无人机技术在消防通信中的应用

银航

摘要：無人机技术是提高现代消防救援队伍通信能力与通信质量的重要技术手段之一，结合消防无人机应用的实际情况，对其在消防通信中的应用优势进行分析，并深入探究其具体应用以及应用路径，最后以碳纤维材质六旋翼无人机为例对其具体应用情况展开分析，旨在为无人机技术在消防通信中的实际应用提供理论与实践参考。

关键词：无人机技术；消防通信；应用

中图分类号：D631.6       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2022）12-0034-03

无人机技术的问世解决了我国提高消防通信质量道路上的诸多难题，无人机属于先进设备，对系统开源、配套技术也要求较高，目前国内消防救援队伍均有配发无人机，但在实际应用中出现了诸多问题，缺少关于操控无人机的专项培训，导致消防救援队伍通信人员对无人机技术功能掌握不全面；且无人机功能在应用层面上也较为狭窄，主要为航拍侦察，应用深度不足；此外也出现通信组网混乱问题，在救援中容易出现通信模块连接不畅。因此，探究无人机技术在消防通信中的应用具有重要的现实意义，意在从实践应用角度解决目前无人机技术应用中的问题，并对救援现场无人机通信组网流程进行规范，使无人机技术的优势在消防通信中充分发挥。

1 无人机技术在消防通信中的应用优势

1.1  机动灵活

目前消防通信中应用的无人机以小型为主，其主要特点是重量轻、无需多人操作，每架无人机的重量通常在100kg以下，且1～2人即可完成操作，正是因为以上特点才能在火灾、洪灾等救援中轻松进入现场，快速地应用到实际救援当中，传回灾情现场情况，为消防救援队伍提供最客观的灾情信息。同时，与其他体积大、质量大的设备相比，小型无人机反应速度快、移动速度快，更方便操作，实际应用中在无明显突出障碍物的地面、几平方米空间内即可起飞，因此，在消防通信中的应用更加机动灵活[1]。

1.2  视野全面

随着科技的进步，无人机技术逐渐与宽带技术、数据链技术等先进技术结合，使无人机勘测视野有了进一步扩大。在消防通信应用中无人机可以在不同光线下从不同角度完成大面积、大范围勘测，传回更丰富的数据与图像信息；且在低空飞行期间操作人员可以针对重点勘测对象进行跟踪拍摄，以便消防救援队伍获取更全面的信息。此外，目前无人机技术搭载热成像、红外等夜视功能，也使无人机的应用成效大幅提升，为消防救援队伍提高工作效率与工作质量提供了更强有力的支持[2]。

1.3  安全可靠

无人机技术受到消防救援队伍的欢迎与青睐更为关键的原因是其在应用中对环境要求较低，消防救援现场条件恶劣，经常为高温、暴雨、暴雪、大风环境，无人机能够有效克服环境条件的负面影响，在事故现场进行高效、稳定的飞行，跟踪与拍摄事故现场画面，为救援方案的制定、救援指挥工作的开展提供可靠的依据，从而可以有效降低事故的影响、危害，减少人员伤亡，提高救援效率。

2 无人机技术在消防通信中的具体应用

2.1  先导侦察

先导侦察是指火灾、洪灾、地震等灾害发生后，消防救援人员通过手动操控无人机或启动自主航迹规划模式，先于其他救援力量对灾害现场情况展开全方位侦察的一项功能。到达灾害现场后，通常采用手动遥控为主、自主飞行为辅的模式，控制无人机做出定点悬停、下降、俯冲等动作，对灾害现场完成初步侦察，但为了发挥无人机在先导侦察、提前预判上的优势，需要通过算法的优化，尽可能通过自主飞行完成先导侦察[3]。

具体来讲，融合栅格法、A*算法、蚁群算法对无人机自主飞行路径进行优化，栅格法可以针对无人机飞行涵盖空间完成建模，确定飞行目标的位置坐标后，在建筑物信息、建筑高度信息基础上划分步长，并分析灾害所属辖区特点，预先完成中继节点设定，作为勘测区域内的目标点；A*算法的open与close表以及启发函数h（n）可以约束限制无人机飞行路线，使其朝着目标点方向飞行；用蚁群算法完成数据处理，减少无人机技术应用中的无效与低效飞行区域，经过少次迭代则可以选择最佳飞行路线[4]。

