摘要：化工企業(yè)因生產(chǎn)特性易發(fā)生火災(zāi)，而傳統(tǒng)救援手段局限性較大。無人機憑借靈活、偵察精準(zhǔn)及能保障人員安全等優(yōu)勢，在化工火災(zāi)應(yīng)急處置中極具應(yīng)用潛力。基于此，闡述無人機在化工火災(zāi)偵察中的作用與優(yōu)勢，介紹基于偵察的滅火策略，提出以構(gòu)建高精度模型、建立多維度評估體系、開發(fā)動態(tài)算法及實時調(diào)整機制、設(shè)計協(xié)同路徑規(guī)劃系統(tǒng)為核心的滅火路徑優(yōu)化策略，旨在提升滅火效率，降低救援風(fēng)險，為化工火災(zāi)應(yīng)急處置提供參考方案。

關(guān)鍵詞：化工火災(zāi)；無人機偵察；滅火路徑優(yōu)化

化工企業(yè)生產(chǎn)過程具有特殊性，極易引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故。傳統(tǒng)的化工火災(zāi)撲救手段存在局限性，如消防車難以進入狹小封閉的生產(chǎn)裝置區(qū)域，消防員面臨高溫、有毒氣體的嚴(yán)重威脅。因此，探索新的化工火災(zāi)應(yīng)急處置技術(shù)已成為當(dāng)務(wù)之急[1]。而無人機技術(shù)的快速發(fā)展為化工火災(zāi)應(yīng)急處置帶來了新的解決方案。

1 無人機在化工火災(zāi)偵察中的作用及優(yōu)勢

1.1" 無人機在化工火災(zāi)偵察中的作用

化工火災(zāi)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜且危險，存在易燃易爆物質(zhì)與有毒氣體釋放等潛在風(fēng)險，傳統(tǒng)人工偵察面臨巨大挑戰(zhàn)。而無人機憑借高空視角與靈活機動性，可快速抵達火災(zāi)現(xiàn)場上空，對火勢展開全方位、多角度偵察。通過搭載高清攝像頭、紅外熱成像儀等設(shè)備，無人機能夠?qū)崟r捕捉火場畫面，精準(zhǔn)識別火源位置、火勢蔓延方向及范圍，為指揮決策提供直觀、準(zhǔn)確的火場信息。此外，無人機還能在火災(zāi)現(xiàn)場進行環(huán)境監(jiān)測，如檢測有毒氣體濃度、風(fēng)速風(fēng)向等，為救援人員提供必要的安全保障。在火災(zāi)偵察過程中，無人機所獲取的信息具有關(guān)鍵作用?；鹪次恢玫臏?zhǔn)確識別有助于消防力量快速定位滅火目標(biāo)，火勢蔓延方向及范圍的清晰掌握能夠為指揮決策提供科學(xué)依據(jù)，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)則可幫助救援人員了解現(xiàn)場的危險程度，從而采取相應(yīng)的防護措施，確保救援行動的安全性。

1.2" 無人機在化工火災(zāi)偵察中的優(yōu)勢

無人機在化工火災(zāi)偵察中展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。一方面，無人機具有高度的靈活性和機動性，能夠輕松穿越狹窄空間、障礙物，快速抵達火災(zāi)現(xiàn)場核心區(qū)域，這是傳統(tǒng)偵察手段難以比擬的。另一方面，無人機搭載的各種先進設(shè)備使其具備強大的偵察能力。紅外熱成像儀能夠在濃煙、黑暗等惡劣環(huán)境下準(zhǔn)確捕捉火源信息，而高清攝像頭則能提供清晰的火場畫面，為救援人員提供直觀的視覺支持。此外，無人機還能實現(xiàn)遠程遙控操作，避免了救援人員直接接觸火災(zāi)現(xiàn)場的危險，提高了偵察工作的安全性。同時，無人機偵察數(shù)據(jù)的實時回傳功能使得指揮中心能夠迅速獲取火場信息，為制定科學(xué)合理的救援方案提供有力支持。這些優(yōu)勢共同構(gòu)成了無人機在化工火災(zāi)偵察中的獨特價值[2]。

