摘要：消防救援隊(duì)伍改革轉(zhuǎn)隸以來，面對(duì)“全災(zāi)種、大應(yīng)急”的全新要求，救援任務(wù)的廣度和寬度均得到了一定的延展。面對(duì)地震救援、抗洪搶險(xiǎn)、山岳救助及大跨度或高層火災(zāi)，無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)及系統(tǒng)解決方案的成熟運(yùn)用，使集成視頻、紅外等監(jiān)控及傳輸設(shè)備的無人機(jī)，通過近距離空中監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜地形和建筑進(jìn)行火災(zāi)隱患巡查、現(xiàn)場(chǎng)救援指揮、火情偵測(cè)及防控成為消防部隊(duì)新的選擇。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；消防救援；城市消防；森林消防

一、引言

傳統(tǒng)手段對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)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(dǎo)致火災(zāi)信息不準(zhǔn)確，影響火災(zāi)救援決策。現(xiàn)階段消防場(chǎng)景運(yùn)用無人機(jī)對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)拍攝、通信、監(jiān)測(cè)，可以充分發(fā)揮設(shè)備本身的適用價(jià)值及其穩(wěn)定功能。在應(yīng)用中，無人機(jī)應(yīng)用成本低，適應(yīng)地域比較廣，具有傳輸速度快的特點(diǎn)，可以與傳統(tǒng)視頻圖像傳輸系統(tǒng)形成互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖像、數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測(cè)與控制[1]。

森林防火運(yùn)用衛(wèi)星對(duì)森林火場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷成熟以及廣泛應(yīng)用，無人機(jī)已被應(yīng)用到森林火情監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，能夠隨時(shí)執(zhí)行森林火場(chǎng)監(jiān)測(cè)任務(wù)并實(shí)時(shí)掌控火場(chǎng)動(dòng)態(tài)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，最大化降低森林火災(zāi)帶來的損失[2]。

二、無人機(jī)在城市和森林消防中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀

鄭衛(wèi)剛等[3]提出了應(yīng)用于城市消防的無人機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過無線發(fā)射器實(shí)時(shí)傳送火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的影響，為消防員制定救災(zāi)方案提供決策支持，還能進(jìn)行生命探測(cè)、燃燒物分析等任務(wù)。吳瑞波等[4]針對(duì)城市消防，分析了多旋翼無人機(jī)在功能上的優(yōu)勢(shì)，以及在城市消防領(lǐng)域的應(yīng)用和前景。吳佩英等[5]對(duì)城市消防中的無人機(jī)系統(tǒng)滑翔機(jī)，通信系統(tǒng)和無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了討論。

張京[6]在國(guó)內(nèi)森林消防技術(shù)需求的基礎(chǔ)上討論了無人機(jī)在森林消防中的應(yīng)用。狄曙玲和何誠(chéng)[7]提出了一種新型的無人機(jī)裝置，在機(jī)體下部支架的內(nèi)側(cè)設(shè)有真空泵，真空泵的作用是使真空艙的內(nèi)部處于負(fù)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(jī)在森林消防的應(yīng)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(jī)在森林消防中亟待解決的問題。王秋華等[10]闡述了無人機(jī)在森林消防中的幾大類應(yīng)用，以及在森林消防應(yīng)用的局限性和需要解決的問題。

三、無人機(jī)基本情況

（一）工作原理

無人機(jī)（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(duì)外部環(huán)境要求低等優(yōu)勢(shì)，它集成了無線圖像傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)嵭凶詣?dòng)控制、飛行規(guī)劃以及圖像傳輸。無人機(jī)系統(tǒng)由地面指揮控制系統(tǒng)、無人機(jī)飛行平臺(tái)、空中視頻監(jiān)控平臺(tái)、微波無線實(shí)時(shí)圖像傳輸系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航及自動(dòng)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(shù)優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)采用技術(shù)先進(jìn)的飛控平臺(tái)和前后臺(tái)視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)，對(duì)火場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌控火場(chǎng)動(dòng)態(tài)信息，在低成本條件下實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)手段無法涉足的區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和輔助救援，其在巡航路線規(guī)劃、定點(diǎn)監(jiān)測(cè)、智能分析和火情報(bào)警方面的優(yōu)越性，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，迅速組織救援隊(duì)伍，制定可行救援方案提供了可行的解決方案，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括：

1.靈活機(jī)動(dòng)

小型無人機(jī)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(gè)操作人員即可完成飛行準(zhǔn)備與操作。當(dāng)?shù)缆凡粫惩ɑ蚪煌ㄖ袛鄷r(shí)，可以步行至災(zāi)難事故現(xiàn)場(chǎng)。無人機(jī)對(duì)起飛周圍條件要求非常簡(jiǎn)單，對(duì)地形沒有要求，其具有較強(qiáng)的靈活性。無人機(jī)的飛行速度和飛行方向易于靈活控制，轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)性好，機(jī)載攝像機(jī)也可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。同時(shí)，無人機(jī)能夠迅速到達(dá)指定監(jiān)測(cè)位置，具有快速響應(yīng)能力。低空作業(yè)時(shí)，無人機(jī)還能夠快速獲取監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)圖像，通過無線鏈路將圖像實(shí)時(shí)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(wù)。

