無人機在滅火救援中的應用與挑戰

摘要：針對火災現場的復雜性和高風險特征，探索無人機在火場監測、滅火操作以及輔助救援中的實際作用和技術挑戰具有重要意義。研究分析無人機在火場實時監測與熱成像、滅火劑噴灑、多機協同作業、環境數據采集以及人員搜救等方面的應用優勢，深入探討高溫高煙環境對硬件可靠性、通信信號干擾以及噴灑系統適應性等技術瓶頸，提出相關問題的解決思路與未來發展方向。結果表明，無人機在提高滅火效率、降低救援人員風險方面具有優勢，但仍需在技術優化和標準化管理等方面進一步完善。

關鍵詞：無人機；滅火救援；火場監測

中圖分類號：D631.6" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）03-0025-03

傳統滅火方式在面對大面積火災、高層建筑火災以及危險化學品火災時，存在響應時間較長、人員風險較高以及救援效率受限等問題，通過無人機實現的火場信息快速采集、滅火劑精準噴灑以及復雜環境中的多機協作，可有效提高救援效率，但無人機在實際應用中仍然受到環境適應性不足、技術瓶頸和管理規范尚待完善等問題的制約。

1 無人機在滅火救援中的實際應用

1.1" 無人機在火場實時監測中的應用

無人機的技術架構包含飛行控制模塊、數據采集模塊和無線傳輸模塊，這些模塊的協同工作可以實現對火場動態信息的全景式監控，其作用和功能見表1。

火場信息由無線通信系統傳輸至指揮中心，指揮人員基于影像分析制定科學的救援策略，提高火災處置的精確性和及時性。無人機搭載的熱成像設備和多光譜傳感器用高空巡航捕捉火場熱輻射數據，形成清晰的溫度分布圖，用斯蒂芬-玻爾茲曼定律進行描述，具體公式如下：

應用該公式，紅外傳感器能夠將探測到的輻射能量轉化為火場中每個點的溫度值，這種數據處理方式結合無人機的高空巡航能力，可以在短時間內覆蓋大范圍火場，提供高精度的溫度分布圖，為火源定位、火勢預測和高溫隱患排查提供科學依據。熱成像技術感知紅外輻射實時捕捉火場中的溫度變化并生成清晰的溫度分布圖，讓救援人員能夠穿透濃煙快速發現火源位置及高溫隱患區域。多光譜傳感器補充了對火場環境的燃燒物質特性、火焰強度以及氣體排放情況的全面分析能力，無人機可在短時間內覆蓋大范圍火場，實時監測火勢的走向、速度和火場中的潛在風險點。實時監測數據用高速無線通信傳輸至地面指揮中心，救援指揮人員結合無人機回傳的高分辨率影像和熱成像數據快速制定精準的救援方案[1]。

1.2" 多機協同作業在大型火災撲救中的應用

多機協作系統以分布式控制技術為基礎，用統一的任務分配與通信網絡確保多架無人機在火災救援任務中實現高度協同運行。協作系統用任務優先級設置、路徑規劃算法和實時通信網絡將不同的作業任務合理分配至各無人機，使其在火源監測、滅火劑噴灑、火場信息采集等方面形成協同效應[2]。

無人機根據預設任務分工明確，負責監測火勢的無人機搭載的熱成像設備和多光譜傳感器實時追蹤火勢蔓延路徑和變化趨勢，為指揮中心提供火場動態信息；部分無人機攜帶滅火劑直接對火源區域進行精準噴灑，及時遏制火勢擴散；其他無人機則負責采集火場周邊煙霧濃度、風向風速、地形變化等環境數據，為科學制定救援策略提供全面的數據支持。森林火災撲救中，監測無人機用熱成像技術對火場進行全局掃描，準確標注火源位置和高溫區域；滅火無人機根據實時數據對關鍵區域進行集中噴灑，有效控制火勢；數據采集無人機將環境參數回傳至指揮中心，為后續的救援行動提供科學依據[3]。這種協作方式提升撲救效率的同時降低了傳統救援方式中因環境復雜導致的人員風險，多機協作系統的應用提高了火災救援的效率和精準性，還為指揮中心的決策提供了多維度的數據支持。