启动自主飞行模式前提前进行飞行高度设定，将飞行领域中最高点作为本次飞行的最低安全距离，最后再设定终点、启动避障模块，则可以在消防救援队伍未到达灾害现场前安全、高效完成先导侦察任务，节约大量救援时间。

2.2  图像传输

消防无人机通常搭载图传、数传、无线电传三种传输设备，图像传输模块则负责实时传回灾害现场图像，是辅助无人机完成先导侦察、现场侦察、现场指挥的重要环节。从目前消防救援队伍通信装备配备现状来看，5G图像传输以及微波图像传输是两项稳定性高、可行性高的传输方式。

5G图像传输的现场图像传输中需先通过无人机，再传输至无人机地面终端、5G公网基站、服务器，最后传回到指挥中心，搭载高清摄像机则可以清晰摄录灾害现场影像，将数据传回无人机地面终端后利用HDMI高清接口将图像信息发送到5G公网基站，再传送到服务器，指挥中心登录IP地址后就可以与服务器连接获取图像信息[5]。

微波图像传输即将无人机拍摄的图像数据通过便捷式发射终端，以微波形式传输至现场通信指挥车装配的车载接收机上，其将信息再次发射则可以传回到通信指挥中心，实时查看灾害现场图像或视频资料，从而也实现现场—指挥车—指挥中心同步查看灾害现场情况。

2.3  扩音喊话

目前，在消防通信中扩音系统的最主要功能是扩音喊话，但在高层建筑发生灾害时，由于地面上人群拥挤、声音过于嘈杂，传统扩音设备并不能有效发挥作用，而在无人机技术推出后，利用无人机完成救援现场高空喊话，可以使等待救援人员清晰了解喊话内容，以便听从指令做好个人防护，按照要求有序逃离灾害现场。现场应用中，先做好基础准备，将无线接收设备安装在无人机上，救援人员到达灾害现场后，启动无人机，通过手台喊话，无人机上的无线接收设备接收喊话内容后则可以通过扩音器使声音传出。

3 无人机技术在消防通信中的应用路径

3.1  指挥现场救援

消防救援队伍到达现场后，根据先导侦察中掌握的灾害事故现场情况做出全方位的分析，对涉及灾情区域、具体伤亡情况、被困情况进行统计，从而优化救援方案，选择最佳救援路线，以最快的速率、最小的伤亡为目标完成救援任务。而面对灾害现场恶劣的环境条件以及隐藏着诸多不确定、不安全因素，若想保证救援任务成功完成，必须在救援过程中全面掌握灾害现场情况，使救援秩序有条不紊。因此，在现场救援过程中无人机也发挥着重要作用，其实时传回灾害现场救援图像或影像，方便指挥中心实时了解消防救援人员的动态、救援进展，解决了人力无法做到的灾害现场全面监控难题；且在现场救援过程中通过无人机技术可以保证指挥中心与现场指挥基于相同的动态画面进行沟通，对救援路线进行合理部署，及时识别危险性因素，减少救援人员安全风险，降低救援中不必要人员的伤亡率[6]。

3.2  探测现场情况

消防通信是有效處理灾害事故现场中不可缺少的关键环节，其为整个救援提供各类信息，而应用无人机通信后可以提高获取通信信息的效率、丰富通信信息类型，如以往仅可以获取静态画面信息，无人机技术可以利用高清摄像机实时传回现场动态画面，便于各个部门及时调整救援行动，高效、密切配合，提高救援效率与质量。同时，更为关键的是消防中应用无人机通信可以更高效、全面的探测各类情况，灾害事故现场的复杂性使救援工作充满不确定性，从而使伤亡情况普遍，尤其是在地质灾害中由于道路封堵救援人员难以第一时间到达灾害现场，诸多人员因饥饿、氧气不足而死亡，利用无人机探测各类型信息，采集现场图像，并协同坐标信息一同传回地面，可以使消防救援队伍对灾害现场情况有更深层的了解，优化救援部署，及时解决等待救援人员的困难，降低人员伤亡率[7]。此外，在火灾救援现场，无人机技术能够在灾害现场探测中计算出温度情况，并利用采集的温度信息编制温度分布图，将温度信息传回指挥中心，消防救援队伍可以根据温度情况制定科学的灭火方案。