2 基于無人機偵察的化工火災(zāi)滅火策略

2.1" 火災(zāi)預(yù)警與無人機快速啟動

火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)依托高度敏感的傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r監(jiān)測化工生產(chǎn)環(huán)境中的溫度、煙霧濃度等關(guān)鍵參數(shù)。一旦檢測到異常，系統(tǒng)通過毫秒級響應(yīng)的通信協(xié)議將警報信息傳輸至消防指揮中心。這一過程不僅依賴于硬件設(shè)備的精準(zhǔn)度，更需先進的信息化平臺與智能決策系統(tǒng)的支持。消防指揮中心作為應(yīng)急響應(yīng)的中樞，須具備多源信息融合與快速決策能力，確保在接收到警報后能夠迅速激活無人機偵察小組。

無人機的快速啟動與精準(zhǔn)投放是后續(xù)行動的基礎(chǔ)。這要求無人機具備高可靠性、高機動性以及在復(fù)雜電磁環(huán)境下的通信穩(wěn)定性。自動化調(diào)度系統(tǒng)需根據(jù)火場位置、環(huán)境條件等因素，優(yōu)化無人機的飛行路徑與任務(wù)分配，確保偵察資源的高效利用。此外，無人機平臺的模塊化設(shè)計使其能夠快速更換任務(wù)載荷，適應(yīng)不同火災(zāi)場景的需求，進一步提升應(yīng)急響應(yīng)的靈活性。

2.2" 無人機抵達現(xiàn)場實施偵察

無人機在抵達火災(zāi)現(xiàn)場后，迅速構(gòu)建起全方位、立體化的偵察體系。憑借其搭載的高清攝像頭與紅外熱成像儀，無人機能在濃煙彌漫、高溫炙烤等極端惡劣條件下，高效執(zhí)行火場影像與熱成像數(shù)據(jù)的實時采集任務(wù)。通過應(yīng)用前沿的圖像處理算法，無人機能實現(xiàn)對火源位置的精確鎖定，并深入剖析火勢的分布格局與蔓延趨勢。

不僅如此，無人機還展現(xiàn)出持續(xù)監(jiān)測火勢動態(tài)變化的卓越能力，涵蓋火勢強度的增減、煙霧擴散的軌跡等關(guān)鍵要素，為消防指揮中心提供了實時且精準(zhǔn)的火場態(tài)勢信息。這些數(shù)據(jù)對于火災(zāi)風(fēng)險的量化評估以及滅火策略的科學(xué)制定均具有不可替代的重要價值[3]。無人機的靈活機動與高效作業(yè)特性，使其能夠在極短時間內(nèi)完成大面積火場的偵察覆蓋，為后續(xù)滅火行動的順利開展提供了堅實的信息支撐與決策依據(jù)，彰顯了現(xiàn)代科技在消防領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用與顯著效能。

2.3" 指導(dǎo)現(xiàn)場滅火行動

在化工火災(zāi)滅火行動中，基于無人機偵察的指揮體系為現(xiàn)場處置提供了關(guān)鍵支撐。消防指揮中心通過無人機遠程遙控系統(tǒng)獲取高空視角的實時畫面，構(gòu)建起三維火場態(tài)勢模型，使消防人員能夠直觀掌握火勢分布、危險源位置及周邊環(huán)境特征。無人機搭載的多光譜傳感器與熱成像設(shè)備可穿透濃煙識別高溫區(qū)域，精準(zhǔn)定位燃燒點與潛在爆炸風(fēng)險源，為滅火方案制定提供多維數(shù)據(jù)支撐。

在滅火過程中，無人機持續(xù)執(zhí)行動態(tài)監(jiān)測任務(wù)，通過圖像識別算法分析火勢蔓延趨勢，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)預(yù)測煙霧擴散路徑，將實時信息反饋至指揮中心。指揮系統(tǒng)基于智能決策模型，動態(tài)調(diào)整滅火力量部署，優(yōu)先處置火勢蔓延關(guān)鍵節(jié)點，實現(xiàn)資源精準(zhǔn)投放。這種無人機偵察與指揮決策的閉環(huán)協(xié)同機制，顯著提升了化工火災(zāi)處置的時效性與科學(xué)性，為降低災(zāi)害損失、保障救援安全提供了技術(shù)保障。

