劉飛

摘要：無人機作為一種遠程操作的飛行器，具備高度的靈活性和機動性，已經(jīng)在各個領域得到廣泛應用。現(xiàn)分析無人機在火災撲救中的具體應用與優(yōu)勢，并探究無人機在火災撲救中應用時面臨的挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展方向，以供參考。

關鍵詞：無人機；火災撲救；救援行動

中圖分類號：D631.6? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2023）12-0036-04

近年來，火災事故時有發(fā)生，給人們的生命財產(chǎn)安全造成了嚴重威脅。傳統(tǒng)的火災撲救方法存在許多局限和風險，尋找一種更高效、更安全的火災撲救方法變得十分重要。無人機作為一種遠程操作的飛行器，具備高度的靈活性和機動性，已經(jīng)在各個領域得到廣泛應用。在火災撲救中，無人機具有獨特的優(yōu)勢，例如，能在高溫、高風險環(huán)境下執(zhí)行多項任務；通過搭載各種傳感器和設備，能夠實時監(jiān)測火勢的發(fā)展、提供火點定位和火線監(jiān)測，為撲滅工作提供關鍵信息。盡管無人機在火災撲救中應用具有巨大的潛力，但是其應用仍面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，空中協(xié)調(diào)與避免碰撞問題、在復雜環(huán)境條件下的適應性問題以及無人機采集到的數(shù)據(jù)的實時處理和傳輸問題等。現(xiàn)深入探討無人機在火災撲救中的應用，以期為進一步完善無人機技術、制定相關政策和規(guī)范提供有益參考。

1 無人機在火災撲救中的應用

1.1? 火勢監(jiān)測

火勢監(jiān)測是無人機在火災撲救中的重要應用之一。無人機通過搭載各種高精度傳感器和成像設備能夠實時獲取火災現(xiàn)場的關鍵信息，提供準確的火點定位和火線監(jiān)測，為火災撲滅工作提供重要的指導[1]。首先，與傳統(tǒng)的人工監(jiān)測相比，無人機火勢監(jiān)測具有更高的靈敏度和實時性，能夠在火災發(fā)展的早期階段提供準確的信息，為消防救援人員采取及時有效的措施提供依據(jù)。其次，無人機搭載紅外熱像儀能夠感知火焰釋放的紅外輻射，并通過熱成像技術將火點以不同的溫度顏色呈現(xiàn)出來，使消防救援人員能夠迅速確定火災的位置和規(guī)模。再次，無人機可以通過搭載可見光相機和高分辨率攝像設備獲取火線的圖像和視頻數(shù)據(jù)，進而實時跟蹤火災蔓延的路徑和速度。消防救援人員則可以通過地面指揮系統(tǒng)使用圖像處理和計算機視覺算法分析無人機傳輸回來的數(shù)據(jù)，從而全面了解火災現(xiàn)場的火勢發(fā)展情況，并及時調(diào)整火災撲救策略和資源配置，最大限度控制火災蔓延。最后，無人機可以應用多光譜成像技術和氣象傳感器，對火場周邊的氣候條件、燃燒物質和地形地貌等進行監(jiān)測和分析。這些數(shù)據(jù)的獲取有助于進行火災現(xiàn)場的風險評估和環(huán)境影響分析，為科學決策提供數(shù)據(jù)支持?？偟膩碚f，無人機在火勢監(jiān)測方面的應用能使消防救援人員更全面、更準確地了解火災的規(guī)模、蔓延速度和環(huán)境背景，從而有針對性地制定火災撲救策略，合理分配資源。

1.2? 火災撲滅

無人機除了能運用在火勢監(jiān)測中，還能通過搭載各種噴灑裝置和精準定位系統(tǒng)，對火災現(xiàn)場精確投放滅火劑，實現(xiàn)高效、快速的火災撲滅。首先，無人機可以搭載全球定位系統(tǒng)（GPS）或慣性導航系統(tǒng)（INS），以確保滅火劑的精確定位投放，同時，通過精確的定位信息，無人機能夠準確飛行到火災現(xiàn)場并確定最佳投放位置。這種定位精度可以減少滅火劑的浪費和誤投，提高滅火效率。其次，無人機可以搭載噴灑裝置，如噴灑管道和噴嘴系統(tǒng)，用于將滅火劑均勻噴灑到火災區(qū)域。消防救援人員則可以根據(jù)無人機實時監(jiān)測的火勢數(shù)據(jù)和風向風速等環(huán)境因素對噴灑裝置進行調(diào)整，以確保滅火劑的有效覆蓋范圍，并減少過量噴灑造成的資源浪費[2]。最后，無人機可以搭載可變?nèi)萘克浠驕缁鹋菽瓌┕薜妊b置，以應對不同規(guī)模和類型的火災。這種靈活的裝載能力使得無人機能夠根據(jù)火災現(xiàn)場的需要，靈活調(diào)整滅火劑的種類和用量，提高滅火效率。

