无人机在消防通信中的应用初探

■ 耿铎 秦皇岛市消防救援支队

消防是应对各种突发事件的基本保障，随着社会治安形势的变化，消防单位应对各种突发事件的压力不断增大。在这种情况下，需要建立一个全天候、全方位、全流程的消防系统，才能有效地提升应急处置能力。其中，无人机的运用，一方面可以加强消防部门的信息搜集，一方面也可以在一定程度上为紧急情况的处置提供支持，从多个方面保证了对突发事件的处置效率。随着科技的飞速发展，无人机也逐渐被开发出来，并且被广泛地应用于各行各业，为各行各业带来了翻天覆地的变化，无人机在全国各地的消防救援队伍中取得了相当好的使用效果。然而，在实际运用中，由于消防部门对无人机的专业知识欠缺，致使消防通信员对其运用缺乏详尽的认识，致使无人机在消防通信领域的应用局限于空中侦察，难以实现深入的应用。因此，文章就如何在消防通信中使用无人机的一些问题进行了探讨，以期能为消防单位提供一些参考。

一、无人机技术概述

（一）技术形式

无人机即无人驾驶飞机，是一种通过程序控制或无线电控制设备的飞行器。近年来，无人机技术得到了快速发展，已经在农业，林业，国防等领域得到了广泛应用。目前，我国无人机在民用领域的应用还处于初级阶段，市场前景广阔。无人机在军事监视和侦察领域的应用大放异彩，已成为战场上不可或缺的作战工具，在这一领域得到了快速发展。全球信息化水平日益提高，无人机技术在各个领域的应用也日趋广泛。无人机作为自动化的先进武器，必须有自己的智能化思想，并且要有先进的电子技术和计算技术，使无人机能够根据传感器提供的信息自动完成对目标体的搜索[1]。无人机系统中每个设备都是一个系统，通过对这些设备的集成，使得无人机的性能大大提高。对于无人机系统来说，不仅包括雷达、通信设备、传感器、机械装置、电源等机械系统，还包括通信、导航、控制系统以及其他应用模块。在无人机系统中集成以上一些模块之后，可以大大简化了无人机使用所需的设备种类，也简化了生产操作。

无人机存在多种形式，如多旋翼无人机通常是采用多个旋翼并形成一个机头，利用这类机头的特点，可以使得无人机在没有动力装置支持的情况下实现对目标的识别与定位。由于多旋翼翼组都为采用对称轴或对称对角线旋转，提供了极大可能，因此很多无人机采用多旋翼进行飞行，多旋翼机具有较高的可扩展性，这也是未来无人机在侦查方面所具有的优势所在；双轴稳定翼是一种由螺旋桨驱动的双发螺旋桨飞机，具有更大的升力，因此能够提供更高的升力来实现对螺旋桨提供的推力进行控制。当螺旋桨旋转时，飞机能够快速地完成升力控制并通过尾翼释放升力，从而实现对机身和无人机产生推力。

（二）无人机功能模式

无人机功能架构指用于处理飞行数据，并将数据传送到数据中心的一系列工具，其中最重要的是数据存储、地图、任务规划以及监控飞行计划。无人机包括任务规划器、通信设备、遥控器、云台等，每个组件都有其工作方式。系统架构可以将不同种类的系统进行连接或者将其整合到相同的一套软件中。系统架构可以简单地划分为以下几种功能模式：第一，简单模式。其中最基本的工作原理是根据硬件系统的需求设计出相应的程序，然后将这些程序用来控制飞机。当飞机飞到一个高度时，任务规划器开始执行一个初始化项目，并以每个指令下各执行一个独立动作来完成任务；第二，任务模式。无人机的任务是一种自动执行的任务模式，包括两个方面：一个是自动飞行，另一个是自动导航。由于每个执行模式之间不需要进行信息交换，所以可以简单地通过执行一些任务来确定任务目标。另外，某些自动飞行任务还需要与控制设备通信来完成任务，这样大大提高了任务效率，同时也提高了工作安全性；第三，飞行模式。飞行模式主要由控制模块和飞行平台组成，控制模块负责将任务计划发送到空中传感器节点，将其定位并执行相应的任务。任务完成后，任务规划器发送给控制模块，然后任务规划器将飞行信息传递给云台系统。通过空中遥控系统接收飞行数据，然后实时将数据传回云台系统，云台进行数据分析，得到任务计划图反馈给任务规划器之后执行飞行任务[2]。

（三）无人机关键技术

近年来，无人机技术的发展日新月异，从简单的飞行平台到性能强大的大型无人机系统、飞行控制系统、航迹规划等无人机应用系统，为人类社会发展提供了极大的便利。第一，飞控技术。所谓“飞控”，就是“无人机的大脑”，可以让无人机在空中保持平稳的姿态，这也和飞机模型存在区别。从功能上来看，飞控系统主要由主控制部分、接口部分、数据采集部分、信号处理部分、操舵部分组成。飞控系统对各个传感器的飞行状况进行了实时采集，并通过无线电测控终端向地面测控台的上行通道发出控制指令和数据进行处理，然后将其输出到执行单元，以完成无人机控制；无线通信技术。无人机内部的通信系统是整个系统中的重要组成部分，用于实现无人机之间的信息交换和传递。在一定条件下，无人机之间的通信可采用数字传输技术、微波通信技术、激光通信技术。其中，数字通信具有高速大容量、可靠、低延时、高速无线传输特性、抗电磁干扰能力强等特点，能进行各种通信方式转换应用。随着无人机的高速发展，其通信技术也逐渐成熟；第三，GPS 技术。GPS 即全球定位系统，定位技术具有高精度、高定位时间精度和高可靠性三大特点。随着GPS 进入中国市场，使得我国无人机及导航卫星技术发展迅速。目前，国内主要无人机企业在民用导航卫星方面做了大量相关研究工作，卫星导航定位技术领域已经进入了一个新的阶段[3]。

