無人機機巢在消防應(yīng)急救援中的應(yīng)用

作者簡介：

曾江波（1984- ），男，漢族，浙江建德人，碩士研究生，研究方向：消防通信。

摘要：無人機機巢在各種火情現(xiàn)場的消防應(yīng)急救援中發(fā)揮了重要作用，改變了以往的偵查模式，大大減少消防應(yīng)急救援人員的傷亡率，提高了任務(wù)的完成質(zhì)量，挽救了群眾的生命和財產(chǎn)，是未來需要大力推廣和發(fā)展的新型消防救援形式。本文就無人機機巢的特性以及在消防應(yīng)急救援中的應(yīng)用要點做了簡要分析。

關(guān)鍵詞：無人機；火災(zāi)救援；應(yīng)用分析

引言

近年來，隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新型智能技術(shù)與無人機不斷融合，無線充電、自主飛行、視覺避障、集成芯片等關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，無人機朝著更加智能化、人性化方向發(fā)展。因此，消防應(yīng)急救援隊伍要搶抓數(shù)智化變革有利契機，緊密圍繞“一短三快”初戰(zhàn)機制改革出發(fā)點，試點推進(jìn)無人機智能機巢應(yīng)用建設(shè)，全方位探索信息技術(shù)服務(wù)主責(zé)主業(yè)多元路徑，創(chuàng)新先行，務(wù)實舉措，全力打好智慧消防建設(shè)組合拳。無人機機巢以其特有的技術(shù)性能優(yōu)勢成為近年來火場偵查利器，在未來的消防應(yīng)急救援體系建設(shè)中，必須將無人機機巢為主的自動化救援作為建設(shè)重點，提高救援滅火效率，減少不必要的人員財產(chǎn)損失。

一、無人機機巢簡介

近年來，無人機機巢形成了較為成熟的分型。根據(jù)無人機機巢的大小，無人機機巢可以分為大型無人機機巢、中型無人機機巢和小型無人機機巢。根據(jù)無人機電池的補能形式，則可以分為充電機巢和換電機巢。同時，智能機巢是無人機遠(yuǎn)程精準(zhǔn)起降平臺，是無人機穩(wěn)固的“家”，能夠抵抗強風(fēng)和暴雨等惡劣天氣。機巢與智慧巡檢機群作業(yè)控制中心互聯(lián)互通，實現(xiàn)自動儲存無人機，智能自動充電，狀態(tài)實時監(jiān)控，自動傳輸數(shù)據(jù)[1]。其一般具以下優(yōu)勢：

第一，嚴(yán)格按照長期野外靜置設(shè)備開發(fā)，設(shè)備防水、防潮、恒溫，結(jié)構(gòu)具有一定的防拆除、防移動、防雷電功能。

第二，具有無人機輔助降落平臺，保證無人機通過視覺、RTK定位的方式安全降落。

第三，安全可靠的接觸式充電系統(tǒng)，充電效率等同于原始充電器效率。

第四，可加配氣象監(jiān)測和分析功能，能夠迅速監(jiān)測現(xiàn)場溫度、雨雪情況、風(fēng)速風(fēng)向等氣象信息。

第五，配備獨立應(yīng)急電源，即使突然出現(xiàn)斷電情況，也能保證機巢的正常使用，為無人機安全降落和執(zhí)行任務(wù)的安全性保駕護(hù)航。

