無人機在滅火救援工作中的應用探究

汪巍

摘要：通過經驗總結法分析無人機在滅火救援中應用的意義與優勢，可以得出在滅火救援工作中應用無人機切實可行的結論，繼而探究無人機信息數據與影像獲取、紅外線熱感測試、有毒害氣體測試、3D建模等主要功能與投放救援物資、播報廣播信息、應急通信與照明等輔助功能在火災現場的具體應用策略，最后結合實際案例說明無人機滅火救援功能的具體實現方式，旨在利用無人機的優勢提高滅火救援效率與成功率。

關鍵詞：滅火救援；無人機；應用

當前，生產生活日益復雜多樣，火災隱患也不斷增加，面對新的消防安全形勢，快速掌握火災現場情況、評估與判斷火勢、科學組織救援是抓住戰機的關鍵。但傳統救援模式下，缺少可以準確判斷火災發生位置與起火點、火勢蔓延形式的條件、工具、技術，而無人機進入火場方便快速，可以長時間在火場停留與偵察，搭配不同技術可以實時傳回火災現場畫面與各項數據，為制定科學救援方案、高效有序組織救援提供可靠基礎。因此，關于無人機在滅火救援中應用的探究具有重要現實意義。

1 在滅火救援工作中應用無人機的意義

1.1? 節約救援時間

應用無人機在消防救援隊伍未到達現場前偵察現場火情，觀察起火點、火勢蔓延形勢，傳回多視角圖像與多維度數據信息，可以使消防救援隊伍第一時間了解火情，提前制定救援方案，到達現場后快速控制火勢。

1.2? 提高救援效率

現代滅火救援中存在薄弱環節，如高層建筑發生火災后，利用消防車進行救援，最高只能達到50m，救援效果有限且救援效率低。而無人機機動性強、小巧靈活，飛行高度最高可至千米以上，能克服高度條件的限制，精準達到起火樓層偵察火情，投放救援物資，從而提高救援效率，減少損失與傷亡[1]。

1.3? 提高救援有序性

火災發生后強熱對流的形成、風向條件的干擾，使火災蔓延形勢充滿不確定性，若無法對氣候、環境等條件做出客觀分析將影響指揮人員的判斷，影響滅火救援技戰術的靈活應用。而應用無人機進行滅火救援時，可以精準鎖定救援目標、起火點，并結合火災現場圖像形成系統性規劃，為救援行動有序開展提供可靠依據，形成詳細行動方案。

2 應用無人機展開滅火救援工作的優勢

2.1? 安全性強、保養成本低

消防無人機體積小、質量輕，整機中機械零件數量少，方便拆卸與維護，可以快速完成維護工作，無需投入過多人力，與其他消防設施相比維護成本更低。使用時，經過簡短的訓練消防人員可以快速上手，按需完成操作；且即使在小雨天氣或者濃煙多的火災現場，無人機也可以克服惡劣環境條件，精準識別與采集目標對象信息、準確進行目標定位。因此，應用無人機進行滅火救援時其本身安全穩定，能減少救援中的意外。

2.2? 穩定性強、操控靈活

無人機裝置搭載自動與半自動控制裝置，救援中可以通過手動方式對其飛行速度、高度進行控制，也可以通過自動控制裝置提前輸入控制參數，在應用中自行調節飛行高度與速度，因此，無人機可以靈活操控、穩定運行，很少受復雜的環境以及空間的影響。例如，在隧道中發生火災時，內部空間有限、現場濃煙滾滾，啟動搭載紅外線感應裝置的無人機可以高效對隧道內部情況進行探測，方便起火點位置、被困人員位置的確定。

2.3? 適用性廣、匹配效果好

無人機自動控制、數據傳輸依靠互聯網技術、物聯網技術、云端信息存儲系統等實現，可以快速、準確進行數據信息匹配，并在傳回新數據后快速完成比對工作，再配合先進的分析系統、攝影測繪技術、通信數據轉換與處理平臺，打造同步無線遠程飛行監控平臺，由此看出無人機可以匹配多種技術、設備、裝置，適用范圍廣，應用價值突出。

3 在滅火救援中無人機可以發揮的功能

3.1? 現場信息數據與影像獲取功能

無人機可以信息數據、圖像等方式傳回火災現場情況，基于所獲圖像與數據利用建模技術高度還原火災現場，能夠更準確地判斷火災情況與形式。具體來講，在獲取火災現場信息數據與影像過程中，為應對環境條件，無人機可以選擇不同模式，即有可見光條件下信息傳遞模式、非可見光條件下紅外線夜視功能信息傳遞模式，保證持續、動態獲取火災現場高清畫面以及多類型信息，快速掌握火災情況以及火勢變化情況。從對每年火災發生時間的統計來看，夜間火災發生率更高，無人機可以利用夜視功能對火災現場信息進行捕捉，濃煙強烈時也可以利用紅外感應裝置判斷事物的具體位置，定位被困人群；捕捉到的數據通過無線通信傳回到接收終端，傳輸過程中若受諧波干擾，可以轉換為有線網絡、通信衛星網絡，確保實時、準確傳回信息，因此，信息與圖像采集、傳輸均不受現場惡劣環境條件的影響與制約[2]。此外，在具有可視化需求下，利用遠程可視化技術在可視條件下傳回火災現場畫面，火災救援部門可以及時與其他救援部門共享信息，在滅火的同時，順利銜接后續救援，降低火災造成的損失、降低人員傷亡率，提高協同作戰效率。

