董 錕 徐文娟

（咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，咸寧 437100）

無人機(jī)作為一種新型工業(yè)產(chǎn)品，已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域[1]。國內(nèi)外不少消防機(jī)構(gòu)成功通過無人機(jī)開展火場偵查檢測、救援物資投拋等應(yīng)用，達(dá)到了良好的效果，能夠提供精確、直觀和全面的火場分析數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場救援提供及時有效的信息[2-3]。同時，無人機(jī)因其靈活的控制方式和飛行特點，也可廣泛應(yīng)用于火災(zāi)撲救、滅火后的救援環(huán)節(jié)等，降低火災(zāi)危害，保障救援人員安全。

1 方案設(shè)計

消防無人機(jī)是指應(yīng)用于消防領(lǐng)域的無人機(jī)及其相關(guān)附屬產(chǎn)品，既包括無人機(jī)本身，也包括為達(dá)到消防巡檢、消防滅火等目的而加載到無人機(jī)上的任務(wù)載荷。消防無人機(jī)的實際應(yīng)用，有效促進(jìn)了消防領(lǐng)域向智能滅火階段的發(fā)展。隨著消防無人機(jī)功能的完善，其應(yīng)用范圍也在不斷拓展[4]。

根據(jù)消防無人機(jī)的功能需求，它通常由無人機(jī)飛行平臺、成像系統(tǒng)、紅外熱傳感系統(tǒng)、消防救援系統(tǒng)、其他傳感系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)等構(gòu)成，不同功能的消防無人機(jī)一般由不同系統(tǒng)模塊組成。

1.1 無人機(jī)飛行平臺

目前，常見的消防無人機(jī)飛行平臺為多旋翼無人機(jī)，如圖1 所示。根據(jù)消防無人機(jī)功能不同、帶載能力要求不同，通常使用四旋翼或六旋翼無人機(jī)飛行平臺。多旋翼無人機(jī)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性強(qiáng)，可以垂直起降，具有較好的操控性能，易于消防人員掌握飛行技巧，但是由于機(jī)身的限制，一般續(xù)航和帶載能力較弱。在大規(guī)模消防行動中，也有無人直升機(jī)和固定翼無人機(jī)飛行平臺的應(yīng)用。

圖1 多旋翼無人機(jī)模型

1.2 消防無人機(jī)成像模塊

消防無人機(jī)一般搭載有成像系統(tǒng)，無人機(jī)飛行平臺的高空視野優(yōu)勢和成像系統(tǒng)實時圖像的優(yōu)勢，使得無人機(jī)可以應(yīng)用在消防領(lǐng)域的各個階段，獲取無人機(jī)視域內(nèi)的高清圖像及視頻信息，實現(xiàn)火災(zāi)預(yù)防與巡檢、火場實時圖像展示等功能，為消防事故預(yù)防、消防滅火方案制定和危險預(yù)警等提供幫助，保護(hù)消防人員和設(shè)備的安全。

1.3 紅外熱傳感系統(tǒng)

與成像系統(tǒng)不同，紅外熱傳感系統(tǒng)可實時探測火災(zāi)現(xiàn)場溫度，繪制現(xiàn)場熱圖，反映現(xiàn)場各區(qū)域溫度情況[5]。紅外熱傳感系統(tǒng)可以生成所拍攝圖像的溫度分布熱圖，比可見光成像系統(tǒng)更容易區(qū)分起火點和起火區(qū)域等。在火災(zāi)救援階段，可通過紅外熱傳感系統(tǒng)穿透火場煙霧等障礙，直接獲得火場的溫度熱圖、火災(zāi)現(xiàn)場火勢發(fā)展情況等關(guān)鍵信息，為火災(zāi)的災(zāi)情研判和滅火策略制定等提供更準(zhǔn)確的信息支撐。在火災(zāi)余火清理或災(zāi)后救援階段，紅外熱傳感系統(tǒng)可以準(zhǔn)確定位火場高溫區(qū)域，快速識別火場溫度異常情況并及時反饋，防止火災(zāi)復(fù)發(fā)。