2.4" 火災(zāi)撲救和善后處置

在成功撲滅火勢后，無人機并不會立即撤離現(xiàn)場，而是繼續(xù)執(zhí)行巡查任務(wù)，監(jiān)測可能出現(xiàn)的復(fù)燃情況。通過持續(xù)的熱成像監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析，無人機能夠及時發(fā)現(xiàn)并報告潛在的火源點，為消防人員提供復(fù)燃預(yù)警。同時，無人機在火災(zāi)現(xiàn)場采集的大量數(shù)據(jù)也為后續(xù)的事故調(diào)查、損失評估等善后處置工作提供了重要依據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括火場的高清影像、熱成像記錄、火勢蔓延路徑等，它們能夠幫助調(diào)查人員準(zhǔn)確還原火災(zāi)過程，分析火災(zāi)原因，評估火災(zāi)損失。無人機的持續(xù)監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集，為化工火災(zāi)的善后處置工作提供了有力支持，有助于提升化工企業(yè)的安全管理水平與應(yīng)急響應(yīng)能力。

3 基于無人機數(shù)據(jù)的滅火路徑優(yōu)化策略

3.1" 構(gòu)建高精度化工廠區(qū)域模型

化工廠區(qū)域模型的構(gòu)建是滅火路徑優(yōu)化的基礎(chǔ)，其核心在于整合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)以形成高精度的數(shù)字化表征。通過融合無人機傾斜攝影測量、激光雷達掃描與地面調(diào)查數(shù)據(jù)，可構(gòu)建包含三維地形、建筑結(jié)構(gòu)、管線網(wǎng)絡(luò)及危險源分布的多層次模型。例如，采用點云數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將無人機采集的激光點云與可見光影像進行配準(zhǔn)，可精確還原儲罐區(qū)、反應(yīng)釜群等關(guān)鍵設(shè)施的幾何特征。針對化工園區(qū)特有的危險源，如易燃易爆物質(zhì)儲存區(qū)、有毒氣體泄漏點等，需建立動態(tài)風(fēng)險數(shù)據(jù)庫，結(jié)合歷史事故數(shù)據(jù)與實時監(jiān)測信息，對危險源的潛在影響范圍進行量化評估。

在模型構(gòu)建過程中，需重點解決數(shù)據(jù)融合精度與實時更新機制兩大難題。一方面，通過引入多傳感器時空同步技術(shù)，確保不同數(shù)據(jù)源在時間和空間維度上的對齊誤差小于0.5m；另一方面，開發(fā)基于邊緣計算的增量更新算法，使模型能夠每15min自動整合最新無人機偵察數(shù)據(jù)，實現(xiàn)火災(zāi)蔓延趨勢與設(shè)施損毀狀態(tài)的動態(tài)映射。此類模型不僅為路徑規(guī)劃提供靜態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)，更通過實時數(shù)據(jù)驅(qū)動的風(fēng)險預(yù)測模塊，為后續(xù)路徑安全性評估提供量化依據(jù)。

3.2" 建立多維度滅火行動安全性評估體系

滅火行動安全性評估需突破傳統(tǒng)定性分析的局限，構(gòu)建融合多源數(shù)據(jù)的量化評估框架?；跓o人機獲取的實時熱成像數(shù)據(jù)，可建立火勢蔓延概率模型，通過流體力學(xué)仿真預(yù)測火焰前鋒推進速度與方向，結(jié)合區(qū)域模型中的建筑布局與材料熱物性參數(shù)，計算行動沿線各點位的熱輻射強度與結(jié)構(gòu)坍塌風(fēng)險。例如，采用蒙特卡洛模擬方法對儲罐區(qū)多米諾效應(yīng)進行概率分析，量化不同行動路線穿越危險區(qū)域的潛在傷亡概率。

針對化工火災(zāi)特有的有毒氣體擴散風(fēng)險，需整合無人機搭載的氣體檢測儀數(shù)據(jù)與氣象參數(shù)，構(gòu)建高斯煙羽模型預(yù)測有毒云團移動軌跡。通過疊加行動軌跡與風(fēng)險云圖，可計算各行動段的有毒氣體暴露劑量。此外，還需考慮行動的地形復(fù)雜度、可見度等物理障礙因素，建立包含熱輻射、毒氣濃度、地形難度等多維指標(biāo)的加權(quán)評估模型。實際應(yīng)用中，可采用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，通過模糊綜合評價法生成行動安全性指數(shù)，確保高風(fēng)險行動路線被有效識別與規(guī)避。