2.監(jiān)測(cè)范圍廣

無人機(jī)的超視距控制是通過寬帶和數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，其擁有非常全面的視野。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，無人機(jī)可以從不同角度和距離在不同的光照條件下工作，實(shí)現(xiàn)空中監(jiān)視，還能夠調(diào)節(jié)距離和角度。通過遠(yuǎn)程控制無人機(jī)及其攜帶的照相機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)傳輸，配備熱成像相機(jī)的無人機(jī)，能夠獲得監(jiān)視區(qū)域的熱分布情況，為實(shí)現(xiàn)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的空中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了有力保障，能夠提高消防隊(duì)在應(yīng)急救援中的探測(cè)能力。

3.操作簡(jiǎn)單

遠(yuǎn)程圖像傳輸與控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)和接口接入地面站，通過光纖接入網(wǎng)絡(luò)（公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)），通過遙控?cái)z像機(jī)及其輔助設(shè)備（鏡頭、云臺(tái)）查看無人機(jī)的攝像頭監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)圖像。通過遙控器控制無人機(jī)的動(dòng)作，經(jīng)遠(yuǎn)程圖像傳輸與控制系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況全面掌握，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程、便捷的全方位監(jiān)控。當(dāng)客戶端接入網(wǎng)絡(luò)后，可以通過PC、手機(jī)等終端設(shè)備對(duì)無人機(jī)進(jìn)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(yán)重事故災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，或山岳、峽谷、溝壑等復(fù)雜地形，無人機(jī)均可避免傳統(tǒng)救火行動(dòng)中存在的短板，確保救援人員的安全。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的跟拍、追蹤，為救援活動(dòng)的組織部署提供有力保證。

四、消防應(yīng)用場(chǎng)景

（一）城市消防

1.火情偵查

智慧機(jī)場(chǎng)無人機(jī)系統(tǒng)可以安裝可見光變焦攝像機(jī)、紅外熱成像儀、測(cè)溫儀和有毒氣體探測(cè)儀。可見光變焦攝像機(jī)能夠?qū)⒒饒?chǎng)各種高度、角度的火災(zāi)信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嬷笓]中心，同時(shí)可傳輸至消防隊(duì)。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(duì)濃煙區(qū)域、夜晚等場(chǎng)景作業(yè)效果顯著。

2.火災(zāi)區(qū)域空中管制

火災(zāi)發(fā)生后無人機(jī)升空進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，智慧機(jī)場(chǎng)無人機(jī)系統(tǒng)搭載可見光變焦相機(jī)及喊話器，針對(duì)附近小區(qū)或商場(chǎng)進(jìn)行喊話。引導(dǎo)擁堵車輛協(xié)助開辟火災(zāi)救援場(chǎng)地，減少擁堵、消防通道非法占?jí)旱惹闆r對(duì)火災(zāi)救援的影響。

3.夜間強(qiáng)光照明

系統(tǒng)配置強(qiáng)光照明系統(tǒng)，與可見光變焦相機(jī)同向設(shè)置，在火災(zāi)救援現(xiàn)場(chǎng)可以通過強(qiáng)光增加空中的拍攝效果。同時(shí)，可以為在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)夜間作業(yè)的救援人員提供照明，實(shí)現(xiàn)快速定位、目標(biāo)確定等功能。

4.滅火過程實(shí)時(shí)監(jiān)控

消防隊(duì)面對(duì)的災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)往往瞬息萬(wàn)變，在災(zāi)害事故處理過程中，尤其是城市大型火災(zāi)或者化工廠重大火災(zāi)時(shí)，利用無人機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控追蹤，能夠提供精準(zhǔn)的災(zāi)情實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，便于指揮部及時(shí)掌握災(zāi)情動(dòng)態(tài)情況，從而做出迅速、準(zhǔn)確決策。

（二）森林消防

隨著數(shù)字傳輸、遙感技術(shù)和視頻實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)在森林防火中已得到了廣泛運(yùn)用。相比于傳統(tǒng)森林防火監(jiān)視手段，無人機(jī)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)于地理環(huán)境復(fù)雜，救援人員很難到達(dá)的區(qū)域，可以使用智慧機(jī)場(chǎng)無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行7*24小時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)。智慧機(jī)場(chǎng)無人機(jī)系統(tǒng)大幅提升了森林火情信息獲取的速度和準(zhǔn)確度，為滅火提供更長(zhǎng)的窗口期，間接縮短了滅火時(shí)間，節(jié)省了人力、物力和財(cái)力。