1.4 消防救援系統(tǒng)

目前，消防無人機(jī)已經(jīng)在消防救援中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)實現(xiàn)功能的不同，消防無人機(jī)一般搭載以下消防救援系統(tǒng)。首先，消防滅火設(shè)備，如水、泡沫、消防彈等。消防滅火設(shè)備的引入，可以使消防無人機(jī)直接應(yīng)用于滅火。無人機(jī)飛行平臺的升空能力和操控性能，使得消防無人機(jī)在城市高樓建筑滅火、?；坊馂?zāi)處置等階段有著良好的應(yīng)用。其次，消防救援物資，如救生衣、食品、藥品、呼吸面罩等，為火災(zāi)救援人員或火災(zāi)受困人員提供生命安全保障。最后，應(yīng)急通信保障設(shè)備、揚(yáng)聲廣播設(shè)備、探照燈功能等，為消防救援人員或被困人員提供信息支持，發(fā)揮通信功能等，提高消防救援效率，降低損失。

1.5 其他傳感系統(tǒng)

為了完善消防無人機(jī)的性能，擴(kuò)大無人機(jī)在消防救援領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，有毒氣體檢測傳感器、三維建模系統(tǒng)等越來越多地應(yīng)用于消防無人機(jī)，為掌握火災(zāi)現(xiàn)場情況、了解火災(zāi)發(fā)展動態(tài)等提供更準(zhǔn)確的信息。

2 消防無人機(jī)的具體應(yīng)用

2.1 在森林消防中的應(yīng)用

數(shù)據(jù)顯示，2022 年全國共發(fā)生森林火災(zāi)709 起，受害森林面積約4 689.5 hm2，因災(zāi)死亡17 人，對國家森林資源和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等造成了極大影響。相比其他火災(zāi)現(xiàn)場，森林火災(zāi)具有火災(zāi)隱患多、火情發(fā)生突然、火災(zāi)撲滅困難等特點。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，消防無人機(jī)在森林消防中的應(yīng)用越來越廣泛[6]。

2.1.1 日常消防巡查

日常消防巡查是預(yù)防森林火災(zāi)、保護(hù)森林資源、維護(hù)生態(tài)平衡的重要途徑，但是山區(qū)森林一般地勢陡峭、交通不便，人力巡查費時費力且存在安全隱患。在大型林區(qū)，由于樹木覆蓋，可能存在通信不暢等問題，無法及時反饋巡查結(jié)果、回傳巡查信息。

通過搭載成像系統(tǒng)和紅外熱傳感系統(tǒng)的消防無人機(jī)進(jìn)行日常消防巡查，可以最大限度提高巡查效率，減小巡查過程中可能存在的安全事故。無人機(jī)高空視野好，不受林區(qū)地形限制，大大彌補(bǔ)了人工巡查的不足。同時，借助紅外熱傳感系統(tǒng)，可以繪制森林全區(qū)熱圖，及時對溫度異常區(qū)域進(jìn)行預(yù)警，確保森林防火發(fā)現(xiàn)早、預(yù)報及時，提高森林防火效率，保護(hù)森林安全。

2.1.2 火情偵查及火災(zāi)撲救

森林發(fā)生火災(zāi)時，由于現(xiàn)場情況復(fù)雜、火勢發(fā)展快等，及時準(zhǔn)確掌握火情信息能夠為滅火物資準(zhǔn)備、滅火策略制定等提供極大幫助。但是，由于林區(qū)地形復(fù)雜，人工進(jìn)行火情偵查危險度極高，極易發(fā)生消防人員傷亡事故。利用消防無人機(jī)高清成像系統(tǒng)和紅外熱成像系統(tǒng)，結(jié)合無人機(jī)自身的定位系統(tǒng)，可以及時準(zhǔn)確地將火災(zāi)區(qū)域?qū)崟r情況、火場熱圖等反饋到消防滅火指揮中心，以便制定合理的滅火方案，提高滅火效率，保障消防人員安全。