1.3? 救援行動支持

無人機的靈活性和機動性較強，是快速響應緊急情況、進行人員搜救和物資運送的理想選擇，這也使得無人機在火災撲救中扮演著救援行動支持的重要角色。首先，消防救援人員可通過無人機搭載的高分辨率相機和紅外熱像儀等設備，并結合地面消防指揮平臺軟件，對無人機搜集到的數(shù)據(jù)和圖像進行處理，實現(xiàn)對火災區(qū)域的大面積救援搜索。其次，通過紅外熱像儀，無人機可以探測到被困人員體溫變化，從而快速確定他們的位置。這就為消防救援人員提供了寶貴信息，縮短了搜救時間，增加了成功救援的概率。最后，除了用于人員搜救任務，無人機在物資運送方面也具備獨特優(yōu)勢?；馂陌l(fā)生后，常常需要向火場運送緊急救援物資，如水源、醫(yī)療用品和通信設備等。無人機能夠快速、直接地將這些物資運送到火場附近，同時，它們可以穿越煙霧和障礙物，到達消防救援人員難以進入的地方，確保物資的及時送達，提高救援效率。

2 無人機在火災撲救中應用的優(yōu)勢

無人機作為火災撲救領域的創(chuàng)新技術具備許多獨特的優(yōu)勢，能在火災撲救行動中發(fā)揮重要作用。無人機在火災撲救中應用的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：第一，無人機能夠快速到達火災現(xiàn)場，并能夠在復雜地形和惡劣氣候條件下執(zhí)行指定任務。這使得無人機能夠提供快速的響應和支持，及時獲取關鍵信息，從而協(xié)助消防救援人員制定有效的策略和決策。第二，無人機在火災撲救中具有卓越的安全性?；馂膿渚仁且豁椄唢L險的任務，消防救援人員需要面臨火勢不穩(wěn)定、有毒氣體泄漏和建筑物崩塌等危險，而使用無人機可以代替消防救援人員進入危險環(huán)境執(zhí)行偵查、搜救等任務，降低消防救援人員的滅火救援風險。第三，無人機可以根據(jù)火場情況和需要進行多樣化的任務操作。例如，在火勢監(jiān)測方面，無人機可以搭載不同類型的傳感器和成像設備，實現(xiàn)多角度、多模式的數(shù)據(jù)采集。

3 無人機在火災撲救中應用面臨的挑戰(zhàn)

無人機在火災撲救中應用時具備許多優(yōu)勢，但同時也面臨著一些挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在空中協(xié)調(diào)與避免碰撞、環(huán)境適應性、數(shù)據(jù)處理與實時傳輸、能量供應和續(xù)航能力四個方面。只有認真對待和解決這些挑戰(zhàn)，才能確保無人機在火災撲救中更好地發(fā)揮作用。

3.1? 空中協(xié)調(diào)與避免碰撞

火災現(xiàn)場往往會有多架無人機和其他空中救援資源同時運行，可能會導致火災撲救工作中出現(xiàn)空中交通擁堵和沖突的情況，因此確保它們之間的安全協(xié)同和避免碰撞是至關重要的。為了應對這種情況，需要建立有效的空中協(xié)調(diào)機制，確保各個無人機之間的工作任務和飛行路徑不會相互干擾。這可能涉及無人機之間的通信和協(xié)作，以及通過集中式的指揮中心進行任務調(diào)度和飛行路徑規(guī)劃。此外，無人機還需要具備避免碰撞的能力，以確保其與其他飛行器或障礙物之間保持安全距離，因此，無人機應具備先進的避障技術，能夠實時感知并規(guī)避周圍的飛行物和障礙物。