3.3  掌握现场变化

灾害事故现场情况复杂、多变，如果救援中只凭借无人机先导侦察中获取的信息进行救援，则无法掌握灾害现场的动态变化，不利于救援中对灾情做出准确判断，也难以保障救援方案的合理性与科学性。但无人机安全可靠、机动灵活，可以在救援过程中持续在目标领域中飞行，获取整个灾情现场动态变化情况，满足对灾情全天候、全方位监测的要求，利用无人机探测中获取的信息进行救援指挥、合理安排救援抢险活动，妥善处理救援中遇到的难题。无人机技术能够将灾情变化的实时情况传回到地面通信终端，指挥人员可以根据现场情况的变化，结合其他辅助信息，预测灾情走势，提前做好预防方案，避免灾情升级；并借助无人机技术的优势保障指挥命令快速下达给处于灾情现场不同位置的消防救援队伍，使其高效执行命令，从而使救援工作圆满、顺利完成[8]。

3.4  提高通信效率

在消防救援中处在救援一线的救援人员始终受各类危险的威胁，其间也会遇到突发情况，如在地震救援中，会伴有滑坡、泥石流等次生灾害的发生，若消防通信不畅通、不及时、不准确，将为救援工作带来阻碍，也使救援人员的生命安全受到威胁。而无人机技术在消防通信中的突出优势，使通信模块可以在恶劣的条件下保持灵活运转，准确传递语音指令、快速传递通信信息，并在无人机上搭配各类型通信装置与设备，其核心部件均经过实战验证，具备要求功能；且每台无人机可以同时传递声音、图像、视频、光信号等多种类型的通信信息，内容之间无冲突，在多种类型信息同时传输过程中可以实现无缝衔接，避免信息真实性受到影响，也能降低传输过程中其他因素带来的干扰，保证消防救援队伍中高效、稳定沟通。

4 应用案例

本文以碳纤维材质的六旋翼无人机为研究对象，对其在消防通信中的应用展开分析。该无人机具有航时长、灵活、机身稳定的特点，在某次高层建筑火灾救援中，其在消防通信中的优势也得到凸显。

4.1  利用侦察功能完成现场探测

接到火警后消防救援队伍迅速出警，确定火灾现场位置后，输入初始地点以及定点灾情位置后，启动无人机提前到达现场进行情况侦察，利用Google地图完成飞行定位，飞行过程中率先传回图像信息，使消防救援队伍了解前往灾害现场途中交通状况，选择通畅路线快速到达现场；飞机到达火灾现场后传回火势、起火楼层等情况，到达现场通过简单的问询则可以对事故地点起火原因做出判断，并判断火势扩散情况、被困人员情况，为现场指挥决策提供可靠依据。应用无人机进行通信过程中高清摄像机可以向地面终端传回清晰的图像，画质高、画面稳定，满足消防救援队伍对先导侦察、现场探测的要求。

4.2  利用图像传输功能完成指挥救援

救援过程中5G图像传输以及微波图像传输模式均有所实践。

5G图像传输中，消防救援队伍到达火灾现场后，先手动操控无人机对灾害关键区域进行跟踪摄像，尤其是隐蔽角落位置，将无人机探测的信息传回到指挥中心，指挥中心获取图像信息的时差在1s内，待无人机飞行稳定后调整为自由飞行模式，实时传回灾害现场画面，在该传输模式当中，可以实现现场—地面终端—指挥中心三者视频同步。虽然在应用中发现指挥中心服务器受公网基站的影响画面像素较差，但整体画质仍能满足现场指挥与分析研判的需求，图像质量达到要求标准。