第六，擁有為無人機自動充電和上傳數(shù)據(jù)到指揮中心的功能，輔助控制中心保養(yǎng)維護(hù)無人機和數(shù)據(jù)提取。

第七，內(nèi)部使用模塊化設(shè)計，方便后期維護(hù)。

二、無人機機巢類型選擇

在具體的應(yīng)用場景中，無人機機巢類型的選擇影響著無人機偵察任務(wù)能否有效執(zhí)行。

（一）根據(jù)飛行環(huán)境需求，選擇無人機和對應(yīng)機機巢類型

在復(fù)雜的飛行環(huán)境下，小型無人機更靈活安全，能夠完成更加靈活的偵察任務(wù)，但是其抗風(fēng)和掛載能力較弱。而中、大型無人機在作業(yè)靈活性、拓展性上更具優(yōu)勢，能夠滿足更加豐富的偵察需求。比如中型、大型無人機可支持掛載飛行大腦、搭載5G模塊，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離直播推流和遠(yuǎn)程手動控制，完成飛行異常的自動處理等任務(wù)；在具體的業(yè)務(wù)場景中，還可根據(jù)實際情況，進(jìn)行云臺掛載的更換或者其他輔助設(shè)備，如爆閃燈、探照燈、自組網(wǎng)通信、防落水裝置等，以此應(yīng)對實際作業(yè)的需要[2]。

一般來說，根據(jù)無人機類型對應(yīng)可適配的無人機機巢類型即可，并根據(jù)場景需求靈活選用無人機。

（二）根據(jù)飛行頻次需求，選擇充電機巢或換電機巢

無人機機巢類型的另一個重要方面是飛行頻次的需求所對應(yīng)的充換電能力。在飛行頻次較高或者單個任務(wù)無法一次飛行完成的情況下，需要做連續(xù)不間斷飛行，這類場景往往用換電的自動機巢來滿足需求，此時換電版本對于機巢的利用率將遠(yuǎn)高于充電機巢。對于飛行頻次無特別要求的部分應(yīng)用場景，如一天3到4架次的飛行，充電機巢就可以滿足定期巡檢需求。

三、無人機機巢在消防火災(zāi)救援工作中的應(yīng)用

（一）無人機機巢在消防領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢

從現(xiàn)實角度來講，火災(zāi)救援中，無人機機巢應(yīng)用有眾多優(yōu)勢，第一，可以逐漸提升偵察能力，保證火災(zāi)位置預(yù)測的準(zhǔn)確性。在特殊的環(huán)境和地理條件下，消防工作人員若是無法及時趕到現(xiàn)場，就可以使用無人機機巢獲取現(xiàn)場火災(zāi)情況，為火災(zāi)救援方案制定提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。第二，提升災(zāi)情的掌握能力。消防應(yīng)急救援力量可以在災(zāi)害發(fā)生的初始階段使用無人機進(jìn)入現(xiàn)場，通過無人機機巢獲取的數(shù)據(jù)和自身想法進(jìn)行對比分析，以判斷火災(zāi)的初步程度，對火災(zāi)治理有一定的幫助。第三，保證火災(zāi)信息獲取更加客觀。使用無人機機巢的方式可以在高空觀察火情，工作人員可以根據(jù)獲取到的信息，制定相應(yīng)的救助方案，同時也為撤離工作提供了關(guān)鍵信息。使用無人機機巢的方式對災(zāi)后重建也有著很大的幫助，能夠整體提升恢復(fù)重建工作的效率，而且無人機機巢還會將拍到的信息錄入數(shù)據(jù)庫，為后期的災(zāi)害救援奠定穩(wěn)定基礎(chǔ)。

（二）無人機機巢在消防任務(wù)中的應(yīng)用領(lǐng)域

無人機機巢具有很強的兼容性和開放性，能夠搭載多樣化的功能模塊，利用多元信息收集模塊設(shè)備，可以讓無人機機巢及時偵測到火災(zāi)現(xiàn)場有害高溫氣體濃度、含量和溫度以及流向、流速等信息、整個火勢的蔓延趨勢情況以及受困人員的具體方位等，為后續(xù)救援和滅火方案確定提供準(zhǔn)確、及時、詳細(xì)的一手資料。該功能通常分為城市建筑火場偵查與森林火災(zāi)火情偵查，功能模塊含有抗高溫高清攝錄設(shè)備、氣體分析設(shè)備以及紅外熱成像和生命感應(yīng)設(shè)備等，其中攝錄裝置能夠真實地傳回火場景象，幫助指揮中心進(jìn)行指揮決策，紅外熱成像裝置實現(xiàn)火場溫度分布的碎片化分析，氣體分析裝置判斷有毒氣體的種類和含量，在經(jīng)過多維度的信息采集后，借助高性能計算機的高速運算，結(jié)合三維信息建模工具，無人機機巢可以構(gòu)建立體全方位的火災(zāi)火情模型，為后臺指揮中心提供更加精準(zhǔn)、全面的參考信息 [3]。

