無人機在城市火災監測中的應用

閻炫彤++祝效華

摘 要：火災對人類危害巨大，傳統靠人力觀察的火災監測方法因監測范圍有限、地域環境復雜等因素，增加了監測成本，還極有可能造成人員傷亡。隨著無人機技術的迅猛發展，其在城市火災防護、預警中得到了良好的應用前景。討論了無人機在火災監測中的選型準則，研究了無人機遙感技術、救援技術在城市火災中的應用，總結了無人機遙感技術在城市火災監測方面的優缺點，并對無人機火災救援技術的發展作出了展望。

關鍵詞：無人機；火災；遙感技術；救援技術

中圖分類號：V279+.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.124

隨著城鎮化速度的加快和城市人口的快速增長，城市的高層建筑日益增多，這些都增加了火災發生的潛在隱患，給火災的防護救援工作帶來了巨大的挑戰。

據統計，1979—2010年，除了森林、草原和礦井火災以外，我國共發生特別重大火災39起，死亡2 474人，直接財產損失達79 611.11億元。20世紀七八十年代，我國年平均火災損失分別為2.5億元、3.2億元以上；20世紀90年代以來，年平均火災損失快速上升至十幾億元；2004—2006年，全國范圍內共發生火災分別為25.3萬起、23.6萬起、22.3萬起，傷亡人數分別為5 527人、5 002人、2 956 人，直接損失分別為16.7億元、13.6億元、7.8億元。

這些觸目驚心的數據表明火災對人類的危害巨大，是現在文明社會中最具破壞力的災害現象之一，火災的防護工作已成為擺在我們面前刻不容緩的問題。而無人機憑借獲取遙感數據及其全天候、高精度、高效快速的技術優點，能大大提高火災信息的捕獲概率，為現代化城市的火災監測提供了新方法。

1 無人機的分類及選型

1.1 無人機分類

無人機主要由飛機本體、飛控系統、數據鏈系統、發射回收系統、電源系統及搭載的其它電子設施等組成。評判無人機性能的重要性能指標主要包括各種飛行參數、額定載重和續航時間。

無人機可在軍用和民用領域廣泛應用，依照飛行方式可分為旋翼無人機、固定翼無人機等。依照無人機的任務、性能、設計特色分類的話，可分為戰術和持久型無人機、中型、小型和微型直升機等。其中，中型無人機是目前無人機飛行控制研究中的主要研究對象，因為與其他種類無人機相比，它具有續航久、載重大、價格低、飛行相對靈活、起降要求低等明顯優勢，并能適應復雜多變的環境，在實際應用中得到了廣泛應用。

1.2 無人機選型

在城市火災監測應用的無人機主要包括無人直升機和固定翼無人機，其主要性能如表1所示。

為了滿足無人機在火災事故的應用，無人機應具備續航時間長、抗風能力強，空中懸停及搭載光學系統的功能，同時，還應具備較好的信息傳輸能力。由表1可知，在城市火災監測作業中，直升機與固定翼機相比，具備懸停、垂直起降及較強的載荷能力，因而無人直升機比固定翼機優勢更大。此外，無人直升機還具有自主起降特性功能，該功能無需人工干預，可自主飛行，因此，進一步提高了無人直升機在火災監測中的應用性能。

無人直升機可依據不同的地形及工作要求進行選型。各類無人直升機性能如表 2所示。目前，城市火災監測中，無人機多為小型和微型機型，而中型無人直升機的使用還處于初級階段。隨著無人機機型的增大，其續航能力、工作范圍和抗風能力也會相應提升。

2 無人機在城市火災監測中的應用

2.1 無人機遙感技術

無人機遙感技術就是集合了無人機飛行、遙感和遙測、衛星定位和數據通訊，能夠自動獲取相關信息，完成無人機航拍數據的處理、建模和形成遙感影像的技術。城市火情在線監測就是利用無人機遙感技術實現重大火災事故的防護與預警的。

傳統火災監視是通過相關人員到受災地方進行觀測，費時費力，且災情觀測不全面。而利用無人機可實現自動判定災害體的位置和計算災害量，利用災情電子沙盤，不僅可為火災現場指揮和決策提供直觀和可靠的依據，且可大大降低人員的作業風險。在城市特殊場所中，比如物流倉庫、電力調配中心和高層建筑物等地，派遣無人機進行實時監控，以確保火災信息盡早傳達到城市消防中心。

2.2 無人機輔助救火技術

當發生大規模火災時，通常采用飛機與救災人員的協同救火作業，這樣可以大幅提高工作效率，但在一些復雜環境條件下，會使飛行員的通信及定位受到干擾，甚至危機人員的生命安全，因此，救火無人機得到了廣泛使用。

當前，救火無人機通常都具備操控簡單、短距離起降、風中穩定強的特性。操作人員通過無人機可以全面監視和判定火災情況，人們只需要負責無人機的起降操控，而無人機的飛行軌道、拍攝等都是電腦提前設置好的，普通人員通過短期培訓后就可操作無人機進行防災救援作業。

3 無人機在火災監測中的優缺點

無人機除了在軍用方面迅猛發展外，在民用方面的應用也越來越多，尤其是在遙感應用方面，易獲取數碼影像、進行大比例尺測圖及實時監測災情等。與其他信息獲取方式相比，無人機平臺擁有獨特的優勢。

3.1 無人機造價和事故發生率較低

無人機機身材質主要是碳纖維或玻璃纖維等復合材料，如果無人機在飛行或運輸時出現破損，可隨時更換，維修成本低，且用1臺高配置的電腦就可以進行數據處理。

3.2 操作簡易

無人機的機動性、靈活性使得它起飛和降落無需專門的跑道場地，可以靈活地在滑跑、車載、滑降等地飛行，且操控非常容易。

3.3 運輸方便

無人機體積小、質量輕，一般長度不大于10 m，運輸非常方便，甚至可以直接放在車里進行運輸。

3.4 作業安全性能高

在惡劣的氣候和復雜地形中，無人機可替代救援人員進行相關的危險作業，避免人員傷亡，這也是無人機的重要特點。

無人機與傳統方法相比，仍有一些不足之處，比如無人機的飛行航線多是固定的，飛行時在其他信號的干擾下會發生通信延遲，尤其是在惡劣的天氣以及高層建筑等復雜環境下，其操縱性能會大大降低。

4 結束語

無人機在未來必將在城市火災監測中發揮巨大的作用，通過對無人機在城市火災監測中的探索，得出了以下結論：①有針對性地研制新型無人機。提升無人機技術的性能，研制適用于城市地形的重載、長續航能力無人機。②提高航拍質量和信息傳輸能力。天氣條件、信號干擾等因素對無人機實時監測的影響很大，要提高無人機抵抗不利因素的能力，保證災情信息的及時傳輸。③建立全城市全地形監測。現有無人機只能做到火災高發地區的實時在線監控，今后可通過利用無人機火災監測系統，實現無人機在全城市中的“衛星式”覆蓋監測。

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作者簡介：閻炫彤（1998—），男，江蘇宿遷人，現寶雞中學學習。祝效華（1978—），山東菏澤人，博士（后），教授，中國機械動力學學會理事。

〔編輯：張思楠〕