3.2? 紅外線熱感測試功能

無人機搭載紅外線熱感探測技術可以突破各類型條件限制，傳回更準確的現場情況信息，該項技術利用紅外輻射差異形成的圖像以及熱點完成探測任務，探測過程中利用波長介于0.78～1000μm的電磁波輻射目標對象，經過紅外光學系統采集被測對象的紅外輻射能量分布情況，利用附著大量紅外探測器像元的紅外焦平面陣列采集熱輻射能量信號，經過轉換后變為電信號，通過焦平面陣列向外輸出，調理與轉換過后，再經過非均勻性矯正等處理獲得灰度圖像，經由偽彩色變化技術生成彩色圖像，準確識別火災現場各類型事物；且火災救援過程中可以傳回現場溫度信息，為起火點、火勢蔓延情況的進一步判斷提供更全面數據。

3.3? 有毒害氣體測試功能

無人機搭載有毒害氣體傳感裝置可以對火災現場各類型有氣體進行探測?；馂默F場不同類型材料起火后，在燃燒過程釋放的氣體成分不同，傳感裝置可以采集氣體的具體信息，經過分析后有利于更精準地判斷火災的危險程度，也可以確定火災中起火材料的具體類型，評估是否有發生次生災害的可能，從而合理選擇防護裝置，降低火災對消防救援人員人身安全的威脅，保證救援順利開展。

3.4? 3D建模功能

3D建模功能主要應用于火勢蔓延情況的評估上，基于高精度攝像以及高準度測繪，利用現場實時傳回的數據與圖像進行建模，可以實現全方位、無死角、立體的還原火災現場。無人機常用的3種3D建模方式：一是點云融合。將無人機于火災現場上空拍攝的傾斜攝影圖片作為基礎，利用圖片處理工具則可以構建三維模型，但從俯視視角拍攝火災現場時因高度問題，容易被其他物體遮擋，導致成像精度下降，因此，建模過程中需要聯合地面三維激光掃描，提高探測精度。二是立體環繞。選擇多旋翼無人機，基于實景地圖定位目標物體；先創建多邊形作為目標底部，確保建模過程中多邊形能夠始終將目標物完全包住，實現垂直投影；再進行多邊形高度設定，建立立體的多邊形，完成后對旁向重疊率、航向重疊率進行設置，從而則可以對界面上立體多邊形航線進行預覽，根據現場需求精確調整參數后可以啟動無人機執行任務，傳回現場攝影圖片后經過第三方工具處理后則可以生成3D模型[3]。三是智能攝影。先根據實景地圖確定目標的實際位置，手動操作無人機飛行至目標物上空后開始攝影，無人機可以自動環繞目標物體展開多角度、全方位攝影，環繞路線以及環繞過程中云臺角度均已提前在地圖上完成設定，攝影結束后所有文件均會傳輸到建模工具當中，完成3D建模。立體模型的形成可以更精準地評估火災現場情況，精準測繪目標物信息，為救援提供更詳細的數據支持。

3.5? 輔助功能

3.5.1? 投放救援物資

火災現場環境惡劣，高溫、濃煙對被困人員生命安全構成巨大威脅，救援需要一定時間，隨著救援工作的推進，雖然火勢得到控制，但被困人員仍需在危險環境中等待，此時則需要投放補給、救援物資，如水、食物、藥物等，采用無人機投放物資更加靈活，其所承載重量為自身重量的10余倍，配合小繩索則可以構建起救援物資的傳送通道，高效運送緊急救援物資切實可行，可以使被困人員的傷情得到基本處理，及時提供食物補充體能，提高被困人員生存能力，降低人員傷亡率[4]。

3.5.2? 播報廣播信息

無人機飛行到目標物區域內，借助云臺則可以完成應急廣播信息的通報，其聲音傳遞范圍在850m內。由于火災有蔓延風險，也可能發生爆炸等二次災害，借助無人機快速傳遞應急廣播信息，讓被困人員對救援方案、路線、需要配合的事項、自救須知等有所了解，還可以安撫被困人員情緒，避免救援中發生錯誤逃生情況，減少影響救援效率與成功率的不利因素[5]。

3.5.3? 應急通信與照明

火災現場情況與形勢復雜，救援中應用的設備容易受到環境因素的干擾，為了保證救援過程中火災現場與消防指揮中心之間不中斷聯系，可以為無人機配備應急通信系統作為救援中的無線中繼平臺，避免鏈路中斷，且整個通信過程不受火災現場環境因素的干擾。

