汪巍

摘要：通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)法分析無人機(jī)在滅火救援中應(yīng)用的意義與優(yōu)勢(shì)，可以得出在滅火救援工作中應(yīng)用無人機(jī)切實(shí)可行的結(jié)論，繼而探究無人機(jī)信息數(shù)據(jù)與影像獲取、紅外線熱感測(cè)試、有毒害氣體測(cè)試、3D建模等主要功能與投放救援物資、播報(bào)廣播信息、應(yīng)急通信與照明等輔助功能在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的具體應(yīng)用策略，最后結(jié)合實(shí)際案例說明無人機(jī)滅火救援功能的具體實(shí)現(xiàn)方式，旨在利用無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)提高滅火救援效率與成功率。

關(guān)鍵詞：滅火救援；無人機(jī)；應(yīng)用

當(dāng)前，生產(chǎn)生活日益復(fù)雜多樣，火災(zāi)隱患也不斷增加，面對(duì)新的消防安全形勢(shì)，快速掌握火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況、評(píng)估與判斷火勢(shì)、科學(xué)組織救援是抓住戰(zhàn)機(jī)的關(guān)鍵。但傳統(tǒng)救援模式下，缺少可以準(zhǔn)確判斷火災(zāi)發(fā)生位置與起火點(diǎn)、火勢(shì)蔓延形式的條件、工具、技術(shù)，而無人機(jī)進(jìn)入火場(chǎng)方便快速，可以長時(shí)間在火場(chǎng)停留與偵察，搭配不同技術(shù)可以實(shí)時(shí)傳回火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)畫面與各項(xiàng)數(shù)據(jù)，為制定科學(xué)救援方案、高效有序組織救援提供可靠基礎(chǔ)。因此，關(guān)于無人機(jī)在滅火救援中應(yīng)用的探究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 在滅火救援工作中應(yīng)用無人機(jī)的意義

1.1? 節(jié)約救援時(shí)間

應(yīng)用無人機(jī)在消防救援隊(duì)伍未到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)前偵察現(xiàn)場(chǎng)火情，觀察起火點(diǎn)、火勢(shì)蔓延形勢(shì)，傳回多視角圖像與多維度數(shù)據(jù)信息，可以使消防救援隊(duì)伍第一時(shí)間了解火情，提前制定救援方案，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后快速控制火勢(shì)。

1.2? 提高救援效率

現(xiàn)代滅火救援中存在薄弱環(huán)節(jié)，如高層建筑發(fā)生火災(zāi)后，利用消防車進(jìn)行救援，最高只能達(dá)到50m，救援效果有限且救援效率低。而無人機(jī)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、小巧靈活，飛行高度最高可至千米以上，能克服高度條件的限制，精準(zhǔn)達(dá)到起火樓層偵察火情，投放救援物資，從而提高救援效率，減少損失與傷亡[1]。

1.3? 提高救援有序性

火災(zāi)發(fā)生后強(qiáng)熱對(duì)流的形成、風(fēng)向條件的干擾，使火災(zāi)蔓延形勢(shì)充滿不確定性，若無法對(duì)氣候、環(huán)境等條件做出客觀分析將影響指揮人員的判斷，影響滅火救援技戰(zhàn)術(shù)的靈活應(yīng)用。而應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行滅火救援時(shí)，可以精準(zhǔn)鎖定救援目標(biāo)、起火點(diǎn)，并結(jié)合火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖像形成系統(tǒng)性規(guī)劃，為救援行動(dòng)有序開展提供可靠依據(jù)，形成詳細(xì)行動(dòng)方案。

2 應(yīng)用無人機(jī)展開滅火救援工作的優(yōu)勢(shì)

2.1? 安全性強(qiáng)、保養(yǎng)成本低

消防無人機(jī)體積小、質(zhì)量輕，整機(jī)中機(jī)械零件數(shù)量少，方便拆卸與維護(hù)，可以快速完成維護(hù)工作，無需投入過多人力，與其他消防設(shè)施相比維護(hù)成本更低。使用時(shí)，經(jīng)過簡(jiǎn)短的訓(xùn)練消防人員可以快速上手，按需完成操作；且即使在小雨天氣或者濃煙多的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，無人機(jī)也可以克服惡劣環(huán)境條件，精準(zhǔn)識(shí)別與采集目標(biāo)對(duì)象信息、準(zhǔn)確進(jìn)行目標(biāo)定位。因此，應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行滅火救援時(shí)其本身安全穩(wěn)定，能減少救援中的意外。