3.2? 環(huán)境適應性

無人機的環(huán)境適應性是指在火災撲救中無人機能夠應對復雜環(huán)境的能力。在火災撲救任務中，無人機需要在煙霧、高溫、惡劣天氣等極端條件下執(zhí)行相應任務，因此其環(huán)境適應性至關重要。無人機的環(huán)境適應性可以從以下幾個方面來提升：首先，無人機應具備良好的防護能力，以應對高溫和火災蔓延所帶來的危險。例如，無人機的結構材料應具備耐高溫特性，以確保其在高溫環(huán)境中的正常運行并延長使用壽命。同時，無人機應采取適當?shù)姆阑鹜繉雍透魺岽胧越档蜔崃繉﹃P鍵部件如電子元件、電池等的影響。其次，無人機應配備先進的傳感器和視覺系統(tǒng)，以適應煙霧和低能見度環(huán)境。煙霧會對光線傳播和紅外輻射產(chǎn)生干擾，限制傳統(tǒng)傳感器發(fā)揮作用。因此，無人機需要搭載煙霧探測傳感器和紅外熱成像攝像頭等先進設備，以實時獲取火災現(xiàn)場的信息。同時，應利用機器視覺和圖像處理算法來增強無人機的目標檢測和路徑規(guī)劃能力，以確保其在復雜環(huán)境中實現(xiàn)準確感知和定位。最后，無人機應具備較長的續(xù)航能力和適應不同天氣條件的能力?；馂膿渚韧ǔＰ枰L時間持續(xù)觀察和作業(yè)，因此，無人機需要高效的能源管理和優(yōu)化的飛行控制算法，以延長其飛行時間。

3.3? 數(shù)據(jù)處理與實時傳輸

在無人機應用于火災撲救的過程中，數(shù)據(jù)處理與實時傳輸是一項重大挑戰(zhàn)。無人機在火災現(xiàn)場獲取大量的數(shù)據(jù)，包括火災圖像、視頻、煙霧濃度等信息。這些數(shù)據(jù)需要進行及時而有效的處理，以提供實時的情報支持和決策依據(jù)[3]。一方面，數(shù)據(jù)處理涉及對獲取到的圖像和視頻進行分析和識別。無人機配備的高分辨率攝像頭能夠捕捉到火災的實時情況，但這些數(shù)據(jù)量巨大且復雜。因此，需要開發(fā)高效的圖像處理算法和模式識別技術，以自動檢測火源位置、火勢擴散趨勢等關鍵信息。同時，對于采集到的煙霧濃度等環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，也需要進行實時分析和解讀，以預測火災蔓延速度和煙霧擴散路徑等情況。另一方面，實時傳輸是確保數(shù)據(jù)及時性和可靠性的關鍵環(huán)節(jié)。無人機需要將獲取到的數(shù)據(jù)迅速傳輸給指揮中心或其他相關人員，以支持決策和指揮。然而，火災現(xiàn)場通信環(huán)境復雜，受煙霧干擾、建筑物遮擋等因素影響，傳輸過程中可能面臨信號弱化、丟包等問題。因此，需要研究和開發(fā)適應火災環(huán)境的通信技術，如無線網(wǎng)絡擴展、信號增強等技術，以確保數(shù)據(jù)能夠實時、可靠地傳輸?shù)街付康牡亍?/p>

3.4? 能量供應和續(xù)航能力

能量供應和續(xù)航能力是無人機在火災撲救中面臨的重要問題。它直接影響著無人機在火災現(xiàn)場的持續(xù)運行能力和有效性?；馂膿渚戎校瑹o人機面臨的能量供應和續(xù)航能力主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是能源供應限制。無人機通常使用電池作為能源供應，但當前的電池技術在能量密度、充電速度和循環(huán)壽命等方面仍存在一定的局限，電池容量有限，無法滿足長時間飛行和任務執(zhí)行的需求。此外，電池充電時間長，無法快速充電以準備下一次任務。因此，能源供應的限制制約了無人機在火災撲救中的持續(xù)運行能力。二是續(xù)航時間短暫。在火災撲救行動中，需要無人機持續(xù)監(jiān)測火災狀況、進行噴灑操作或提供救援支持，然而由于電池容量的限制，無人機的續(xù)航時間通常較短，這就限制了無人機在火災現(xiàn)場的持續(xù)工作時間，同時，頻繁更換電池或進行中途充電，會增加操作的復雜性和中斷時間。三是操作半徑有限。由于能源供應和續(xù)航能力的限制，無人機的操作半徑也受到限制。火災現(xiàn)場往往是一個廣闊的區(qū)域，需要無人機在不同位置進行監(jiān)測、噴灑或救援行動。然而，短暫的續(xù)航時間限制了無人機的作業(yè)范圍，使其無法長時間覆蓋大面積區(qū)域，而需要頻繁返回充電站點或重新部署。四是溫度影響。火災現(xiàn)場通常伴隨著高溫環(huán)境，而高溫對電池性能和壽命會產(chǎn)生負面影響。電池在高溫下容易過熱，導致能量損失和安全風險。此外，高溫環(huán)境還會加速電池的老化過程，縮短其壽命，進一步制約了無人機在火災撲救中的持續(xù)運行能力。