在夜間發生火災，由于光照條件不利，無人機攝影清晰度受到影響，搭載照明裝置，可以補充燈光，創造攝影所需照明條件，提高拍攝效果。

4 應用案例

本文以某地商業綜合體火災救援為例，對無人機的應用展開分析。

4.1? 前期偵察

接到火警電話后根據氣象播報信息，當地天氣晴、風向為東南、風力4～5級，救援過程中采用空載續航時間為85min、攝像像素為1200萬的消防無人機；在距離火災現場2～3km后，啟動無人機率先飛行至目標地點偵察情況，經過實時傳回信息對火災位置、附近水源位置進行確定，可以給出消火栓方位信息以及距離火災現場的距離信息；并啟動氣體檢測裝置，對火災現場有毒害氣體情況進行分析。經對現場傳回圖像與數據的分析，確定火災現場東、西、北三個方向均有消火栓，最遠距離火災現場50m、最近距離火災現場12m；火災發生在商業體1樓，而商業體地下1層東側為餐飲區，火勢蔓延至地下容易引發燃氣爆炸。

4.2? 任務分配

根據火災現場情況的偵察，在消防救援隊伍到達現場前完成任務分工，并且保證救援方案信息、現場偵察的各類型信息能夠在中隊、大隊、支隊、總隊內實時共享。確認任務后將信息發送到各個作戰車上，包括數據信息、位置信息、圖像信息，到達火災現場后按照任務分配情況有序?？寇囕v。

4.3? 實施救援

經對氣體的檢測，識別到有毒害氣體多、濃度高，進一步判斷本次火災危險性高、火場面積大，需立即拉起警戒線，禁止無關人員進入警戒范圍內；救援過程中無人機持續在火災現場偵察，傳回現場最新情況，其中需要重點探測煙羽熱成像的變化情況以及火災現場可視光變化情況、火場內有毒害物質的釋放量以及對周邊環境造成的污染、封閉管控區域內有無其他不安全因素，并利用廣播播報緊急事故信息，提醒周圍民眾躲避到安全場所內，且救援指揮人員要根據無人機傳回的信息、圖像做出預判，精準指揮救援人員，提高救援效率。同時，救援過程中無人機可以按照預先設定路徑自動環繞飛行，也可以由救援人員操控，依靠手機完成采集數據、圖像的傳輸，使作戰車輛、各級指揮平臺同時獲取數據與圖像信息，各級消防救援隊伍可以在指揮網上了解救援工作開展情況，部署下一步行動方案，如利用無人機與熱成像儀對被困人員位置進行確定，操作一臺無人機在被困人員所在區域利用播報應急救援信息，通過傳回的圖像了解傷亡情況，組織救援隊伍投放應急物資。

4.4? 經驗總結

本次利用無人機救援的過程中切實體驗到無人機外形、功能方面的優越性，在提高救援效率上發揮著不可替代的價值。但也發現在應用中存在明顯問題，救援中啟用小型無人機，為了保障持續飛行中散熱不受影響，無法利用防雨設施進行機身密封，在小雨天氣下無人機飛行不受影響，但大雨天氣則會受到干擾，機動性大幅下降，因此，救援中若遇到大雨天氣應利用大型無人機。本次救援過程中無人機也會受到建筑物遮擋的影響，目前已出現穿越樓層信號技術，需要及時引入，避免建筑物遮擋導致無人機探測受到干擾。此外，在無人機操作過程中發現消防救援隊伍應基于專業的培訓快速培養無人機飛手，建立起無人機操作規程，以便提高無人機操作水平。

5 結語

綜上所述，隨著無人機在火災救援中的廣泛應用，其優勢愈發突出，也受到社會越來越高的認可與信任，因此，應不斷開發無人機的功能，利用其優勢與便捷性提高滅火救援隊伍作戰能力。但也要認識到無人機的應用還有局限，應在實踐中不斷總結經驗，對無人機技術進行優化與創新。

參考文獻：

[1]王瑞強.消防無人機應用研究與展望[J].消防界（電子版），2021，7

（24）：49-50.

[2]晏治.無人機在消防滅火救援工作中的應用效果分析[J].消防界（電子版），2021，7（23）：51-52.

[3]徐臣.無人機在消防救援工作中的應用[J].消防界（電子版），2021，7

（20）：118-119.

[4]嚴積科.無人機在消防滅火救援中的應用[C]//2021年度滅火與應急救援技術學術研討會論文集，2021.

[5]冉光輝.無人機在高層建筑滅火救援中的應用[J].消防界（電子版），2021，7（17）：74-75.

Application of UAV in fire fighting and rescue work

Wang Wei

（Banshan Fire and Rescue Station of Hangzhou， Zhejiang Hangzhou 310051）

Abstract： Through the analysis of the significance and advantages of UAV application in fire fighting and rescue by the summary method of experience， it can be concluded that the application of UAV in fire fighting and rescue work is feasible. Then， the specific application strategy of auxiliary features in the fire scene is explored， such as UAV information data and image acquisition， infrared thermal test， toxic gas test， 3D modeling and other main functions and delivery of relief supplies， broadcasting and broadcasting information， emergency communication and lighting， etc. Finally， combined with actual cases， the specific realization method of UAV fire fighting and rescue function is explained， aiming to use the advantages of UAV to improve the efficiency and success rate of fire fighting and rescue.

Keywords： fire fighting and rescue; UAV; application