隨著大載荷消防無人機(jī)的發(fā)展，無人機(jī)被越來越多地應(yīng)用于滅火撲救，通過投擲消防滅火彈、高空懸停噴水、高空噴灑干粉等進(jìn)行火災(zāi)撲救。尤其是針對火情初發(fā)階段或小范圍森林火災(zāi)，它能夠更加及時、準(zhǔn)確、高效地完成消防滅火，降低火災(zāi)撲救的各項成本，提高撲救效率。火場明火撲滅后，還可以通過消防無人機(jī)的紅外熱成像系統(tǒng)監(jiān)控火場溫度情況并實時反饋，及時預(yù)警溫度過高區(qū)域，防止火災(zāi)復(fù)燃。

2.1.3 森林火災(zāi)現(xiàn)場的應(yīng)急照明和中繼通信

利用無人機(jī)的滯空能力，可以為森林消防現(xiàn)場提供高空應(yīng)急照明和通信通道等，為森林火災(zāi)救援提供技術(shù)支持，保障現(xiàn)場的通信條件，保證消防工作的順利開展。同時，消防無人機(jī)還可以通過其靈活的飛行路徑和帶載能力，為消防滅火現(xiàn)場投放消防物資、生活保障物資等，為消防人員提供保障，改善森林消防滅火條件，為森林消防提供助力。

2.2 在城市高層建筑消防中的應(yīng)用

隨著我國城市化的發(fā)展，高層建筑越來越普遍，雖然改善了人們的生活條件，但是高層建筑的消防問題也越來越突出。由于消防車輛舉升高度有限、消防員負(fù)重攀登能力限制等，高層建筑的消防滅火存在極大困難，越來越多的從業(yè)人員開始將消防無人機(jī)應(yīng)用于高層建筑滅火[7]。

與森林消防領(lǐng)域類似，無人機(jī)在高層建筑消防中的應(yīng)用集中在火情偵查和火災(zāi)撲滅兩個方面。利用消防無人機(jī)的升空和滯空能力，快速到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場，反饋火情實時情況，并通過消防滅火彈、水、干粉等噴射滅火，提高滅火效率，保障消防人員安全，減少火災(zāi)損失。

2.3 在?；反鎯}庫消防中的應(yīng)用

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，?；返膽?yīng)用越來越廣泛，因?；沸孤?dǎo)致的火災(zāi)、爆炸等事故帶來的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失也越來越嚴(yán)重。因此，將消防無人機(jī)應(yīng)用于?；穫}庫的安全巡查和火災(zāi)撲救十分必要[8]。

2.3.1 ?；反鎯θ萜鞯陌踩膊?/p>

?；坊馂?zāi)事故一般由危化品存儲不當(dāng)或泄漏等導(dǎo)致，因此可通過無人機(jī)進(jìn)行危化品存儲容器的安全巡查，利用無人機(jī)的高清成像系統(tǒng)得到儲存容器的實時圖像。同時，可以結(jié)合對應(yīng)氣體傳感器、紅外相機(jī)等，得到容器存儲區(qū)域的危化品濃度，及時對異常情況進(jìn)行預(yù)警，防患于未然。無人機(jī)安全巡查設(shè)備的應(yīng)用，不僅可以提高巡查效率，也可以擴(kuò)大巡查區(qū)域，獲取人工不易到達(dá)或不愿到達(dá)的區(qū)域的信息，減少巡查過程中的安全隱患。