1.火災(zāi)前重點(diǎn)監(jiān)視森林防火區(qū)域

智慧機(jī)場(chǎng)無人機(jī)系統(tǒng)可搭載多種監(jiān)測(cè)設(shè)備，包括可見光變焦相機(jī)、熱紅外相機(jī)、氣體傳感器。作業(yè)過程中，無人機(jī)可以實(shí)時(shí)拍攝監(jiān)測(cè)森林的情況，再將拍攝的圖像信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛婊馂?zāi)監(jiān)控中心，一個(gè)架次的飛行可以實(shí)現(xiàn)半徑數(shù)千米區(qū)域的森林監(jiān)測(cè)。監(jiān)控中心工作人員可以在監(jiān)測(cè)指揮終端上準(zhǔn)確看到森林火災(zāi)的詳細(xì)情況，進(jìn)而根據(jù)火情制定撲救策略。同時(shí)，利用熱紅外相機(jī)可以解決夜間森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)任務(wù)。

2.火災(zāi)時(shí)的災(zāi)區(qū)作業(yè)

傳統(tǒng)技術(shù)手段在火災(zāi)發(fā)生時(shí)存在明顯的短板，當(dāng)火情蔓延嚴(yán)重并產(chǎn)生濃濃煙霧時(shí)，不能近距離觀測(cè)火災(zāi)情況。觀測(cè)過程中，可能會(huì)發(fā)生危及觀測(cè)人員生命安全的事情。此時(shí)，無人機(jī)的使用則無須考慮這些問題，體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，可以到達(dá)火災(zāi)發(fā)生的中心區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，將火情信息傳輸給監(jiān)測(cè)中心，方便救援人員及時(shí)掌握火災(zāi)情況，制定合理的救援方案，最大化降低火災(zāi)對(duì)森林資源造成的不良影響[2]。

3.火災(zāi)后全天候監(jiān)測(cè)火情，防止復(fù)燃

森林火災(zāi)撲滅后，智慧機(jī)場(chǎng)無人機(jī)系統(tǒng)可以全天候、不間斷對(duì)火災(zāi)復(fù)燃情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證滅火效果，提前做好預(yù)報(bào)預(yù)警，如有火災(zāi)復(fù)燃點(diǎn)，第一時(shí)間將復(fù)燃點(diǎn)的位置信息告知監(jiān)測(cè)人員。使火災(zāi)在初期就被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并被撲滅，快速消除火災(zāi)隱患避免更大的損失。

五、結(jié)束語(yǔ)

火災(zāi)事故發(fā)展具有一定的隨機(jī)性，事故現(xiàn)場(chǎng)的變化往往瞬息萬(wàn)變，這為事故的監(jiān)控發(fā)現(xiàn)、追蹤技術(shù)提出了較高的要求。災(zāi)情處理過程中，無人機(jī)產(chǎn)品可以通過無線成像、遙感等技術(shù)實(shí)時(shí)傳遞事故現(xiàn)場(chǎng)的變化情況，有利于指揮中心迅速作出反應(yīng)和應(yīng)急事件處理方案，以最快的速度減少財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

無人機(jī)將火災(zāi)監(jiān)測(cè)常態(tài)化、實(shí)時(shí)化。災(zāi)情突然發(fā)生時(shí)，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并將現(xiàn)場(chǎng)情況回傳至指揮平臺(tái)。無人機(jī)可以迅速地深入災(zāi)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(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)報(bào)警進(jìn)行自動(dòng)偵查。

利用無人機(jī)攜帶雙光攝像頭對(duì)建筑、森林實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情隱患、消防現(xiàn)場(chǎng)火情實(shí)時(shí)控制、建筑消防檢查或現(xiàn)場(chǎng)火情圖像傳輸。還可以大幅度提升偵查效率，第一時(shí)間回傳火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)視頻，確定災(zāi)害的關(guān)鍵因素，掌握災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況，以便指揮者做出及時(shí)決策，規(guī)避人員傷亡。

無人機(jī)執(zhí)行消防救援解決了地面巡護(hù)無法顧及的復(fù)雜或偏遠(yuǎn)地區(qū)的救援問題，以及對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的及時(shí)獲取及準(zhǔn)確把握。無人機(jī)可以在火災(zāi)前進(jìn)行熱點(diǎn)探測(cè)，在介入前進(jìn)行火災(zāi)偵察，在介入中進(jìn)行干預(yù)監(jiān)測(cè)，在滅火后進(jìn)行火災(zāi)后復(fù)燃監(jiān)測(cè)。作為現(xiàn)有火災(zāi)監(jiān)測(cè)手段的有力補(bǔ)充，無人機(jī)顯現(xiàn)出其他手段無法比擬的優(yōu)越性，使無人機(jī)在火災(zāi)監(jiān)測(cè)、預(yù)防和救援方面得到了廣泛應(yīng)用。

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陳黃悅（1981-），男，漢族，廣東湛江，本科，研究方向：消防信息化建設(shè)、利用信息技術(shù)服務(wù)滅火救援、火災(zāi)防治。