無人機技術在消防通信中的應用探索

張新偉

摘 要：無人機技術已經逐步應用于消防領域，專業消防無人機可為消防工作提供極大的助力，目前消防救援機構基本都在部署消防無人機，而其主要作為消防應急通信的支撐手段，當然其也可以為消防工作提供一些其他幫助，本文重點就無人機技術在消防通信當中的應用展開分析探索，探索了無人機在消防領域的具體應用場景，并重點就消防通信方面探討了無人機的應用方式，指出其可以作為空中基站為受災區域提供通信服務，也可以作為消防通信系統前端設備，按物聯網方式組網，為消防應急指揮提供技術支持。

關鍵詞：無人機技術;消防無人機;消防通信;應用場景

隨著消防救援任務不斷加重，對消防通信保障要求越來越高，當發生災害或事故，可能導致通信系統遭到破壞，而緊急情況下，消防的反應速度將決定救援效果，移動信號通常需要依靠基站傳送，緊急情況下設立基站并不現實。因此，為了保障消防通信順暢，無人機成為一種非常關鍵的裝備。如何通過無人機技術構建起消防通信，這值得加強研究。

一、消防無人機概述

（一）消防無人機簡述。消防無人機是當前消防救援機構的新朋友，消防無人機耐高溫，會滅火，智能化，無需跑道可垂直起降，可在災害事故現場自由穿梭，可為消防指戰員提供通信應急保障。從通信的角度來講，消防無人機將類似于空中基站，當其飛到一定高度甚至將具備準衛星的應用特征，在其上加載通信模塊，可實現較為廣泛的區域覆蓋，實現目標區域通信保障工作，而且無人機平臺的成本并不高，相比較于衛星，簡直九牛一毛，而且可以重復使用，可返回升級，使用維護都非常方便。目前消防通信基本已有的通信手段是衛星通信、地面有線通信和蜂窩網絡，其中衛星是最常用也最有保障的，無人機若作為基站進入消防通信領域，將提供更多的可能性，在災難下進行應急通信保障顯然具有典型價值意義。

（二）消防無人機的應用場景。從消防救援機構的實戰需求上來講，消防無人機投入實戰中可實現如下功能。其一，消防偵察，當災難發生時，利用無人機進行偵察，可無視地形和環境，相比派遣消防員進入現場偵察更加安全高效，面對復雜災害現場，偵察小隊根本無法進入，無人機則可以代替，無人機偵察的效率更高，可以第一時間查明災害事故的關鍵因素，以便指揮人員正確決策。其二，消防無人機可針對瞬息萬變的災害事故現場進行跟蹤監測，尤其是在救援和處置事故過程中，無人機追蹤檢測，可以精準提供災情變化實際情況，以便于指揮部實時掌握動態情況，從而快速決策，最大限度降低損失。其三，消防無人機可實現輔助救援，無人機可以攜帶一些關鍵器材進入災害事故現場，可以空投物資，當攜帶擴音器，則可以遠程喊話，指揮受災人員撤離，或給予消防員指令，可充當臨時基站，建立無線通信鏈路，可應急測繪，航拍測繪，將災害事故現場情況隨時向指揮部發布。其四，輔助監督，利用無人機航拍設備對現場進行全面實時的監控，并存儲現場災情圖像，并且可將監控視頻與其他安防或消防檢控系統連接起來，實現數據信息共享。

二、消防無人機在消防通信中的應用

（一）典型消防無人機架構。一個無人機架構，有機體，通常為四軸無人機，其內集成控制器、通信模塊和外部設備如高清可見光攝像頭、紅外熱像儀、拋投設備、擴音器等，配套設備包括地面站點和無人機作業車等，其中控制器主要控制無人機姿態、外部設備作業，通信模塊則是基于地面站點通信的核心模塊。紅外熱像儀透過煙霧發現火點對消防員提供有利幫助，高清可見光攝像頭進行遠程拍照、攝像，防抖防摔，可以為遠程指揮車提供現場高清、多角度視頻資料，控制器依據相應算法可自動計算火場面積。智能傳感器，如氣體傳感器，可以識別火災現場一氧化碳等有害氣體，擴音器的聲音強度在100m范圍內可達到80dB以上，接收范圍在5公里，可用于災害事故現場秩序指揮和疏散指揮。拋投裝置可攜帶多種物資多次投放，可確保救援物資第一時間到達。通信模塊低延時，支持位置信息、姿態數據、巡檢數據實時回傳，并在地面站顯示，地面站則將實時數據信息上傳指揮部，實現高效指揮。