4 未來發(fā)展方向

4.1? 技術改進

對于無人機在火災撲救中的應用，技術改進是推動其發(fā)展的重要因素。為了提高無人機在火災撲救中的效率和安全性，需要不斷進行技術改進和創(chuàng)新。首先，無人機的感知和監(jiān)測技術需要不斷改進。傳感器技術的進步可以提高無人機對火災現(xiàn)場的感知能力，包括煙霧、溫度、氣體等參數(shù)的監(jiān)測和識別。同時，通過引入高分辨率圖像采集和處理技術，可以實現(xiàn)對火點和火線的精確定位和實時監(jiān)測，為撲救行動提供更準確的信息。其次，飛行控制和導航技術的改進是關鍵。無人機需要具備更高的飛行穩(wěn)定性和精準操控能力，以適應復雜的火災環(huán)境和風向變化。引入自主飛行算法和避障技術，可以提高無人機的自主決策能力和對環(huán)境的適應性，減少對操作員的依賴。再次，無人機的負載能力和能源管理也需要改進。通過采用輕量化材料和優(yōu)化結構設計，可以提高無人機的負載能力，使其能夠攜帶更多的水、泡沫劑等滅火介質。同時，改進無人機的能源管理系統(tǒng)，延長其飛行時間，提高續(xù)航能力，可以提升無人機在火災撲救中的作業(yè)效率。最后，數(shù)據(jù)處理和通信技術的改進也是必要的。無人機在火災撲救中會收集大量的數(shù)據(jù)，如圖像、視頻、傳感器數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)都需要進行實時處理和傳輸。優(yōu)化數(shù)據(jù)處理算法并提高數(shù)據(jù)傳輸速度，可以加快信息的處理和共享，從而提高制定決策的效率?？偟膩碚f，通過不斷改進和創(chuàng)新無人機技術，包括感知監(jiān)測、飛行控制、負載能力和能源管理、數(shù)據(jù)處理和通信等方面技術，可以進一步提高無人機在火災撲救中的應用成效，為消防救援人員提供更好的支持，減少火災造成的損失和危害。

4.2? 法規(guī)和政策支持

隨著無人機在火災撲救中的應用越來越廣泛，制定相應的法規(guī)和政策支持顯得至關重要。為確保無人機在火災撲救中安全、有效和合法運行，推動其在緊急救援行動中的應用，可以通過以下五個方面來完善相關的法規(guī)和政策：一是無人機操作許可與執(zhí)照。制定合理的許可制度和執(zhí)照要求，以確保無人機操作者具備必要的技能和知識，包括飛行技能、火災應急知識和對操作規(guī)程的掌握。二是飛行限制和空域管理。確定無人機飛行的限制條件，如禁飛區(qū)域和高度限制，以確保無人機在火災現(xiàn)場的飛行安全，并防止與其他飛行器或地面行人發(fā)生沖突。三是數(shù)據(jù)隱私與保護。制定相關的隱私法規(guī)，確保無人機在火災撲救中收集的數(shù)據(jù)不會侵犯個人隱私，同時加強數(shù)據(jù)保護和安全管理，以防止數(shù)據(jù)泄露和濫用。四是通信和協(xié)調(diào)機制。建立無人機與其他救援機構之間的通信和協(xié)調(diào)機制，確保無人機在火災撲救行動中能夠與地面指揮中心、其他救援人員和飛行器進行有效的信息交流和協(xié)同工作。五是研發(fā)和創(chuàng)新支持。制定相應的政策和資金支持，鼓勵科研機構和企業(yè)進行無人機技術的研發(fā)和創(chuàng)新，推動無人機在火災撲救領域的技術進步和應用拓展。需要指出的是，這些法規(guī)和政策的制定需要綜合考慮技術、安全、隱私和合規(guī)等多個方面的因素，以確保無人機在火災撲救中發(fā)揮最大的效用，同時保障公眾利益和安全。

