機(jī)裝置的應(yīng)急廣播，可有效傳遞相關(guān)信息，降低恐慌甚至錯誤的逃生情況的發(fā)生，便于消防滅火救援任務(wù)的順利開展。無人機(jī)裝置借助云臺可進(jìn)行850 m范圍的聲音信息的播報。

4.3 進(jìn)行應(yīng)急照明

應(yīng)急照明操作指的是在無人機(jī)裝置上配備適當(dāng)?shù)恼彰餮b置，其拍攝方向需要和照明方向保持一致。在適當(dāng)?shù)墓庹张浜蠗l件下，強(qiáng)化航空拍攝的綜合效果，確保夜間消防滅火救援工作的順利推進(jìn)，保證消防人員以及被困人員的生命安全。

4.3 進(jìn)行應(yīng)急通信

火災(zāi)事故現(xiàn)場的情況錯綜復(fù)雜，相關(guān)設(shè)備均可能受到環(huán)境因素的不利影響，為快速建立火災(zāi)現(xiàn)場和消防指揮中心之間的聯(lián)系，可借助無人機(jī)裝置架設(shè)相應(yīng)的應(yīng)急通信系統(tǒng)，無人機(jī)裝置在此過程中將作為無線的中繼平臺，實現(xiàn)該通信鏈路的聯(lián)通，確保救援工作應(yīng)急鏈路的暢通，使得現(xiàn)場的通信功能不受火情因素的干擾。

5 無人機(jī)裝置消防滅火救援功能的實現(xiàn)方式

無人機(jī)裝置在消防救援過程中的功能是非常強(qiáng)大和靈活的。其具備消防以及救援的功能，能夠?qū)嵤缁饎┮约皽缁饛椀鹊耐斗挪僮?。對于各類火險事故救援工作的實際需要，無人機(jī)裝置能進(jìn)行滅火劑的高空靈活投放操作。也可攜帶泡沫滅火劑或者干粉滅火劑等進(jìn)行投放操作，對于不同類型的高風(fēng)險滅火區(qū)域的應(yīng)對比較靈活自如，例如高空、狹窄的區(qū)域以及易燃易爆的區(qū)域等情況，能夠顯著發(fā)揮阻隔火勢蔓延的作用。無人機(jī)裝置能夠攜帶一定重量的滅火劑，在安全區(qū)域內(nèi)借助遙感相關(guān)技術(shù)，進(jìn)行準(zhǔn)確位置的空中投放操作，代替人工操作，實現(xiàn)對于火災(zāi)現(xiàn)場的快速救援。此外，研究發(fā)現(xiàn)，處于低空低頻聲波（40~60 Hz）范圍內(nèi)，無人機(jī)裝置會發(fā)出低頻聲波，也可以實現(xiàn)空氣和可燃物質(zhì)之間的物理隔絕，消除火焰蔓延情況較弱或者無遮擋區(qū)域的火焰。無人機(jī)裝置在消防滅火救援工作過程中，可配備玻璃拆槍，能夠?qū)崿F(xiàn)沖擊彈的發(fā)射，快速打破玻璃，對室內(nèi)空間實施滅火和救援的相關(guān)操作[3]。無人機(jī)在火場現(xiàn)場執(zhí)行滅火救援任務(wù)如圖3所示。

圖3 無人機(jī)在火場現(xiàn)場執(zhí)行滅火救援任務(wù)