在森林火情偵查中，無人機機巢可以在火災(zāi)季節(jié)的高發(fā)期進(jìn)行高頻次、全地域的持續(xù)巡查，巡飛到人員和地面設(shè)備難以進(jìn)入的原始森林、自然保護(hù)區(qū)等地區(qū)，及時傳輸火災(zāi)隱患信息。一旦有高?；鹁A(yù)警信號，會在第一時間傳遞給地面的森林防火中心，以便其在最短時間內(nèi)做出反應(yīng)，最大限度減少森林火災(zāi)的過火面積。此外，靈活機動、響應(yīng)迅速的特點也讓無人機機巢在飛行控制與調(diào)度上更加方便和精準(zhǔn)，后臺控制中心可以通過通信網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星信號對無人機機巢實施近中遠(yuǎn)程的控制，而且根據(jù)無人機機巢傳回的三維可視化界面，更為準(zhǔn)確地去調(diào)節(jié)無人機機巢的飛行姿態(tài)、速度、高度，確保在無人機機巢自身安全情況下完成急難險重任務(wù)。當(dāng)前，隨著智能化技術(shù)的不斷進(jìn)步，無人機機巢的自動駕駛能力更加強大，加之機上搭載的傳感器更加精確，很多調(diào)控已經(jīng)可以實現(xiàn)高度自主化，能夠克服人為操作時的經(jīng)驗情緒影響，有效實施火災(zāi)救援、偵查和滅火等任務(wù)，并且在感應(yīng)到機內(nèi)出現(xiàn)故障時可以自主返航。這項功能已在我國某型號的無人機機巢試驗中得到了驗證，無人機機巢在控制和調(diào)度上已經(jīng)能夠達(dá)到精確化、智能化、自動化相融合的水平[4]。

在接到警情后，部署于機巢內(nèi)的無人機可替代消防應(yīng)急救援人員以最快速度、第一時間優(yōu)先到達(dá)現(xiàn)場，進(jìn)行先期偵查。同時，懸停于事故災(zāi)害現(xiàn)場，提供高空視角，形成三維立體監(jiān)控，使各級指揮中心更快捷地取得三維視角、現(xiàn)場全面信息，為救援力量抵達(dá)現(xiàn)場爭取到寶貴時間，提高接處警調(diào)度處置效率。

“無人機+智能機巢”一體化的應(yīng)用系統(tǒng)將顯著改善傳統(tǒng)人工手動飛行模式，降低人員參與程度，解決不敢飛、飛不好的問題。因此，要根據(jù)試點建設(shè)應(yīng)用情況，有序部署無人機機巢選址建設(shè)，著力試點建成一批，重點謀劃一批，輻射帶動一批，逐步推動“一機一巢”向“多機多巢”邁進(jìn)，不斷織密低空飛行網(wǎng)絡(luò)。通過多機協(xié)同作業(yè)，多艙接力飛行，為滅火救援高效、安全開展提供強有力的輔助技術(shù)支撐保障[5]。

