無人機在消防通信中的應用初探

■ 耿鐸 秦皇島市消防救援支隊

消防是應對各種突發事件的基本保障，隨著社會治安形勢的變化，消防單位應對各種突發事件的壓力不斷增大。在這種情況下，需要建立一個全天候、全方位、全流程的消防系統，才能有效地提升應急處置能力。其中，無人機的運用，一方面可以加強消防部門的信息搜集，一方面也可以在一定程度上為緊急情況的處置提供支持，從多個方面保證了對突發事件的處置效率。隨著科技的飛速發展，無人機也逐漸被開發出來，并且被廣泛地應用于各行各業，為各行各業帶來了翻天覆地的變化，無人機在全國各地的消防救援隊伍中取得了相當好的使用效果。然而，在實際運用中，由于消防部門對無人機的專業知識欠缺，致使消防通信員對其運用缺乏詳盡的認識，致使無人機在消防通信領域的應用局限于空中偵察，難以實現深入的應用。因此，文章就如何在消防通信中使用無人機的一些問題進行了探討，以期能為消防單位提供一些參考。

一、無人機技術概述

（一）技術形式

無人機即無人駕駛飛機，是一種通過程序控制或無線電控制設備的飛行器。近年來，無人機技術得到了快速發展，已經在農業，林業，國防等領域得到了廣泛應用。目前，我國無人機在民用領域的應用還處于初級階段，市場前景廣闊。無人機在軍事監視和偵察領域的應用大放異彩，已成為戰場上不可或缺的作戰工具，在這一領域得到了快速發展。全球信息化水平日益提高，無人機技術在各個領域的應用也日趨廣泛。無人機作為自動化的先進武器，必須有自己的智能化思想，并且要有先進的電子技術和計算技術，使無人機能夠根據傳感器提供的信息自動完成對目標體的搜索[1]。無人機系統中每個設備都是一個系統，通過對這些設備的集成，使得無人機的性能大大提高。對于無人機系統來說，不僅包括雷達、通信設備、傳感器、機械裝置、電源等機械系統，還包括通信、導航、控制系統以及其他應用模塊。在無人機系統中集成以上一些模塊之后，可以大大簡化了無人機使用所需的設備種類，也簡化了生產操作。

無人機存在多種形式，如多旋翼無人機通常是采用多個旋翼并形成一個機頭，利用這類機頭的特點，可以使得無人機在沒有動力裝置支持的情況下實現對目標的識別與定位。由于多旋翼翼組都為采用對稱軸或對稱對角線旋轉，提供了極大可能，因此很多無人機采用多旋翼進行飛行，多旋翼機具有較高的可擴展性，這也是未來無人機在偵查方面所具有的優勢所在；雙軸穩定翼是一種由螺旋槳驅動的雙發螺旋槳飛機，具有更大的升力，因此能夠提供更高的升力來實現對螺旋槳提供的推力進行控制。當螺旋槳旋轉時，飛機能夠快速地完成升力控制并通過尾翼釋放升力，從而實現對機身和無人機產生推力。

（二）無人機功能模式

無人機功能架構指用于處理飛行數據，并將數據傳送到數據中心的一系列工具，其中最重要的是數據存儲、地圖、任務規劃以及監控飛行計劃。無人機包括任務規劃器、通信設備、遙控器、云臺等，每個組件都有其工作方式。系統架構可以將不同種類的系統進行連接或者將其整合到相同的一套軟件中。系統架構可以簡單地劃分為以下幾種功能模式：第一，簡單模式。其中最基本的工作原理是根據硬件系統的需求設計出相應的程序，然后將這些程序用來控制飛機。當飛機飛到一個高度時，任務規劃器開始執行一個初始化項目，并以每個指令下各執行一個獨立動作來完成任務；第二，任務模式。無人機的任務是一種自動執行的任務模式，包括兩個方面：一個是自動飛行，另一個是自動導航。由于每個執行模式之間不需要進行信息交換，所以可以簡單地通過執行一些任務來確定任務目標。另外，某些自動飛行任務還需要與控制設備通信來完成任務，這樣大大提高了任務效率，同時也提高了工作安全性；第三，飛行模式。飛行模式主要由控制模塊和飛行平臺組成，控制模塊負責將任務計劃發送到空中傳感器節點，將其定位并執行相應的任務。任務完成后，任務規劃器發送給控制模塊，然后任務規劃器將飛行信息傳遞給云臺系統。通過空中遙控系統接收飛行數據，然后實時將數據傳回云臺系統，云臺進行數據分析，得到任務計劃圖反饋給任務規劃器之后執行飛行任務[2]。

（三）無人機關鍵技術

近年來，無人機技術的發展日新月異，從簡單的飛行平臺到性能強大的大型無人機系統、飛行控制系統、航跡規劃等無人機應用系統，為人類社會發展提供了極大的便利。第一，飛控技術。所謂“飛控”，就是“無人機的大腦”，可以讓無人機在空中保持平穩的姿態，這也和飛機模型存在區別。從功能上來看，飛控系統主要由主控制部分、接口部分、數據采集部分、信號處理部分、操舵部分組成。飛控系統對各個傳感器的飛行狀況進行了實時采集，并通過無線電測控終端向地面測控臺的上行通道發出控制指令和數據進行處理，然后將其輸出到執行單元，以完成無人機控制；無線通信技術。無人機內部的通信系統是整個系統中的重要組成部分，用于實現無人機之間的信息交換和傳遞。在一定條件下，無人機之間的通信可采用數字傳輸技術、微波通信技術、激光通信技術。其中，數字通信具有高速大容量、可靠、低延時、高速無線傳輸特性、抗電磁干擾能力強等特點，能進行各種通信方式轉換應用。隨著無人機的高速發展，其通信技術也逐漸成熟；第三，GPS 技術。GPS 即全球定位系統，定位技術具有高精度、高定位時間精度和高可靠性三大特點。隨著GPS 進入中國市場，使得我國無人機及導航衛星技術發展迅速。目前，國內主要無人機企業在民用導航衛星方面做了大量相關研究工作，衛星導航定位技術領域已經進入了一個新的階段[3]。