2.3.2 危化品火災(zāi)處置

?；坊馂?zāi)一般處置困難且極易發(fā)生次生災(zāi)害，部分?；坊馂?zāi)現(xiàn)場消防人員不宜接近撲救，因此可利用消防無人機(jī)在空中進(jìn)行有效撲救和處置。消防無人機(jī)可以執(zhí)行火情偵查、火場信息回傳等功能，為?；废罍缁鸩呗缘闹贫ㄌ峁椭?。與森林消防類似，消防無人機(jī)還可以投送滅火物資或提供滅火過程中的通信支持等。

3 消防無人機(jī)的發(fā)展趨勢及推廣策略

消防無人機(jī)的引入可大大提升消防滅火效率，減少火災(zāi)帶來的人身和財產(chǎn)損失已成為社會共識。未來，消防無人機(jī)的持續(xù)發(fā)展將繼續(xù)推動其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用和普及。

3.1 發(fā)展趨勢

消防無人機(jī)作為一種新型工業(yè)產(chǎn)品，盡管已經(jīng)有了較為成熟的應(yīng)用，但其自身性能仍存在較大的改進(jìn)空間。性能的完善與優(yōu)化，將進(jìn)一步拓展消防無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，消防無人機(jī)的使用仍需要人工進(jìn)行遙控飛行，傳回的圖像、視頻、溫度熱圖等仍需要人力研判。通過大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)的引入，對于既定區(qū)域如森林巡防、危化品巡防等，未來可實現(xiàn)自動規(guī)劃飛行路徑、完成飛行任務(wù)。對于回傳的圖像等信息，通過機(jī)器視覺等技術(shù)優(yōu)化圖像成像效果，可自動識別危險信息并上報。智能化的升級改造，將引領(lǐng)消防無人機(jī)真正進(jìn)入“無人”狀態(tài)，保證安全巡查的全天候，無須人工介入運行。

消防無人機(jī)智能化升級改造還體現(xiàn)在對火情的自動研判和自動生成滅火方案并聯(lián)動執(zhí)行層面。根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場情況，通過人工智能技術(shù)可自動完成火情分析，聯(lián)動消防無人機(jī)編隊及其他消防人員共同完成消防滅火。

3.2 推廣策略

3.2.1 相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)

消防無人機(jī)作為一種新型工業(yè)產(chǎn)品，只有與之相匹配的專業(yè)化人才隊伍才能充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，避免因操作不當(dāng)造成無人機(jī)本身的損失或帶來其他次生危害。因此，無人機(jī)維護(hù)保養(yǎng)、無人機(jī)飛手等專業(yè)人才隊伍的培養(yǎng)，也是消防無人機(jī)需要完善和進(jìn)一步發(fā)展的領(lǐng)域。通過完善的人才培養(yǎng)制度，提高消防無人機(jī)使用者的業(yè)務(wù)能力水平，是推廣消防無人機(jī)的重要途徑，也是消防無人機(jī)應(yīng)用于消防領(lǐng)域的重要保障。

3.2.2 消防無人機(jī)管理制度的制定與實施

近年來，關(guān)于無人機(jī)的相關(guān)制度、政策法規(guī)等越來越完善，但有關(guān)消防無人機(jī)的具體政策制度仍較為缺失。因此，需要相關(guān)管理部門盡快出臺管理制度并推廣實施，從制度上規(guī)范消防無人機(jī)的使用，為消防無人機(jī)的推廣提供政策保障，推動消防無人機(jī)的發(fā)展進(jìn)步。

4 結(jié)語

消防無人機(jī)為消防安全巡查、消防滅火、消防物資投放、消防安全保障等領(lǐng)域帶來了新的技術(shù)，提高了消防救援效率，保證了消防滅火的順利實施，減少了火災(zāi)造成的人身財產(chǎn)損失。同時，消防無人機(jī)在智能化水平、專業(yè)人才隊伍和管理制度等方面的完善，將進(jìn)一步發(fā)揮消防無人機(jī)的功能，推動其在消防滅火領(lǐng)域的應(yīng)用，創(chuàng)造更多的實際價值。