3.3" 開發(fā)動態(tài)滅火行動優(yōu)化算法與實時調(diào)整機制

滅火行動優(yōu)化需兼顧幾何最短性與時間最優(yōu)性雙重目標(biāo)。在靜態(tài)行動規(guī)劃階段，采用改進型Dijkstra算法結(jié)合區(qū)域模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，生成初始最優(yōu)行動路線。該算法引入危險系數(shù)修正因子，使行動路線選擇不僅考慮距離因素，更權(quán)衡沿線風(fēng)險分布。在動態(tài)調(diào)整階段，開發(fā)基于強化學(xué)習(xí)的行動重規(guī)劃算法，將無人機實時傳輸?shù)幕饒鰬B(tài)勢數(shù)據(jù)作為輸入，通過深度Q網(wǎng)絡(luò)（DQN）決策模型，在毫秒級時間內(nèi)生成新行動方案。

實時調(diào)整機制需解決數(shù)據(jù)延遲與計算效率的矛盾。通過部署5G邊緣計算節(jié)點，將行動規(guī)劃算法下沉至無人機機載計算機，實現(xiàn)火場態(tài)勢感知到行動更新的端到端延遲低于200ms。同時，建立行動穩(wěn)定性預(yù)測模型，通過分析火勢發(fā)展速度、風(fēng)向變化率等參數(shù)，預(yù)判行動路線有效性持續(xù)時間。當(dāng)預(yù)測行動路線失效概率超過閾值時，自動觸發(fā)備用行動切換機制，確保滅火行動的連續(xù)性。實驗表明，該動態(tài)優(yōu)化策略可使平均滅火響應(yīng)時間縮短，行動安全性提升。

3.4" 設(shè)計多救援力量協(xié)同行動規(guī)劃系統(tǒng)

多部門協(xié)同行動規(guī)劃需突破信息孤島與指揮協(xié)同兩大瓶頸。構(gòu)建統(tǒng)一指揮平臺，集成消防、應(yīng)急、環(huán)保等部門的資源數(shù)據(jù)與行動規(guī)約，通過數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)各力量部署的三維可視化。開發(fā)基于博弈論的協(xié)同行動規(guī)劃算法，將不同救援力量的響應(yīng)時間約束、裝備特性、任務(wù)優(yōu)先級等要素納入優(yōu)化模型，求解多目標(biāo)約束下的帕累托最優(yōu)解集[4]。

針對化工火災(zāi)的復(fù)雜救援需求，設(shè)計分層行動規(guī)劃架構(gòu)。頂層進行戰(zhàn)略行動規(guī)劃，確定各救援力量的主攻方向與匯合節(jié)點；中層實施戰(zhàn)術(shù)行動優(yōu)化，根據(jù)實時火情調(diào)整行進路線；底層執(zhí)行動態(tài)避障控制，確保車輛與人員安全。通過引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)行動指令的不可篡改傳輸，結(jié)合UWB定位技術(shù)實現(xiàn)5cm級精度的人員定位，構(gòu)建“規(guī)劃-執(zhí)行-反饋”的閉環(huán)協(xié)同體系。實際案例驗證顯示，該系統(tǒng)可使多部門協(xié)同效率提升，資源沖突率降低，為化工火災(zāi)撲救提供可靠的協(xié)同保障。

4 結(jié)束語

綜上所述，無人機偵察與滅火路徑優(yōu)化策略在化工火災(zāi)應(yīng)急處置中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。通過構(gòu)建高精度模型、建立多維度安全性評估體系、開發(fā)動態(tài)優(yōu)化算法及多救援力量協(xié)同系統(tǒng)，有效提升了滅火救援效率與安全性。未來，隨著技術(shù)的不斷進步，無人機將在化工火災(zāi)救援中發(fā)揮更大作用，為保護人民群眾生命財產(chǎn)安全、促進化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

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