2.2? 穩(wěn)定性強(qiáng)、操控靈活

無人機(jī)裝置搭載自動(dòng)與半自動(dòng)控制裝置，救援中可以通過手動(dòng)方式對(duì)其飛行速度、高度進(jìn)行控制，也可以通過自動(dòng)控制裝置提前輸入控制參數(shù)，在應(yīng)用中自行調(diào)節(jié)飛行高度與速度，因此，無人機(jī)可以靈活操控、穩(wěn)定運(yùn)行，很少受復(fù)雜的環(huán)境以及空間的影響。例如，在隧道中發(fā)生火災(zāi)時(shí)，內(nèi)部空間有限、現(xiàn)場(chǎng)濃煙滾滾，啟動(dòng)搭載紅外線感應(yīng)裝置的無人機(jī)可以高效對(duì)隧道內(nèi)部情況進(jìn)行探測(cè)，方便起火點(diǎn)位置、被困人員位置的確定。

2.3? 適用性廣、匹配效果好

無人機(jī)自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)傳輸依靠互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云端信息存儲(chǔ)系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)，可以快速、準(zhǔn)確進(jìn)行數(shù)據(jù)信息匹配，并在傳回新數(shù)據(jù)后快速完成比對(duì)工作，再配合先進(jìn)的分析系統(tǒng)、攝影測(cè)繪技術(shù)、通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理平臺(tái)，打造同步無線遠(yuǎn)程飛行監(jiān)控平臺(tái)，由此看出無人機(jī)可以匹配多種技術(shù)、設(shè)備、裝置，適用范圍廣，應(yīng)用價(jià)值突出。

3 在滅火救援中無人機(jī)可以發(fā)揮的功能

3.1? 現(xiàn)場(chǎng)信息數(shù)據(jù)與影像獲取功能

無人機(jī)可以信息數(shù)據(jù)、圖像等方式傳回火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況，基于所獲圖像與數(shù)據(jù)利用建模技術(shù)高度還原火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，能夠更準(zhǔn)確地判斷火災(zāi)情況與形式。具體來講，在獲取火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)信息數(shù)據(jù)與影像過程中，為應(yīng)對(duì)環(huán)境條件，無人機(jī)可以選擇不同模式，即有可見光條件下信息傳遞模式、非可見光條件下紅外線夜視功能信息傳遞模式，保證持續(xù)、動(dòng)態(tài)獲取火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)高清畫面以及多類型信息，快速掌握火災(zāi)情況以及火勢(shì)變化情況。從對(duì)每年火災(zāi)發(fā)生時(shí)間的統(tǒng)計(jì)來看，夜間火災(zāi)發(fā)生率更高，無人機(jī)可以利用夜視功能對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行捕捉，濃煙強(qiáng)烈時(shí)也可以利用紅外感應(yīng)裝置判斷事物的具體位置，定位被困人群；捕捉到的數(shù)據(jù)通過無線通信傳回到接收終端，傳輸過程中若受諧波干擾，可以轉(zhuǎn)換為有線網(wǎng)絡(luò)、通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，確保實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確傳回信息，因此，信息與圖像采集、傳輸均不受現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境條件的影響與制約[2]。此外，在具有可視化需求下，利用遠(yuǎn)程可視化技術(shù)在可視條件下傳回火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)畫面，火災(zāi)救援部門可以及時(shí)與其他救援部門共享信息，在滅火的同時(shí)，順利銜接后續(xù)救援，降低火災(zāi)造成的損失、降低人員傷亡率，提高協(xié)同作戰(zhàn)效率。

