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(tǒng)解決方案的成熟運用，使集成視頻、紅外等監(jiān)控及傳輸設備的無人機，通過近距離空中監(jiān)測實現(xiàn)對復雜地形和建筑進行火災隱患巡查、現(xiàn)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(tǒng)手段對火災現(xiàn)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?，F(xiàn)階段消防場景運用無人機對火災現(xiàn)場拍攝、通信、監(jiān)測，可以充分發(fā)揮設備本身的適用價值及其穩(wěn)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(tǒng)視頻圖像傳輸系統(tǒng)形成互補，實現(xiàn)火災現(xiàn)場圖像、數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測與控制[1]。

森林防火運用衛(wèi)星對森林火場進行監(jiān)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(jiān)測領域，能夠隨時執(zhí)行森林火場監(jiān)測任務并實時掌控火場動態(tài)信息，及時發(fā)現(xiàn)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(xiàn)狀

鄭衛(wèi)剛等[3]提出了應用于城市消防的無人機系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過無線發(fā)射器實時傳送火災現(xiàn)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(yōu)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(tǒng)滑翔機，通信系統(tǒng)和無人機系統(tǒng)進行了討論。

張京[6]在國內(nèi)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(nèi)側設有真空泵，真空泵的作用是使真空艙的內(nèi)部處于負壓狀態(tài)，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(huán)境要求低等優(yōu)勢，它集成了無線圖像傳輸系統(tǒng)，能夠實行自動控制、飛行規(guī)劃以及圖像傳輸。無人機系統(tǒng)由地面指揮控制系統(tǒng)、無人機飛行平臺、空中視頻監(jiān)控平臺、微波無線實時圖像傳輸系統(tǒng)、GPS導航及自動駕駛系統(tǒng)、供電單元和圖傳鏈路等子系統(tǒng)組成，如圖1所示。

（二）技術優(yōu)勢

無人機采用技術先進的飛控平臺和前后臺視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)，對火場進行監(jiān)測，掌控火場動態(tài)信息，在低成本條件下實現(xiàn)傳統(tǒng)手段無法涉足的區(qū)域進行實時監(jiān)測和輔助救援，其在巡航路線規(guī)劃、定點監(jiān)測、智能分析和火情報警方面的優(yōu)越性，為及時發(fā)現(xiàn)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(yōu)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(tǒng)控制，僅需1至2個操作人員即可完成飛行準備與操作。當?shù)缆凡粫惩ɑ蚪煌ㄖ袛鄷r，可以步行至災難事故現(xiàn)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(jiān)測位置，具有快速響應能力。低空作業(yè)時，無人機還能夠快速獲取監(jiān)測現(xiàn)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(nèi)均可執(zhí)行穩(wěn)定、可靠的偵查任務。

2.監(jiān)測范圍廣

無人機的超視距控制是通過寬帶和數(shù)據(jù)鏈路技術實現(xiàn)的，其擁有非常全面的視野。根據(jù)現(xiàn)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(xiàn)空中監(jiān)視，還能夠調(diào)節(jié)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(xiàn)圖像的實時傳輸，配備熱成像相機的無人機，能夠獲得監(jiān)視區(qū)域的熱分布情況，為實現(xiàn)災害現(xiàn)場的空中實時監(jiān)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(tǒng)通過網(wǎng)絡和接口接入地面站，通過光纖接入網(wǎng)絡（公網(wǎng)或專網(wǎng)），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(jiān)測的實時圖像。通過遙控器控制無人機的動作，經(jīng)遠程圖像傳輸與控制系統(tǒng)對現(xiàn)場情況全面掌握，實現(xiàn)了遠程、便捷的全方位監(jiān)控。當客戶端接入網(wǎng)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(xiàn)場，或山岳、峽谷、溝壑等復雜地形，無人機均可避免傳統(tǒng)救火行動中存在的短板，確保救援人員的安全。通過對現(xiàn)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(tǒng)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?？梢姽庾兘箶z像機能夠將火場各種高度、角度的火災信息實時傳輸?shù)降孛嬷笓]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(jiān)控效果，對濃煙區(qū)域、夜晚等場景作業(yè)效果顯著。

2.火災區(qū)域空中管制

火災發(fā)生后無人機升空進行現(xiàn)場監(jiān)測，智慧機場無人機系統(tǒng)搭載可見光變焦相機及喊話器，針對附近小區(qū)或商場進行喊話。引導擁堵車輛協(xié)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(tǒng)配置強光照明系統(tǒng)，與可見光變焦相機同向設置，在火災救援現(xiàn)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(xiàn)場夜間作業(yè)的救援人員提供照明，實現(xiàn)快速定位、目標確定等功能。