二、無人機在消防通信中的應用優勢

（一）機動性

按照型號不同，無人機可以分為小型和大型兩種。在消防通信領域，以小型無人機為主，這種無人機以其輕便、高可用性而著稱。一般來說，一架小型無人機的重量不超過100 公斤，只需要一兩個人就能完成操作[4]。同時，由于小型無人機的重量比較輕，易于操縱，可以迅速抵達指定位置，同時由于其起落高度要求比較低，所以在緊急情況下進行通信具有十分重要的作用。

（二）全面性

目前，各種信息技術在無人機中得到了廣泛的應用，不但拓寬了無人機的總體視野，而且為實時的數據和實地監測提供了有力的支撐。特別是在低空飛行時，利用信息技術可以將傳感器采集到的數據和信息實時傳輸給地面工作人員。此外，有些無人機還配備了紅外圖像、熱像儀等，這些儀器在使用中將會大大提升消防人員的工作效率[5]。

（三）簡便性

目前的無人機大部分都采用了智能技術，只需要簡單的操作就可以完成復雜的操作。而無人機上的遠程通信技術，則可以實現對火災環境進行全面監控。同時，用戶還可以將無人機的運行客戶端整合到一個公用的網絡中，實現對其進行多載體控制。

三、無人機在消防通信中的應用

（一）現場救災指揮

消防部門在到達現場后，往往會遇到各種各樣的問題，為了準確地判斷出現場的具體情況，往往需要對現場的各個方面進行全面調查。由于公眾突發事件現場的環境條件十分惡劣，必須對現場進行調查和收集，以確保救援工作的正常進行。與傳統的野外調查不同，無人機的活動范圍更大，傳感器可以迅速獲得周圍環境的各種信息，從而確定有沒有被困者[6]。另外，使用無人機可以有效地減少勘查人員的數量，在保證勘查結果的前提下，減少不必要的人員傷亡。

（二）事件發生地點的探測

在火災撲救過程中，消防部門經常會遭遇煙霧、高溫、低溫等惡劣氣候環境，難以判斷火場的方位。利用無人機搭載的傳感器和數據傳輸裝置，能夠對現場的各種情況進行實時采集，從而為消防人員對區域環境的識別提供重要依據。無人機是一種能夠在不同高度、不同角度進行情報采集的設備，能夠獲得更多的信息，方便消防部門對事件現場做出更加準確的判斷。另外，無人機還配備有紅外傳感器，能夠從多個角度采集事故現場的溫度，并與計算機技術相結合，在地面工作站上繪制出溫度分布圖。無人機的定位系統主要由數據采集模塊、數據傳輸模塊和無人機平臺組成，數據采集模塊包括通信模塊、導航模塊和姿態控制模塊等。無人機平臺可以實現無人機從空中到地面之間的通信、視頻圖像處理、飛行姿態控制的自動控制，數據傳輸模塊可以實時監測并自動將數據傳輸到地面控制站[7]。因此，無人機在飛行中，無論處于任何位置范圍內，總是能夠接收到環境信號并進行導航功能。導航技術不但能夠有效保障無人機在空中不受環境條件影響，還能夠快速地定位事件發生地點，使消防員快速抵達。

（三）實時監測災情的動態

隨著時間的推移，由公共事件引起的災害嚴重性也會發生動態的改變。但是，由于突發事件具有多重、隱蔽的特點，使得消防員難以從直觀的角度來判斷災情的演變狀況，從而導致制定的對策與現實不符。使用無人機后，能夠對地、空等多種形式的災害現場進行全面的監控，為消防部門的應急工作提供可靠的數據支撐，從而促進了措施實施的針對性，增強了整體的救災效果。利用無人機系統為消防員遠程提供即時氣象信息和天氣狀況信息，如氣溫、濕度、風速等變化信息。此外，通過無人機提供的數據，并結合現場的實際狀況，及時發布相應的命令，保證指揮的正確性，順利進行救援工作。

（四）現場通信的高效保障

無人機在火場進行低空飛行和近距離空中巡查作業時，具有非常高的可靠性，從而能為前線救援提供有力的技術保障。突發公共事件的發生和發展都在發生著巨大的變化，很難準確地判斷出現場具體情況，如果外界的信息無法及時傳達到一線，不僅會影響到消防工作的順利進行，還會危及一線消防員的生命。無人機在使用之后，可以通過通信模塊來加強保護現場的信息傳播，從而將外部的消息及時傳遞到前線。只要有了相應的技術，即使救援現場通信信號微弱、通信不暢，也可以為現場人員提供信息，從而提升搶險救災的效率，確保消防員的生命安全[8]。

四、結語

綜上所述，隨著無人機技術的飛速發展，在消防通信中的應用越來越廣泛。但是，由于無人機在消防通信中的應用還很短暫，還需要一段較長的、系統的研究，使之能夠適應消防通信的各種要求，并能有效地解決突發事件。科技的飛速發展，以及市場需求的不斷增長，飛行控制技術和相關設備都取得了巨大的進展。在消防部門的工作中，無人機的使用取得了長足的進步，憑借著靈活、開闊、簡單、安全等優勢，為消防部門提供了有力的支撐，同時也創新了消防通信工作方式。在今后，要進一步推進無人機技術在消防工作中運用，適應消防工作的需要，必須不斷拓寬運用途徑，提高技術水平，以最小的損耗取得明顯的效果。