3.2? 紅外線熱感測(cè)試功能

無人機(jī)搭載紅外線熱感探測(cè)技術(shù)可以突破各類型條件限制，傳回更準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)情況信息，該項(xiàng)技術(shù)利用紅外輻射差異形成的圖像以及熱點(diǎn)完成探測(cè)任務(wù)，探測(cè)過程中利用波長介于0.78～1000μm的電磁波輻射目標(biāo)對(duì)象，經(jīng)過紅外光學(xué)系統(tǒng)采集被測(cè)對(duì)象的紅外輻射能量分布情況，利用附著大量紅外探測(cè)器像元的紅外焦平面陣列采集熱輻射能量信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娦盘?hào)，通過焦平面陣列向外輸出，調(diào)理與轉(zhuǎn)換過后，再經(jīng)過非均勻性矯正等處理獲得灰度圖像，經(jīng)由偽彩色變化技術(shù)生成彩色圖像，準(zhǔn)確識(shí)別火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)各類型事物；且火災(zāi)救援過程中可以傳回現(xiàn)場(chǎng)溫度信息，為起火點(diǎn)、火勢(shì)蔓延情況的進(jìn)一步判斷提供更全面數(shù)據(jù)。

3.3? 有毒害氣體測(cè)試功能

無人機(jī)搭載有毒害氣體傳感裝置可以對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)各類型有氣體進(jìn)行探測(cè)?；馂?zāi)現(xiàn)場(chǎng)不同類型材料起火后，在燃燒過程釋放的氣體成分不同，傳感裝置可以采集氣體的具體信息，經(jīng)過分析后有利于更精準(zhǔn)地判斷火災(zāi)的危險(xiǎn)程度，也可以確定火災(zāi)中起火材料的具體類型，評(píng)估是否有發(fā)生次生災(zāi)害的可能，從而合理選擇防護(hù)裝置，降低火災(zāi)對(duì)消防救援人員人身安全的威脅，保證救援順利開展。

3.4? 3D建模功能

3D建模功能主要應(yīng)用于火勢(shì)蔓延情況的評(píng)估上，基于高精度攝像以及高準(zhǔn)度測(cè)繪，利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)傳回的數(shù)據(jù)與圖像進(jìn)行建模，可以實(shí)現(xiàn)全方位、無死角、立體的還原火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。無人機(jī)常用的3種3D建模方式：一是點(diǎn)云融合。將無人機(jī)于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)上空拍攝的傾斜攝影圖片作為基礎(chǔ)，利用圖片處理工具則可以構(gòu)建三維模型，但從俯視視角拍攝火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)因高度問題，容易被其他物體遮擋，導(dǎo)致成像精度下降，因此，建模過程中需要聯(lián)合地面三維激光掃描，提高探測(cè)精度。二是立體環(huán)繞。選擇多旋翼無人機(jī)，基于實(shí)景地圖定位目標(biāo)物體；先創(chuàng)建多邊形作為目標(biāo)底部，確保建模過程中多邊形能夠始終將目標(biāo)物完全包住，實(shí)現(xiàn)垂直投影；再進(jìn)行多邊形高度設(shè)定，建立立體的多邊形，完成后對(duì)旁向重疊率、航向重疊率進(jìn)行設(shè)置，從而則可以對(duì)界面上立體多邊形航線進(jìn)行預(yù)覽，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求精確調(diào)整參數(shù)后可以啟動(dòng)無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)，傳回現(xiàn)場(chǎng)攝影圖片后經(jīng)過第三方工具處理后則可以生成3D模型[3]。三是智能攝影。先根據(jù)實(shí)景地圖確定目標(biāo)的實(shí)際位置，手動(dòng)操作無人機(jī)飛行至目標(biāo)物上空后開始攝影，無人機(jī)可以自動(dòng)環(huán)繞目標(biāo)物體展開多角度、全方位攝影，環(huán)繞路線以及環(huán)繞過程中云臺(tái)角度均已提前在地圖上完成設(shè)定，攝影結(jié)束后所有文件均會(huì)傳輸?shù)浇９ぞ弋?dāng)中，完成3D建模。立體模型的形成可以更精準(zhǔn)地評(píng)估火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況，精準(zhǔn)測(cè)繪目標(biāo)物信息，為救援提供更詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。

