無(wú)人機(jī)在消防滅火救援工作中的應(yīng)用研究

（武威職業(yè)學(xué)院，武威 733000）

傳統(tǒng)技術(shù)收單在國(guó)內(nèi)消防救火現(xiàn)場(chǎng)，使用的較多的仍是消防云梯進(jìn)行救援.然而，我國(guó)消防車云梯高度大部分停留在68米以下，僅相當(dāng)于高層建筑的18層，已不能滿足超高樓層的救援需要.另外，高層消防車造價(jià)高，不易維護(hù)，城市機(jī)動(dòng)性差，對(duì)高層救援有一定的局限性。因此在消防滅火救援過(guò)程中，借助發(fā)揮出無(wú)人機(jī)無(wú)人偵察手段，使得滅火救援工作能夠順利開展，已經(jīng)成為當(dāng)前普遍采用的技術(shù)手段。在消防滅火救援過(guò)程中，無(wú)人機(jī)的迅速準(zhǔn)確的技術(shù)應(yīng)用，幫助火災(zāi)救援得到更好的救援效果，而且避免受到干擾因素的影響，在實(shí)際的消防滅火救援中，受到火災(zāi)救援現(xiàn)場(chǎng)指揮的好評(píng)。

1 無(wú)人機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中都得到了很意想不到的成果，其具有的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)是傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備所無(wú)法比擬的。在消防滅火救援工作中，無(wú)人機(jī)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)揮出巨大的作用，對(duì)于被困的人民群眾的生命安全等予以保護(hù)。由于火災(zāi)本身具有的突發(fā)性和危害性，往往在發(fā)生之后還會(huì)發(fā)生蔓延，不僅對(duì)財(cái)產(chǎn)造成危險(xiǎn)，而且對(duì)人民群眾的生命安全造成威脅。

（1）無(wú)人機(jī)技術(shù)在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行救援，不論是財(cái)產(chǎn)的勘察，還是對(duì)于被困人民群眾解救，都起到了重要的作用。火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況往往無(wú)法進(jìn)行全面勘測(cè)，傳統(tǒng)的人工了解往往危險(xiǎn)性較大，無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)，解決了很多火災(zāi)救援現(xiàn)場(chǎng)中，傳統(tǒng)方法無(wú)法克服的問題。首先，無(wú)人機(jī)維護(hù)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，在自身無(wú)需專用的起落機(jī)場(chǎng)的前提下，可以在危險(xiǎn)的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察和運(yùn)輸。無(wú)人機(jī)的飛行只需要進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，駕駛員不需要在現(xiàn)場(chǎng)冒險(xiǎn)，而且短短的時(shí)間內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際的操作，沒有任何危險(xiǎn)。同時(shí)無(wú)人機(jī)本身制造成本比較低廉，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)救援過(guò)程中，一旦發(fā)生危險(xiǎn)所造成的損失較小，而且對(duì)于復(fù)雜地形來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)可以隨時(shí)隨地的進(jìn)行起飛和降落[1]。

無(wú)人機(jī)操作起來(lái)可以改變飛行方向，中途調(diào)整為無(wú)線操作，也可以實(shí)時(shí)操作，是無(wú)人機(jī)的特征，可以實(shí)現(xiàn)多種操作方式，并且提前進(jìn)行飛行路線的預(yù)設(shè)，快速飛往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行任務(wù)的執(zhí)行，往往通過(guò)幾分鐘就可以完成。火災(zāi)的案突發(fā)性是非常顯著的，一旦發(fā)生火災(zāi)，無(wú)人機(jī)就可以第一時(shí)間進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)了解情況。在工作現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中，快速給予全方待命的消防人員已明確的指示，是無(wú)人機(jī)的特征。短時(shí)間之內(nèi)無(wú)人機(jī)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，使用機(jī)載攝像頭，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行攝像和拍照，依靠無(wú)人機(jī)上的生命探測(cè)系統(tǒng)，還可以對(duì)被困群眾進(jìn)行尋找。