（二）無人機在消防通信中的具體應用方式。無人機在消防通信中的應用例子，如波多黎各遭遇強烈臺風災害后，AT&T公司在波多黎各投放了“飛牛”無人機為當地提供緊急4G信號，每個無人機可以提供覆蓋36平方公里區域的信號。諾基亞公司更進一步，將警察和消防車輛變為指揮控制中心，幫助救援者在緊急時刻更為迅速地做出決策，由此消防車就有了自己的4G網絡，可以在方圓50公里內支持移動信號。消防人員發射無人機，通過無人機上的外設對現場進行實時監控，并隨時通過通信模塊將數據上傳。具體來看可以讓無人機搭載局域網單元，可以在災害事故現場搭建空間局域網，提供信息服務，有效支撐現場調度指揮。當然這需要無人機搭載相應的設備，把無人機作為空中移動基站來使用。

目前國內消防通信應急保障中，無人機是主要設備，布控球也是關鍵圖傳設備。在具體的應用中，為了發揮無人機最大的優勢，按如下思路考慮。即消防救援機構轄區內若出現災害事故，應急指揮車輛趕赴現場附近，放飛無人機偵察災害事故現場實際情況，并將現場圖像實時回傳至無人機操控手旁邊的監視器，數據進一步分發給指揮車和指揮中心，為了方便無人機操作，以及數據的接收發送，需要在現場架設無線遙控天線以及圖傳接收天線用以擴大通信范圍。

基于上述思路，構筑如下系統，包含無人機（設備集成），應急通信車。傳輸鏈路，可按如下方式構建，前端以應急指揮車為節點，無人機由應急指揮車攜帶，通過無線網絡實現無人機和應急車之間的連接，無人機的數據進一步通過制高點基站分發，通過有線網絡將數據上傳至指揮中心。這一通信系統中制高點基站要安裝無線圖傳和無線遙控天線，提高信號覆蓋范圍，無人機操作靈活，可實現多種業務，廣播式傳輸，實現高清無線圖傳，可拍攝高清視頻或照片，可全天候飛行。

（三）無人機應用的思考。目前國內消防救援機構使用的無人機建設周期短，可快速形成能力，前期投資小收益見效快，消防救援機構可以基于無人機快速到達，靈活部署，實現需求快速響應，滿足受災地區特殊任務場景需求，提供各種接入手段，提供各種現場監控手段，方便消防救援指揮工作的開展。

但依托目前的技術來講，無人機在消防通信中的應用上存在一些短板，比如續航時間不足，載重量不足等，為了確保靈活部署，同時對操控手的要求非常高，實踐中，消防救援機構在逐步部署消防無人機，實際應用中也發揮了一定優勢，具體應用上如2020年泉州酒店垮塌事故中，無人機發揮了巨大作用，對現場調度指揮起到了關鍵支撐作用，但不可忽視的是無人機續航時間問題，智能化問題，特別是要采取無人機集群的情況下，智能化和續航時間是必須要突破的技術關鍵點。

三、結束語

無人機在消防領域有著廣泛的應用價值前景，實踐中也有利用無人機的實例，在消防通信領域，無人機可以沖淡空中基站，也可以作為消防應急通信的前端裝備，支撐現場指揮車、指揮中心進行高效指揮，同時也幫助消防人員展開災害事故處理工作。隨著技術的進步，后續更加高智能、高續航的無人機必定會投入運用，進一步強化其在消防領域的實用價值。

參考文獻

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