3.5? 輔助功能

3.5.1? 投放救援物資

火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，高溫、濃煙對(duì)被困人員生命安全構(gòu)成巨大威脅，救援需要一定時(shí)間，隨著救援工作的推進(jìn)，雖然火勢(shì)得到控制，但被困人員仍需在危險(xiǎn)環(huán)境中等待，此時(shí)則需要投放補(bǔ)給、救援物資，如水、食物、藥物等，采用無人機(jī)投放物資更加靈活，其所承載重量為自身重量的10余倍，配合小繩索則可以構(gòu)建起救援物資的傳送通道，高效運(yùn)送緊急救援物資切實(shí)可行，可以使被困人員的傷情得到基本處理，及時(shí)提供食物補(bǔ)充體能，提高被困人員生存能力，降低人員傷亡率[4]。

3.5.2? 播報(bào)廣播信息

無人機(jī)飛行到目標(biāo)物區(qū)域內(nèi)，借助云臺(tái)則可以完成應(yīng)急廣播信息的通報(bào)，其聲音傳遞范圍在850m內(nèi)。由于火災(zāi)有蔓延風(fēng)險(xiǎn)，也可能發(fā)生爆炸等二次災(zāi)害，借助無人機(jī)快速傳遞應(yīng)急廣播信息，讓被困人員對(duì)救援方案、路線、需要配合的事項(xiàng)、自救須知等有所了解，還可以安撫被困人員情緒，避免救援中發(fā)生錯(cuò)誤逃生情況，減少影響救援效率與成功率的不利因素[5]。

3.5.3? 應(yīng)急通信與照明

火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況與形勢(shì)復(fù)雜，救援中應(yīng)用的設(shè)備容易受到環(huán)境因素的干擾，為了保證救援過程中火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)與消防指揮中心之間不中斷聯(lián)系，可以為無人機(jī)配備應(yīng)急通信系統(tǒng)作為救援中的無線中繼平臺(tái)，避免鏈路中斷，且整個(gè)通信過程不受火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素的干擾。

在夜間發(fā)生火災(zāi)，由于光照條件不利，無人機(jī)攝影清晰度受到影響，搭載照明裝置，可以補(bǔ)充燈光，創(chuàng)造攝影所需照明條件，提高拍攝效果。

4 應(yīng)用案例

本文以某地商業(yè)綜合體火災(zāi)救援為例，對(duì)無人機(jī)的應(yīng)用展開分析。

4.1? 前期偵察

接到火警電話后根據(jù)氣象播報(bào)信息，當(dāng)?shù)靥鞖馇?、風(fēng)向?yàn)闁|南、風(fēng)力4～5級(jí)，救援過程中采用空載續(xù)航時(shí)間為85min、攝像像素為1200萬的消防無人機(jī)；在距離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)2～3km后，啟動(dòng)無人機(jī)率先飛行至目標(biāo)地點(diǎn)偵察情況，經(jīng)過實(shí)時(shí)傳回信息對(duì)火災(zāi)位置、附近水源位置進(jìn)行確定，可以給出消火栓方位信息以及距離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的距離信息；并啟動(dòng)氣體檢測(cè)裝置，對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)有毒害氣體情況進(jìn)行分析。經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳回圖像與數(shù)據(jù)的分析，確定火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)東、西、北三個(gè)方向均有消火栓，最遠(yuǎn)距離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)50m、最近距離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)12m；火災(zāi)發(fā)生在商業(yè)體1樓，而商業(yè)體地下1層?xùn)|側(cè)為餐飲區(qū)，火勢(shì)蔓延至地下容易引發(fā)燃?xì)獗ā?/p>

4.2? 任務(wù)分配

根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況的偵察，在消防救援隊(duì)伍到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)前完成任務(wù)分工，并且保證救援方案信息、現(xiàn)場(chǎng)偵察的各類型信息能夠在中隊(duì)、大隊(duì)、支隊(duì)、總隊(duì)內(nèi)實(shí)時(shí)共享。確認(rèn)任務(wù)后將信息發(fā)送到各個(gè)作戰(zhàn)車上，包括數(shù)據(jù)信息、位置信息、圖像信息，到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)后按照任務(wù)分配情況有序?？寇囕v。

