无人机在火灾救援中的应用

作者：胡斌；邢金鹏

摘要：随着社会经济的快速发展和消防队职能的扩大，公安部队的消防救援工作面临着巨大的风险和挑战，尤其是面对复杂多变的大型火灾现场。如何准确、及时地获取火灾信息，快速、高效地实施救灾战略已成为当务之急。本文将对无人机的研究现状、无人机在火灾救援中的具体应用以及未来无人机的发展趋势进行研究。

1. 介绍

无人机是由无线电遥控和控制装置操纵的非载人飞行器。它具有体积小、成本低、使用方便、环境要求低、集成无线图像传输系统等优点，具有相当的自主性、飞行规划和图像传输能力(Eduard and Alex, 2016;Nijsure et al ., 2016;KemperKoji等，2011)。目前，商用和军用无人机系统可分为以下子系统:地面指挥控制系统、无人机飞行平台、空中视频监控平台、微波无线实时图像传输系统、gps导航和自动驾驶系统、高效大容量锂聚合物供电单元、3G传输中继链路等。

2. 无人机技术优势

由于先进的飞行控制平台和背景视频监控系统，加上完善的飞行和地面保障系统，无人机可以实现对地面的全面的长期空中监控。为了实现传统手段无法在区域内实现实时监控和辅助救援的整体成本降低，无人机的智能化和先进性体现在巡路规划、智能分析、定点连续监测、火灾报警等方面，充分利用技术制定应急预案，建立快速反应机制，现场火灾档案和取证预防意味着重要的作用(Marina et al.， 2012;Namin et al.， 2012)。无人机的技术优势主要包括以下几个方面:

（1）灵活。

小型无人机一般小于100公斤，依靠飞行控制可以操纵，只有1 -2人可以完成这样的操作。在道路状况不佳、交通中断的情况下，可以将脚抬到灾难凹痕现场，而且起飞条件非常简单，对地形没有要求，具有非军用车辆携带方便，因此无人机具有很强的灵活性。

（2）全景视野

无人机采用宽带、数据链路技术可以实现对地平的控制，具有非常全面的视野，根据现场的需要，可以从不同的角度、不同的距离、在不同的光照条件下工作。无人机可以在高空实现对目标的全面射击。距离和角度也可以根据决策需要进行调整。

（3）操作方便

从技术层面上讲，远程视频传输控制系统通过无人机与地面站的网络接口接入，实现对运营商的光接入网。因此，仅使用远程摄像机和aux- equipment (camera, PTZ等)，就可以直接观看无人机的实时视频摄像机。

（4）安全可靠

无论是面对暴雨、高温、台风、泥石流等恶劣天气条件，还是火灾、爆炸、倒塌、有毒等严重事故灾害现场，无人机技术都能有效避免传统的短板存在下的消防救援作业，保证了消防队的安全。

3. 无人机在消防部队中的应用

结合消防部队的实际需求，无人机的使用可以解决以下四个问题(Zeng et al.， 2010):

（1）灾情勘察

当灾害发生时，无人机的使用可以忽略灾害的侵袭、地形和环境，灵活开展调查，特别是一些困难和危险的灾害现场，调查组可以开展案件调查，无人机可以迅速扩大调查范围。使用无人机探测可以有效提高侦查效率，及时发现灾害事故的关键因素，使指挥员做出正确的决策，有效避免人员伤亡，既可以保护人们免受有毒、易燃、易爆等危险环境的伤害，又可以对地面情况进行全面、详细的分析。

（2）监控跟踪

无人机的作用并不局限于灾害探测。在处理灾害过程中，无人机的实时监测和跟踪可以提供对灾害的准确视图。方便各级指挥部及时掌握灾情动态，快速准确地采取应对措施，最大限度地减少灾害损失。

（3）协助救援

使用无人机集成，或灵活携带关键设备，可以在各种情况下提供帮助。首先，使用集成语音、放大模块来传达指令。利用无人机来传递指令到地面进行宣传或定向更有效，特别是对于高空、高水平的救援等项目，无人机作为载体，能够有效地传达关键指令。其次是开辟救援通道。

（4）辅助监督

利用航拍技术实现对高层建筑的全实时监控、火灾隐患的及时检测、火灾现场的实时控制、建筑物火灾现场的检查或火灾图像存储、空中监控视频接入等安全或火灾监控系统，支持大容量长期图像存储和检索访问，支持通过智能终端远程查看和控制一些功能。

4. 非军用车辆在消防救援中的应用技术要求

为了使消防部队能够面对灾害事故现场的实际情况，无人机在使用消防部队时也应满足一定的技术要求。

（1）可靠性

面对灾害现场的各类消防力量，特别是火灾现场，其应用环境较为复杂，需要考虑风、烟、温、水等环境因素。因此，无人机必须能够满足恶劣的环境条件。

（2）操纵性能

无人机巡航平均速度为18公里/小时，可在2公里半径范围内进行巡航，耐久度要求达到单电池平均30分钟以上，航路检查要求达到连续监测，两次检查间隙小于15分钟。此外，飞行高度，根据研究，大部分灾难事故飞行高度在200米以下，考虑到建筑物的最高高度，达到300至500米的高度应该能够满足日常现场调查的需要。

（3）稳定

无人机图像传输应清晰连续，对无线收发机的图像有更高的要求。无线传输容易接收干扰;因此，有必要具备一定的抗干扰能力，以便在使用过程中获得理想的图像。

（4）集成兼容性。

无人机在火力部队中的应用应实现多种扩展功能，必须具有良好的协调性和兼容性。因此，在满负荷的情况下，考虑到日常训练和演习需要使用无人机进行侦察，配备所需的便携式或车载设备，到达现场附近的个人进入机动部署现场，研制应急设备。

（5）精确

如果装备无人机，必然需要对操作员进行素质培训，因此必须形成一套训练评价机制，形成非日常管理和使用机器的机制，而操作员也将需要在这些方面进行培训。

5. 国内无人机研究现状

深圳市科贝特航空科技有限公司致力于将专业知识应用于无人机行业和研发，专注于多旋翼无人机系统及其生产、销售和服务，拥有多项无人机技术专利。

F6无人机是一种火灾救援六旋翼无人机，主要用于城市火灾应急救援、森林防火及各种自然灾害和次生灾害的例行检查、现场探测、搜救人员搜救、救援物资运送等应急救援工作。

F6消防无人机主要用于城市火灾应急救援工作，可以配备设备监控火灾的实施情况，找出高温火点，进行火灾危险性调查，寻找幸存者作为应急救援工作的一部分，减少生命财产损失。

北辰航天科技有限公司。公司是一家行业用户无人机及应用服务提供商，产品应用于公安反恐、消防救援、消防空中监视、空中视频、农业植保、线缆及国土资源勘测等领域的牵引和电力线。

BCA-Y4是四架无人机垂直起降救援系统，为消防部门执行事故调查、搜救等任务，并可根据救援设备的数量进行执行。

6. 总结与展望

通过对无人机在火灾中的应用、监测和救援功能的调查，基于其机器视觉系统和智能传感系统，无人机在大空间、大区域的减灾方面具有明显的优势。随着社会经济的不断发展，无人机在城市建筑、公共场所、森林公园的灭火、消防等方面的优势将越来越明显。