（2）消防滅火救援中，無(wú)人機(jī)具有其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行災(zāi)情的偵查，在就緒消防滅火救援過(guò)程中，需要對(duì)災(zāi)情進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)偵查，此時(shí)無(wú)人機(jī)可以擔(dān)綱重任，進(jìn)行大范圍的搜索和偵察。應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，無(wú)人機(jī)可以代替消防隊(duì)員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的偵查，并且不存在任何危險(xiǎn)。而且相對(duì)傳統(tǒng)的人為人力偵察偵察范圍小，存在較大風(fēng)險(xiǎn)來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)的效率更高，可以進(jìn)行積極的偵查，并且設(shè)備使用上成本較低，一旦發(fā)生險(xiǎn)情，也不會(huì)造成巨大的損失[2]。

（3）無(wú)人機(jī)具有機(jī)動(dòng)性好的特點(diǎn)，可以進(jìn)行監(jiān)控和跟蹤。在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的重要設(shè)備節(jié)點(diǎn)和火災(zāi)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行有效的監(jiān)控和跟蹤，其有效性非常強(qiáng)，使用過(guò)程中無(wú)人機(jī)能夠發(fā)揮出其他設(shè)備無(wú)法達(dá)到的作用，進(jìn)行合理的監(jiān)控和追蹤，提高消防滅火救援工作整體效率。無(wú)人機(jī)在進(jìn)行輔助救援上也能發(fā)揮出巨大作用。例如像火災(zāi)救援現(xiàn)場(chǎng)傳遞信息，進(jìn)行災(zāi)情偵察和監(jiān)控跟蹤之后，全面掌握了火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。此時(shí)無(wú)人機(jī)可以向現(xiàn)場(chǎng)投放特殊的救援設(shè)備，有效開展火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的立即救援，其他設(shè)備上不能達(dá)到此種效果。輔助監(jiān)督的工作應(yīng)用包括由于消防滅火救援工作相對(duì)復(fù)雜，全面掌握火災(zāi)情況和救援情況，無(wú)人機(jī)可以對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行管理和監(jiān)督，及時(shí)的將現(xiàn)場(chǎng)的信息傳遞給后方指揮場(chǎng)所，滿足救援工作的實(shí)際需求，為后方指揮人員制定有效機(jī)緣策略提供參考。一旦確定被困群眾的具體方位，立刻傳輸?shù)胶蠓街笓]現(xiàn)場(chǎng)，由指揮現(xiàn)場(chǎng)的人員對(duì)于被困位置和人員的情況以及火災(zāi)蔓延的程度進(jìn)行判斷，快速給予前方待命的消防人員，已只是幫助消防人員迅速抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)救助被困人員。

2 無(wú)人機(jī)在火災(zāi)救援現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

（1）無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)就是無(wú)人駕駛其采用飛機(jī)機(jī)體飛控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)等組成，成本較為低廉，保護(hù)和維修起來(lái)比較顯變。另外由于不需要專用場(chǎng)地進(jìn)行停放，因此無(wú)人機(jī)在危險(xiǎn)領(lǐng)域進(jìn)行緊急飛行任務(wù)的執(zhí)行不受任何條件的影響，包括不良?xì)夂驐l件，無(wú)人機(jī)集群主要是單個(gè)個(gè)體的能力和治理情況有限的前提下，通過(guò)一定的交互和聚集，形成了無(wú)人機(jī)群體，在整體上形成集群智能[3]。

（2）無(wú)人機(jī)火情偵測(cè)系統(tǒng)方案圖。

3 無(wú)人機(jī)機(jī)群在消防滅火救援工作中的自主協(xié)同決策機(jī)制

（1）協(xié)同決策機(jī)制，通過(guò)無(wú)人機(jī)集群的執(zhí)行任務(wù)中的自組織網(wǎng)絡(luò)算法，在多機(jī)協(xié)同碰撞問題上，無(wú)人機(jī)集群能夠感知周圍的狀態(tài)，一旦發(fā)生相撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則可以進(jìn)行相互排斥，并按照預(yù)定路線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