4.3? 實(shí)施救援

經(jīng)對(duì)氣體的檢測(cè)，識(shí)別到有毒害氣體多、濃度高，進(jìn)一步判斷本次火災(zāi)危險(xiǎn)性高、火場(chǎng)面積大，需立即拉起警戒線，禁止無關(guān)人員進(jìn)入警戒范圍內(nèi)；救援過程中無人機(jī)持續(xù)在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)偵察，傳回現(xiàn)場(chǎng)最新情況，其中需要重點(diǎn)探測(cè)煙羽熱成像的變化情況以及火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)可視光變化情況、火場(chǎng)內(nèi)有毒害物質(zhì)的釋放量以及對(duì)周邊環(huán)境造成的污染、封閉管控區(qū)域內(nèi)有無其他不安全因素，并利用廣播播報(bào)緊急事故信息，提醒周圍民眾躲避到安全場(chǎng)所內(nèi)，且救援指揮人員要根據(jù)無人機(jī)傳回的信息、圖像做出預(yù)判，精準(zhǔn)指揮救援人員，提高救援效率。同時(shí)，救援過程中無人機(jī)可以按照預(yù)先設(shè)定路徑自動(dòng)環(huán)繞飛行，也可以由救援人員操控，依靠手機(jī)完成采集數(shù)據(jù)、圖像的傳輸，使作戰(zhàn)車輛、各級(jí)指揮平臺(tái)同時(shí)獲取數(shù)據(jù)與圖像信息，各級(jí)消防救援隊(duì)伍可以在指揮網(wǎng)上了解救援工作開展情況，部署下一步行動(dòng)方案，如利用無人機(jī)與熱成像儀對(duì)被困人員位置進(jìn)行確定，操作一臺(tái)無人機(jī)在被困人員所在區(qū)域利用播報(bào)應(yīng)急救援信息，通過傳回的圖像了解傷亡情況，組織救援隊(duì)伍投放應(yīng)急物資。

4.4? 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

本次利用無人機(jī)救援的過程中切實(shí)體驗(yàn)到無人機(jī)外形、功能方面的優(yōu)越性，在提高救援效率上發(fā)揮著不可替代的價(jià)值。但也發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用中存在明顯問題，救援中啟用小型無人機(jī)，為了保障持續(xù)飛行中散熱不受影響，無法利用防雨設(shè)施進(jìn)行機(jī)身密封，在小雨天氣下無人機(jī)飛行不受影響，但大雨天氣則會(huì)受到干擾，機(jī)動(dòng)性大幅下降，因此，救援中若遇到大雨天氣應(yīng)利用大型無人機(jī)。本次救援過程中無人機(jī)也會(huì)受到建筑物遮擋的影響，目前已出現(xiàn)穿越樓層信號(hào)技術(shù)，需要及時(shí)引入，避免建筑物遮擋導(dǎo)致無人機(jī)探測(cè)受到干擾。此外，在無人機(jī)操作過程中發(fā)現(xiàn)消防救援隊(duì)伍應(yīng)基于專業(yè)的培訓(xùn)快速培養(yǎng)無人機(jī)飛手，建立起無人機(jī)操作規(guī)程，以便提高無人機(jī)操作水平。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著無人機(jī)在火災(zāi)救援中的廣泛應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)愈發(fā)突出，也受到社會(huì)越來越高的認(rèn)可與信任，因此，應(yīng)不斷開發(fā)無人機(jī)的功能，利用其優(yōu)勢(shì)與便捷性提高滅火救援隊(duì)伍作戰(zhàn)能力。但也要認(rèn)識(shí)到無人機(jī)的應(yīng)用還有局限，應(yīng)在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新。

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Application of UAV in fire fighting and rescue work

Wang Wei

（Banshan Fire and Rescue Station of Hangzhou， Zhejiang Hangzhou 310051）

Abstract： Through the analysis of the significance and advantages of UAV application in fire fighting and rescue by the summary method of experience， it can be concluded that the application of UAV in fire fighting and rescue work is feasible. Then， the specific application strategy of auxiliary features in the fire scene is explored， such as UAV information data and image acquisition， infrared thermal test， toxic gas test， 3D modeling and other main functions and delivery of relief supplies， broadcasting and broadcasting information， emergency communication and lighting， etc. Finally， combined with actual cases， the specific realization method of UAV fire fighting and rescue function is explained， aiming to use the advantages of UAV to improve the efficiency and success rate of fire fighting and rescue.

Keywords： fire fighting and rescue; UAV; application