4.3? 多領域合作與創(chuàng)新

隨著無人機技術在火災撲救中的應用不斷發(fā)展，多領域合作和創(chuàng)新變得至關重要。在火災撲救過程中，無人機的應用涉及火災領域、航空領域、通信領域、數(shù)據(jù)處理領域等多個領域。只有通過跨領域的合作和創(chuàng)新，才能充分發(fā)揮無人機在火災撲救中的潛力，提高火災撲救的效率和成功率。首先，火災領域專業(yè)知識與無人機技術的結合是必不可少的。滅火救援專家和消防救援人員需要與無人機制造商、研究人員緊密合作，基于無人機在火災現(xiàn)場的關鍵作用，確保無人機的功能和性能與實際火災撲救需求相匹配。其次，航空領域的專業(yè)知識對于無人機的安全操作和飛行控制至關重要。無人機制造商、研究人員需要與航空專家密切合作，確保其飛行的安全性和穩(wěn)定性，避免與其他飛行器發(fā)生沖突。航空領域的經(jīng)驗和規(guī)范能夠指導無人機的飛行路徑規(guī)劃、飛行控制系統(tǒng)設計以及飛行員培訓，提高無人機在火災撲救中的操作效果和飛行安全性。最后，數(shù)據(jù)處理領域的專業(yè)知識對于無人機獲取的大量數(shù)據(jù)的分析和利用至關重要。滅火救援專家和數(shù)據(jù)科學家需要合作開發(fā)智能算法和數(shù)據(jù)處理技術，從無人機獲取的圖像、視頻和傳感器數(shù)據(jù)中提取有用信息，實現(xiàn)對火災撲救現(xiàn)場的火勢分析、人員搜救等功能。

5 結語

本文綜合研究分析了無人機在火災撲救中的應用。通過對相關領域的調(diào)查和分析，得出了以下結論：第一，無人機在火勢監(jiān)測方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。通過搭載高分辨率傳感器和熱成像攝像頭，無人機能夠快速準確地探測火點和火線，提供實時的火勢信息，幫助指揮員制定火災撲救策略、完成資源調(diào)配。第二，無人機在火災撲救過程中發(fā)揮著重要的作用。通過精確定位投放和精準噴灑技術，無人機能夠準確投送滅火劑和消防泡沫，有效撲滅火災并防止火勢蔓延。無人機的快速響應能力和靈活機動性使其成為火場撲救的強有力助手。第三，無人機在救援行動中提供了寶貴的支持。通過搭載高清攝像頭和紅外傳感器，無人機可以快速搜索火場中的被困人員，為救援行動提供實時情報，并運送急需物資至火災現(xiàn)場。第四，無人機在火災撲救中仍然面臨一些挑戰(zhàn)，其中包括空中協(xié)調(diào)、避免碰撞、環(huán)境適應性以及數(shù)據(jù)處理與實時傳輸?shù)葐栴}。為了提高無人機的操作效率和安全性，需要進一步的技術改進和系統(tǒng)優(yōu)化來解決這些問題。第五，在未來的發(fā)展中，建議加強技術研發(fā)，改進無人機的自主飛行能力和抗干擾能力。同時，政府應制定相應的法規(guī)和政策來支持無人機的合法運用，以確保其在火災撲救中的安全性和效率。此外，多領域的合作與創(chuàng)新也是推動無人機在火災撲救中應用的關鍵，包括與消防部門、航空航天領域和通信技術領域的合作。

綜上所述，無人機在火災撲救中具有廣闊的應用前景。通過充分發(fā)揮其優(yōu)勢、解決挑戰(zhàn)并加強合作創(chuàng)新，無人機將能夠為火災撲救行動提供更高效、更安全且更可靠的技術支持。

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Application of drones in fire fighting

Liu Fei

（Laiyang Municipal Fire and Rescue Section， Shandong Yantai 265200）

AbstraCt： As a remotely operated aircraft， drones have high flexibility and maneuverability， and have been widely used in various fields. The paper analyzes the specific applications and advantages of drones in fire fighting， and explores the challenges and future development directions faced by drones in fire fighting for reference.

Keywords： drone; fire fighting; rescue operation