（2）協(xié)同搜索機(jī)制，可以確定好搜索的位置，對(duì)于火源大體位置信息進(jìn)行勘測(cè)，得到精確位置和周邊的情況以后，在進(jìn)行火源存在區(qū)域范圍內(nèi)的全覆蓋，協(xié)同搜索策略的實(shí)施，為每家為無(wú)人機(jī)可以先行進(jìn)行火源搜索的設(shè)置，同時(shí)劃定好搜索路徑，以確定火源位置之后，達(dá)成搜索任務(wù)的完成[4]。

（3）協(xié)同定位機(jī)制，例如采用AOA信號(hào)定位方法，對(duì)于未知節(jié)點(diǎn)的位置，采用相對(duì)方位和角度的方法，運(yùn)用發(fā)射節(jié)點(diǎn)信號(hào)到達(dá)硬件設(shè)備設(shè)置的方向。在測(cè)距的定位算法上，常見有無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自定位算法，定位精度較高，算法通訊開銷低，協(xié)同頭的滅火機(jī)制則依據(jù)飛行高度，按照自身高度層設(shè)置，飛往火源上空，在進(jìn)行火源的定位和火源發(fā)生原因判斷之后，將相關(guān)信息進(jìn)行發(fā)送。根據(jù)火源決策出無(wú)人機(jī)數(shù)量，按照由低到高的順序進(jìn)行次序排列并且返航。

消防無(wú)人機(jī)機(jī)群基本工作流程

在接到出動(dòng)命令之后，消防站確定好消防站轄區(qū)面積，在燃燒以及火災(zāi)發(fā)生的區(qū)域進(jìn)行火災(zāi)的報(bào)警，消防站接到報(bào)警任務(wù)之后車輛出警，并攜帶消防無(wú)人機(jī)集群完成1-3架偵察無(wú)人機(jī)的路徑規(guī)劃和放飛設(shè)定。到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)之后，偵查無(wú)人機(jī)迅速將獲取的貨場(chǎng)圖景信息和火場(chǎng)的精確定位信息進(jìn)行了傳送。地面站再得到信息之后，將火勢(shì)大小和火場(chǎng)面積加以確定，通過(guò)地面站軟件進(jìn)行滅火，無(wú)人機(jī)的起飛，以及實(shí)施情況的獲取等工作。無(wú)消防彈的面火無(wú)人機(jī)自動(dòng)返航，有消防彈的無(wú)人機(jī)則根據(jù)火勢(shì)進(jìn)行區(qū)域的投彈，將自身攜帶滅火彈的實(shí)時(shí)數(shù)量，發(fā)送之后再返黃地面人員在對(duì)返航的無(wú)人機(jī)進(jìn)行滅火彈的天裝。偵察無(wú)人機(jī)子群則與滅火無(wú)人機(jī)子群相互進(jìn)行組網(wǎng)通信，帶到明火被撲滅之后，偵察無(wú)人機(jī)還要停留在火場(chǎng)周圍進(jìn)行監(jiān)視和評(píng)估。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)集群能夠及時(shí)掌控災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)情況，在任務(wù)執(zhí)行上自主性和智能性較高，能夠幫助現(xiàn)場(chǎng)指揮人員對(duì)災(zāi)情進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，利用消防無(wú)人機(jī)在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)救援中發(fā)揮出巨大作用，尤其是在滅火過(guò)程中，其應(yīng)用意義非常深遠(yuǎn)。目前無(wú)人機(jī)在操作上較為簡(jiǎn)單，復(fù)雜性還不足，技術(shù)應(yīng)用尚處在初步階段，應(yīng)該進(jìn)行不斷的創(chuàng)新和完善，使得無(wú)人機(jī)集群在消防應(yīng)用中適應(yīng)實(shí)際需求，通過(guò)消防單位和研發(fā)機(jī)構(gòu)的共同努力，發(fā)揮其更大的綜合效益。