1.3" 無人機在火場環境數據采集與傳輸技術中的應用

火場環境通常充滿濃煙、高溫和快速變化的風向，這些因素給傳統的人工數據采集方法帶來了巨大挑戰，而無人機搭載多種傳感器和優化的數據處理技術為科學決策提供了可靠的數據支持。無人機配備溫度傳感器、氣體傳感器和高分辨率光學設備等多種傳感器，溫度傳感器能夠準確監測火場中各區域的溫度分布，定位高溫區域和潛在火源；氣體傳感器可以檢測火場中的煙霧濃度和有害氣體排放，為評估火災對周邊環境的影響提供依據；光學設備包括可見光和多光譜相機，用于實時捕捉火焰的動態變化和火場的地形特征。傳感器融合技術將這些數據進行整合和分析，形成全面的火場信息模型，確保監測的廣度和精度。無人機傳感器采集到的數據用嵌入式數據處理模塊進行實時分析，并用高速無線通信技術傳輸至地面指揮中心，無線通信技術的穩定性直接影響指揮中心對火情的判斷和決策，采用高頻通信和抗干擾技術使得無人機能夠在強干擾環境下穩定傳輸數據，確保信息的實時性和準確性。數據傳輸過程中，無人機與地面站之間采用雙向通信機制，一方面將采集的環境數據及時回傳，另一方面接收指揮中心的動態調整指令，形成高效的實時互動。

1.4" 無人機在人員搜救與疏散中的應用

無人機在火場人員搜救和疏散中，依托紅外熱成像和聲波探測技術深度結合的方式為復雜火場環境中的人員定位提供可靠支持。紅外熱成像設備在煙霧彌漫或能見度極低的情況下，能夠快速捕捉受困人員的體溫信號，突破傳統救援方式的視野局限。聲波探測技術用分析回聲信號的方式捕捉人員呼救聲和微弱環境聲音來源，進一步擴大生命探測的范圍并增強可靠性。無人機的靈活性和快速部署能力使其能夠在火災初期迅速到達事故現場展開大范圍的搜救任務，對于高層建筑火災或地形復雜的火場無人機能夠避開障礙物，深入建筑物內部或森林深處搜索受困人員的具體位置。無人機搭載的多傳感器融合系統實時處理紅外信號與聲波信號并用無線通信技術將數據傳輸至地面指揮中心，救援人員根據無人機提供的精準信息制定針對性的搜救方案，從而提高救援效率。無人機可攜帶音頻廣播設備，可以用喊話功能向受困人員傳遞逃生指令，同時配備的可視信號裝置（如LED指示燈）可為受困人員標示安全出口或最佳逃生路徑，對于行動受限的人員無人機還可投放氧氣瓶和通信設備等急救物資，為他們爭取更多生存機會。

2 無人機在滅火救援中面臨的技術挑戰

2.1" 火場高溫、濃煙環境對無人機硬件可靠性的嚴苛考驗

火場環境復雜，高溫、濃煙和腐蝕性氣體對無人機的電子元件、動力系統和傳感器提出了嚴苛的要求。高溫環境可能導致無人機的電子控制板過熱，出現性能下降或設備失靈的情況。濃煙中的微小顆粒物容易附著在傳感器表面，降低光學設備的分辨率和紅外探測的精度。腐蝕性氣體對無人機的外殼材料和內部線路造成潛在損害，會縮短設備的使用壽命。無人機在長時間高強度作業中還可能因散熱不足而導致電池效率下降，影響續航時間和任務完成度。應對這些挑戰，需要開發耐高溫材料、加強設備的防護性能、優化散熱系統并提升傳感器的抗污染能力，以確保無人機在極端火場條件下的持續可靠運行。