（三）消防無人機機巢的功能拓展探究

為逐漸提升無人機機巢的救火與消防功能，需要對已有無人機機巢進(jìn)行功能拓展。本文通過實際研究得出，無人機機巢必須具備空中監(jiān)測功能。在消防無人機機巢的頭部添加紅外線成像設(shè)備，這樣可以對火場進(jìn)行多角度記錄與分析，并將得到的信息傳輸給救火人員。無人機機巢中還要添加輔助滅火功能，在消防人員無法進(jìn)入的現(xiàn)場灑入滅火劑，由地面控制確定噴灑位置和噴灑劑量。同時，在無人機機巢中還要加入照明系統(tǒng)，這樣就可以在光線受限的環(huán)境下進(jìn)行救援，為消防人員提供更加便利的條件。當(dāng)前階段，要對消防滅火救援資源利用效率進(jìn)行分析，減少消防中所需要投入的人力、物力，對突發(fā)消防情況進(jìn)行核實與調(diào)查。這些工作內(nèi)容需要較多的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，并且對于這些數(shù)據(jù)的時效性具有較高要求，只是通過當(dāng)前的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)救援成果根本無法完成，而且利用數(shù)字化測圖和大飛機救援的消耗也很大[6]。因此，通過航測無人機系統(tǒng)集中救援所需要的地區(qū)消防滅火信息，并對其進(jìn)行處理，形成分辨率和準(zhǔn)確度較高的DOM數(shù)據(jù)。通過這個數(shù)據(jù)和最近幾年來救援的資料和影像進(jìn)行對比、計算，能夠?qū)δ繕?biāo)地區(qū)的消防效率進(jìn)行快速分析。

（四）無人機機巢在消防滅火整治監(jiān)測項目中的使用

無人機航拍技術(shù)能夠?qū)ο罍缁鹗┕で闆r進(jìn)行全面監(jiān)督，還能夠減少人力、物力的投入。通過得到的現(xiàn)場消防滅火高清圖像，直觀地向工作人員反映出消防滅火的質(zhì)量和效率。因此，要對傳統(tǒng)的消防管理工作進(jìn)行必要的改進(jìn)，對消防中存在的危險性大小、消防設(shè)施、消防管理水平等各方面情況進(jìn)行全面思考，合理評估消防監(jiān)督中的重點工作內(nèi)容，并采取制度化的模式，實行安全評估制度，對消防安全進(jìn)行等級劃分，進(jìn)而采取針對性的消防監(jiān)督管理方式[7]。

四、無人機機巢在消防應(yīng)急救援中應(yīng)用的技術(shù)性要點

（一）總體系統(tǒng)穩(wěn)定可靠

前期必須對無人機機巢的性能進(jìn)行全面細(xì)致了解，做好運用方案設(shè)計，并和其他救援設(shè)備無縫配合。相關(guān)人員的心理素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力必須過關(guān)，中心調(diào)度工作必須實事求是、科學(xué)合理，在使用過程中，要在保證機體能夠正常運轉(zhuǎn)的情況下，最大限度地進(jìn)行信息偵查和救援滅火等工作。在操作時，要嚴(yán)格按照無人機的技術(shù)規(guī)范和使用說明進(jìn)行，并結(jié)合火場實際情況，選取合適的無人機機巢種類。和其他設(shè)備相比，無人機機巢在消防滅火救援的應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢[8]。

（二）操控精準(zhǔn)得當(dāng)

對操控流程的設(shè)計要盡量簡單明了，減少不必要的環(huán)節(jié)設(shè)置，對功能模塊進(jìn)行優(yōu)化集成，在確保功能全面實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，努力減少可能出現(xiàn)的操作失誤情況。

結(jié)語

綜上所述，無人機機巢是信息技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物，其已經(jīng)在各行各業(yè)中開始應(yīng)用，尤其是在消防滅火救援中發(fā)揮出了重要作用，無人機機巢在消防滅火中的應(yīng)用，使滅火救援的效率大大提升。通過無人機機巢在滅火救援中進(jìn)行高空偵察、信息的收集和傳遞、指揮調(diào)度等，可以及時控制現(xiàn)場火情，并對高空火災(zāi)進(jìn)行有效撲滅，突破了傳統(tǒng)消防滅火救援工作的局限性。

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