4.滅火過程實時監(jiān)控

消防隊面對的災害事故現(xiàn)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(jiān)控追蹤，能夠提供精準的災情實時動態(tài)信息，便于指揮部及時掌握災情動態(tài)情況，從而做出迅速、準確決策。

（二）森林消防

隨著數(shù)字傳輸、遙感技術和視頻實時傳輸技術的發(fā)展，無人機在森林防火中已得到了廣泛運用。相比于傳統(tǒng)森林防火監(jiān)視手段，無人機具有明顯的優(yōu)勢，同時對于地理環(huán)境復雜，救援人員很難到達的區(qū)域，可以使用智慧機場無人機系統(tǒng)進行7*24小時監(jiān)測作業(yè)。智慧機場無人機系統(tǒng)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(jié)省了人力、物力和財力。

1.火災前重點監(jiān)視森林防火區(qū)域

智慧機場無人機系統(tǒng)可搭載多種監(jiān)測設備，包括可見光變焦相機、熱紅外相機、氣體傳感器。作業(yè)過程中，無人機可以實時拍攝監(jiān)測森林的情況，再將拍攝的圖像信息實時傳輸?shù)降孛婊馂谋O(jiān)控中心，一個架次的飛行可以實現(xiàn)半徑數(shù)千米區(qū)域的森林監(jiān)測。監(jiān)控中心工作人員可以在監(jiān)測指揮終端上準確看到森林火災的詳細情況，進而根據(jù)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(jiān)測任務。

2.火災時的災區(qū)作業(yè)

傳統(tǒng)技術手段在火災發(fā)生時存在明顯的短板，當火情蔓延嚴重并產(chǎn)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(fā)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(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，可以到達火災發(fā)生的中心區(qū)域進行實時拍攝，將火情信息傳輸給監(jiān)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(jiān)測火情，防止復燃

森林火災撲滅后，智慧機場無人機系統(tǒng)可以全天候、不間斷對火災復燃情況進行監(jiān)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(jiān)測人員。使火災在初期就被及時發(fā)現(xiàn)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(fā)展具有一定的隨機性，事故現(xiàn)場的變化往往瞬息萬變，這為事故的監(jiān)控發(fā)現(xiàn)、追蹤技術提出了較高的要求。災情處理過程中，無人機產(chǎn)品可以通過無線成像、遙感等技術實時傳遞事故現(xiàn)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(chǎn)損失和人員傷亡。

無人機將火災監(jiān)測常態(tài)化、實時化。災情突然發(fā)生時，第一時間發(fā)現(xiàn)并將現(xiàn)場情況回傳至指揮平臺。無人機可以迅速地深入災情發(fā)展的核心區(qū)域，利用其靈活性，無視地理環(huán)境的限制，迅速開展偵查，實現(xiàn)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(xiàn)實時監(jiān)測、及時發(fā)現(xiàn)火情隱患、消防現(xiàn)場火情實時控制、建筑消防檢查或現(xiàn)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(xiàn)場視頻，確定災害的關鍵因素，掌握災害現(xiàn)場環(huán)境情況，以便指揮者做出及時決策，規(guī)避人員傷亡。

無人機執(zhí)行消防救援解決了地面巡護無法顧及的復雜或偏遠地區(qū)的救援問題，以及對火災現(xiàn)場實時動態(tài)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(jiān)測，在滅火后進行火災后復燃監(jiān)測。作為現(xiàn)有火災監(jiān)測手段的有力補充，無人機顯現(xiàn)出其他手段無法比擬的優(yōu)越性，使無人機在火災監(jiān)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(jiān)測方面的應用[J]. 種子科技，2019， （14）： 121+124．

[3]鄭衛(wèi)剛， 林舒鑫， 吳昊等. 城市消防應急無人機系統(tǒng)[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(xiàn)代制造技術與裝備， 2019， （06）： 147-169.

[5]吳佩英， 大衛(wèi)·科潘哈弗， 弗蘭克·伍德沃德. 無人機系統(tǒng)——城市消防的新一代工具[J]. 消防技術與產(chǎn)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(yǎng)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(yè)機械與木工設備， 2020， （01）： 29-31.

[8]李志宏. 山區(qū)基層森林消防專業(yè)隊伍運用小型多旋翼無人機的研究[J]. 林業(yè)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(yè)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。