在微波图像传输中，为防止单一通信手段因故中断导致现场指挥救援工作无法正常进行，应在启动5G图像传输模块的同时，启动微波图像传输模块，及利用单兵背负式微波传输设备完成图像传输任务，需要在灾情现场配备通信指挥车、地面接收端、微波传输设备以及消防无人机。当高层建筑发生火灾后，消防救援人员达到灾情现场，由救援人员携带便携式单兵背负式微波传输设备进入现场，通信指挥车保证输入端与视频输出接口正常连接状态下，则可以启动无人机，飞离到预定高度后定点悬停，将灾情现场视频图像传回，待画面稳定后选择某个时刻地面终端与指挥中心获取的相同图像，均为无人机高清摄像头截取，比较地面终端获取图像与指挥中心获取图像画质，可以看出传回指挥中心后画质有所下降，但画质清晰度以及同步效率满足要求，符合现场指挥救援对灾害现场画面质量的要求。

两种图像传输方式均可以可靠、稳定、高效地将图像传回地面终端与指挥中心，在画面效果、时延、传输稳定性上差异较小，在现场指挥救援过程中，可以同时应用两种图像传输方式，当其中某一传输方式因指挥手段、外部环境干扰而被迫终止后可以避免图像传输受到影响。

4.3  利用扩音喊话功能根据现场动态变化传递救援指令

灾情现场变化后指挥中心需要对新的形势快速做出判断，及时传递新的救援指令，使救援工作高效、有序开展。在本次救援中消防救援队伍到达现场后，将扩音模块载荷到无人机云台上，调节手台频率到350MHz、扩音模块接收端频率调节到350MHz，利用无人机上的微型喇叭则可以将声音扩散出去；其中喇叭电源为小型锂离子电池，质量轻、降低無人机整体载荷。救援过程中，为了保证消防队伍有序工作、等待救援人员配合工作，通过扩音喊话传递逃生指令与疏散指令，并在灾情现场发生变化后通过扩音喊话传递关键救援求生指令，成功预防等待救援人员盲目跳楼行为，使等待救援人员情绪得到安抚，并与救援人员高效配合，快速逃离火灾现场。

5 结语

综上所述，无人机技术在消防通信中的应用使消防救援中通信效率、通信质量有了大幅提升，其机动灵活、视野广阔、安全可靠等优势为消防救援工作提供了强有力的支持，使现场指挥、高效救援有了可靠依据，因此，应不断深入分析无人机技术，拓展其在消防通信中的应用路径，提高技术层次，使其在提高消防救援效能方面发挥更突出的作用。

参考文献：

[1]赵彦.无人机技术在消防通信中的应用[J].电视技术，2021，45（8）：105-108.

[2]卫霞，王佳航，朱宇刚，付家珂.新型无人机消防救援系统的设计研究[J].电子设计工程，2021，29（12）：80-83+88.

[3]贾军峰.无人机在消防通信中的应用分析[J].数字通信世界，2021（4）：156-157.

[4]欧阳加俊.无人机在消防应急通信保障方面的应用[J].中国新通信，2021，23（4）：17-18.

[5]林丽梅，苏忠斌.基于无人机技术的消防可视化应急通信指挥体系构建[J].中国新通信，2020，22（21）：40-41.

[6]段治良.无人机在消防应急通信保障中的应用和发展探讨[J].中国管理信息化，2020，23（14）：213-214.

[7]蔚牧之.无人机在消防通信中的应用[J].通信世界，2020，27（5）：141+143.

[8]郭浩.消防通信中无人机的有效应用分析[J].数字技术与应用，2020，38（2）：20+22.

Application of drone technology in fire communication

Yin Hang

（Fire and Rescue Department of Xinjiang， Xinjiang Urumqi 830000）

Abstract：Drone technology is one of the important technical means to improve the communication capability and communication quality of modern fire and rescue teams. Combined with the actual situation of fire drone application， its application advantages in fire communication are analyzed. Its specific application and application path are deeply explored. Finally， taking the carbon fiber six-rotor drone as an example， the specific application situation is analyzed， which aims to provide theoretical and practical references for the practical application of drone technology in fire communication.

Keywords：drone technology; fire communication; application