2.2" 不同滅火劑類型與噴灑系統適應性的技術瓶頸

干粉、泡沫和水性滅火劑在物理特性與滅火效果上存在差異，這對噴灑系統的流量控制、噴嘴設計和噴灑覆蓋范圍提出了不同要求。干粉滅火劑的流動性較差，容易在輸送管道中出現堵塞。泡沫滅火劑需要保持穩定性，避免在運輸過程中分解。水性滅火劑的重量對無人機的載荷能力提出了更高要求。噴灑系統還需要根據火源的高度、火勢的強度以及風向風速進行動態調整，這對控制精度和噴灑系統的靈活性提出了更高要求。目前的噴灑系統在火場復雜條件下的適應性仍然不足，需要用流體力學優化設計、高效動力系統匹配和智能控制算法的應用來提高適應性和可靠性。

2.3" 通信信號干擾對無人機遠程操控與數據傳輸的影響

火災產生的電磁干擾以及復雜地形對無線信號的屏蔽效應，可能導致無人機與地面指揮中心之間的通信中斷或延遲，影響任務執行的連貫性和指揮決策的實時性。多架無人機協同作業時，無線通信頻段的重疊還可能引發信號沖突，導致控制系統出現響應滯后或失靈[4]。火場中的高溫和強輻射可能損害通信設備的性能，導致數據丟失或傳輸速度下降。應對這些問題，需要采用抗干擾能力更強的多頻段動態切換、跳頻通信和5G低延時技術等通信技術，并增加通信鏈路的冗余設計，確保無人機在復雜環境中的可靠通信能力。

2.4" 現有技術標準與法規體系對無人機滅火救援應用的限制

當前，針對無人機滅火作業的技術規范較為匱乏，缺乏統一的設計標準和性能評估體系，導致設備質量參差不齊，技術應用難以規?；茝V。在法律層面，無人機的飛行高度、作業區域和操作安全受到嚴格限制，城市高層建筑火災和人口密集區域現行法規對無人機的飛行許可和運行控制存在諸多約束，這種局限性削弱了無人機的靈活性和實用性。完善現有法規和技術標準，建立針對無人機滅火救援的專用評估體系和認證機制，規范設備生產與應用流程，將為無人機在滅火救援領域的進一步發展提供制度保障。

3 結束語

無人機在滅火救援中的應用包括實時火場監測、精準滅火劑噴灑、多機協同作業以及生命搜救等，這些技術打破了傳統救援模式的限制，提高救援效率的同時，還有效降低了救援人員面臨的風險。同時，火場環境的復雜性對無人機的硬件性能、滅火系統適應性、通信穩定性等方面提出了更高的要求，現有技術標準與法規體系的限制，也阻礙了無人機技術在大規?；馂木仍械耐茝V。

未來，無人機在滅火救援領域的發展應加強耐高溫材料、優化散熱設計和抗腐蝕技術的應用，開發高溫、高煙環境下更加可靠的無人機硬件系統；根據不同類型火災的特點進一步優化滅火劑噴灑系統，以提升滅火效率和環境適應能力；引進更先進的無線通信技術和抗干擾算法，以確保無人機在復雜火場條件下的通信穩定性；完善無人機救援的技術標準和法規體系，規范無人機在滅火救援中的操作規程。

參考文獻

[1]付明勇.無人機在城市高層滅火應急消防的應用[J].中國安防，2024（10）：79-82.

[2]宋睿，朱培，張劍高，等.面向高原森林火災的滅火無人機路徑規劃[J].科學技術與工程，2024，24（34）：14863-14870.

[3]王源博，唐紀龍，申睿.基于圖像識別的無人機森林火災監測系統設計與實現[C]//2024年度滅火與應急救援技術學術研討會論文集：消防技術裝備與裝備管理，2024：12-16.

[4]張曉明，王源博.森林火災無人機監測系統輔助指揮決策應用研究[C]//2024年度滅火與應急救援技術學術研討會論文集：滅火救援決策指揮與作戰行動安全，2024：58-61.