6 無人機(jī)技術(shù)在消防滅火救援過程中的使用

6.1 建立無人機(jī)消防救援滅火相關(guān)法規(guī)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段在通常狀況下無人機(jī)的應(yīng)用是廣泛的，該操作具有簡單便捷的技術(shù)特點，然而相關(guān)消防救援人員在執(zhí)行滅火救援任務(wù)的過程中，必須搭建起一套完整合理的無人機(jī)日常安全操作法規(guī)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。相關(guān)消防救援人員依據(jù)各種不同類型場景環(huán)境條件下消防救援的實際需要，必須匹配科學(xué)合理的無人機(jī)消防安全使用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行科學(xué)合理的安全裝配技術(shù)模式，基于此相關(guān)消防救援人員必須強(qiáng)化無人機(jī)統(tǒng)一操作規(guī)范，消防安全相關(guān)技術(shù)人員必須高度關(guān)注消防應(yīng)急救援通信過程中，保障相關(guān)工作的實施與落實，并且有關(guān)消防安全管理部門需要出臺專業(yè)類別消防救援安全操作小程序，最大限度地確保無人機(jī)相關(guān)技術(shù)操作的規(guī)范合理性，進(jìn)而在最短的時間內(nèi)應(yīng)對各類可能出現(xiàn)的不利狀況。

6.2 強(qiáng)化培養(yǎng)無人機(jī)規(guī)劃設(shè)計及相關(guān)消防救援安全操作方面的人才

消防安全工程相關(guān)工程技術(shù)人員在通常狀況下需要基于無人機(jī)消防救援安全操作相關(guān)管理規(guī)范的實際需求，根據(jù)相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)模式，編寫專項應(yīng)急消防救援教程。重點進(jìn)行無人機(jī)相關(guān)的重要基礎(chǔ)理論及工作原理、相關(guān)裝備技術(shù)模式、無人機(jī)緊急狀況下飛行訓(xùn)練全部知識點、即時GPS定位及相關(guān)地圖訓(xùn)練、360全景、精準(zhǔn)定位進(jìn)行拋物投放、三維模型的搭建等等訓(xùn)練，加強(qiáng)無人機(jī)操作技術(shù)考核的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及模塊化。高度重視基于實訓(xùn)模式提升無人機(jī)操作技能考核及訓(xùn)練等級，高度重視無人機(jī)飛行技術(shù)規(guī)范的實訓(xùn)操作，大力加強(qiáng)實訓(xùn)演練能力的提高。對于所負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)的綜合城建等級，針對各種不同類型的環(huán)境以及不同風(fēng)格建筑物等施行全方位的演練，最大限度地提升無人機(jī)專業(yè)消防救援人才的職業(yè)素養(yǎng)及技術(shù)能力。

6.3 加強(qiáng)無人機(jī)在消防滅火救援中相關(guān)技術(shù)的研究

消防安全工程相關(guān)技術(shù)人員需要對接國內(nèi)無人機(jī)專業(yè)部門進(jìn)行相關(guān)消防安全演練，持續(xù)建立無人機(jī)各種操作技術(shù)的培訓(xùn)教育學(xué)習(xí)機(jī)制，進(jìn)而最大限度地提高無人機(jī)操作人員的專業(yè)創(chuàng)新以及使用能力。消防安全工程相關(guān)技術(shù)人員在平時飛行訓(xùn)練的過程中，找出經(jīng)常出現(xiàn)的技術(shù)問題，全面研究并探索相關(guān)問題的解決方案。高度關(guān)注無人機(jī)專業(yè)團(tuán)隊的建設(shè)，大力強(qiáng)化針對輕量化、多功能以及職能勘查型等等種類無人機(jī)的研發(fā)，最大限度地全方位符合消防滅火救援的全部技術(shù)要求，大幅提升無人機(jī)多功能相關(guān)技術(shù)模塊的使用。

7 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段國內(nèi)無人機(jī)在消防滅火救援過程中的廣泛使用得到了廣大人民群眾的高度認(rèn)可與信賴，為了最大限度地提升無人機(jī)的消防救援滅火實際執(zhí)行過程中的等級，消防安全工程相關(guān)技術(shù)人員必須持續(xù)強(qiáng)化無人機(jī)相關(guān)技術(shù)在多學(xué)科及多技術(shù)領(lǐng)域的使用研究，把無人機(jī)全部關(guān)鍵核心零部件以及各智能控制進(jìn)行合理匹配與使用，在滿足消防滅火救援全部技術(shù)要求的同時，最大限度地確保廣大人民群眾的生命及財產(chǎn)安全。