二、无人机在消防通信中的应用优势

（一）机动性

按照型号不同，无人机可以分为小型和大型两种。在消防通信领域，以小型无人机为主，这种无人机以其轻便、高可用性而著称。一般来说，一架小型无人机的重量不超过100 公斤，只需要一两个人就能完成操作[4]。同时，由于小型无人机的重量比较轻，易于操纵，可以迅速抵达指定位置，同时由于其起落高度要求比较低，所以在紧急情况下进行通信具有十分重要的作用。

（二）全面性

目前，各种信息技术在无人机中得到了广泛的应用，不但拓宽了无人机的总体视野，而且为实时的数据和实地监测提供了有力的支撑。特别是在低空飞行时，利用信息技术可以将传感器采集到的数据和信息实时传输给地面工作人员。此外，有些无人机还配备了红外图像、热像仪等，这些仪器在使用中将会大大提升消防人员的工作效率[5]。

（三）简便性

目前的无人机大部分都采用了智能技术，只需要简单的操作就可以完成复杂的操作。而无人机上的远程通信技术，则可以实现对火灾环境进行全面监控。同时，用户还可以将无人机的运行客户端整合到一个公用的网络中，实现对其进行多载体控制。

三、无人机在消防通信中的应用

（一）现场救灾指挥

消防部门在到达现场后，往往会遇到各种各样的问题，为了准确地判断出现场的具体情况，往往需要对现场的各个方面进行全面调查。由于公众突发事件现场的环境条件十分恶劣，必须对现场进行调查和收集，以确保救援工作的正常进行。与传统的野外调查不同，无人机的活动范围更大，传感器可以迅速获得周围环境的各种信息，从而确定有没有被困者[6]。另外，使用无人机可以有效地减少勘查人员的数量，在保证勘查结果的前提下，减少不必要的人员伤亡。

（二）事件发生地点的探测

在火灾扑救过程中，消防部门经常会遭遇烟雾、高温、低温等恶劣气候环境，难以判断火场的方位。利用无人机搭载的传感器和数据传输装置，能够对现场的各种情况进行实时采集，从而为消防人员对区域环境的识别提供重要依据。无人机是一种能够在不同高度、不同角度进行情报采集的设备，能够获得更多的信息，方便消防部门对事件现场做出更加准确的判断。另外，无人机还配备有红外传感器，能够从多个角度采集事故现场的温度，并与计算机技术相结合，在地面工作站上绘制出温度分布图。无人机的定位系统主要由数据采集模块、数据传输模块和无人机平台组成，数据采集模块包括通信模块、导航模块和姿态控制模块等。无人机平台可以实现无人机从空中到地面之间的通信、视频图像处理、飞行姿态控制的自动控制，数据传输模块可以实时监测并自动将数据传输到地面控制站[7]。因此，无人机在飞行中，无论处于任何位置范围内，总是能够接收到环境信号并进行导航功能。导航技术不但能够有效保障无人机在空中不受环境条件影响，还能够快速地定位事件发生地点，使消防员快速抵达。

（三）实时监测灾情的动态

随着时间的推移，由公共事件引起的灾害严重性也会发生动态的改变。但是，由于突发事件具有多重、隐蔽的特点，使得消防员难以从直观的角度来判断灾情的演变状况，从而导致制定的对策与现实不符。使用无人机后，能够对地、空等多种形式的灾害现场进行全面的监控，为消防部门的应急工作提供可靠的数据支撑，从而促进了措施实施的针对性，增强了整体的救灾效果。利用无人机系统为消防员远程提供即时气象信息和天气状况信息，如气温、湿度、风速等变化信息。此外，通过无人机提供的数据，并结合现场的实际状况，及时发布相应的命令，保证指挥的正确性，顺利进行救援工作。

（四）现场通信的高效保障

无人机在火场进行低空飞行和近距离空中巡查作业时，具有非常高的可靠性，从而能为前线救援提供有力的技术保障。突发公共事件的发生和发展都在发生着巨大的变化，很难准确地判断出现场具体情况，如果外界的信息无法及时传达到一线，不仅会影响到消防工作的顺利进行，还会危及一线消防员的生命。无人机在使用之后，可以通过通信模块来加强保护现场的信息传播，从而将外部的消息及时传递到前线。只要有了相应的技术，即使救援现场通信信号微弱、通信不畅，也可以为现场人员提供信息，从而提升抢险救灾的效率，确保消防员的生命安全[8]。

四、结语

综上所述，随着无人机技术的飞速发展，在消防通信中的应用越来越广泛。但是，由于无人机在消防通信中的应用还很短暂，还需要一段较长的、系统的研究，使之能够适应消防通信的各种要求，并能有效地解决突发事件。科技的飞速发展，以及市场需求的不断增长，飞行控制技术和相关设备都取得了巨大的进展。在消防部门的工作中，无人机的使用取得了长足的进步，凭借着灵活、开阔、简单、安全等优势，为消防部门提供了有力的支撑，同时也创新了消防通信工作方式。在今后，要进一步推进无人机技术在消防工作中运用，适应消防工作的需要，必须不断拓宽运用途径，提高技术水平，以最小的损耗取得明显的效果。