探究无人机灭火控制系统及关键技术

程刚

（潍坊市消防救援支队，山东 潍坊 261000）

近年来，高层建筑日益建设和发展，受其楼层高、空间跨度大以及功能复杂等特点，在火灾安全领域提出了更高的要求。为有效降低人员伤亡以及经济损失，现已逐渐引进无人机灭火控制系统及其关键技术，以此实现远程控制，快速有效地完成应急灭火及救援任务。通过无人机系统搭载相应的感应设备，利用内部核心控制系统以及定位装置，由专业工作人员进行操控，可对火灾现场进行拍摄，帮助相关救援人员了解火灾情况，支持灭火救援工作的高效开展。为实现这一目的，则需要重点把握其关键技术，以此发挥其优势，降低事故损失。

1 无人机在消防灭火救援中的技术优势

在消防灭火救援领域应用无人机，具有较明显的优势，能够有效应对突发险情，保证群众生命和财产安全，降低火灾威胁。在实践应用中，其具体优势有以下几个方面。

（1）及时勘查火灾现场。运用无人机可实时对火灾实况进行传输，地面人员通过相应的接收终端，明确现场火势以及损失状况，制定科学可行的灭火救援方案。尤其是在高层建筑中，采用传统的人工勘查方式不具有全面性，而且具有较高的危险系数。通过运用无人机则能够有效解决这一问题，首先，无人机的日常维护操作相对简单，无须专门设置起落机场。在出现火灾险情时，即可快速开展现场勘查，而且工作人员经过远程操控进行相应任务，任务命令下达快捷，实时采集火灾现场影像，为灭火救援工作提供良好的基础。

（2）有效应对恶劣环境。利用无人机可在火灾现场进行大范围的搜索侦查，适应各种恶劣环境，避免人工侦查所产生的危险性。同时，可利用其搭载的各种设备，发挥火情侦查、人员搜寻、损失估算、查找灭火路径等功能，保证灭火救援的实效性得到提升。

（3）动态跟踪及实时监控。无人机具有较强的灵活性，可对部分重要位置开展动态跟踪以及实时监控，为救援工作提供有效参考，进而提升灭火效率。同时，无人机也可发挥良好的辅助救援作用，比如，利用无人机进行现场信息传递、投放救生设施等，降低灭火救援难度，在最短时间内分析火灾情况，监督火情火势，进而为指挥人员制定和调整灭火救援方案提供依据和参考。

2 无人机灭火控制系统需求分析

2.1 功能需求

无人机灭火控制系统是保障其能够顺利完成相应任务的基础，为充分确保无人机技术优势的发挥，则应当针对其功能需求进行详细分析。结合目前灭火救援工作的实际现状，在构建无人机灭火控制系统的过程中，具体功能需求如下。

（1）双路高清视频数据采集功能，便于实时对火灾现场的视频影像进行采集，并且清晰度应达到15s/帧以上，有利于准确判断事故情况。同时，需设置高清书品传输和控制功能，即是对采集的帧数据进行合理编码，再通过5G技术等传输到地面终端，显示并保存视频数据。

（2）无人机灭火控制系统需搭载音频采集和播放功能，有效录制现场声音并传送到地面终端，指挥人员可按照火灾现场的实时监控，准确做出判断。同时，也可借助音频功能将灭火救援任务指令进行传递，或引导被困群员的逃生疏散等。

（3）GIS功能需求。由于无人机技术应用远程操控方式，要想确保其位置准确、支持合理控制，则要利用GIS功能进行定位，明确无人机的飞行轨迹，以此确定侦查路径。

（4）灭火控制控制需求。在火灾现场应用无人机时，应发挥视频及音频影响数据，对火势较大或源头等发射灭火弹，以此控制险情。操控人员按照其所搭载的数字摄像机，快速寻找火灾源头，对准着火点发生水弹，以此遏制火灾蔓延趋势。

（5）应急照明及数据通信功能。在夜间发生火灾时，因光照条件不佳，则会影响灭火救援效果。为提高照明程度，更好地采集现场信息数据，应当促使其具有照明模块。

2.2 性能需求

对于无人机灭火控制系统的性能要求，主要是保证其具有实时性、图像高清性和简易性。比如，实时性需求是指无人机在传输视频和音频的过程中，应缩短时间延迟，及时掌握火灾现场的实际情况，以此做出现场应对调整。视频图像高清性即是综合考虑其操控安全，无人机在应用过程中为确保自身稳定，则要与火灾现场保持一定的距离。在拍摄火灾状况时，可通过对传输会的视频进行高清处理，进而了解火灾发展形势、确定着火点等，全面把握现场各项环境要素，为灭火救援工作奠定坚实基础。通常情况下，对无人机视频采集的分辨率控制在704×576左右，促使指挥人员根据现场状况进行正确的判断和决策。简易性是指操控人员在控制无人机时既有简单化特点，降低操作难度，以此减少灭火控制的失误行为。

3 无人机灭火控制系统的关键技术

3.1 高清视频实时传输技术

为充分保障无人机灭火控制系统发挥的实际作用，则需注重采用高清视频实施传输技术，有效避免系统数据在高速局域网中出现关键帧丢包等现象，保证接收端显示的视频画面具有高清化，防范火灾现场视频回传出现模糊以及花屏等情况。在应用该项技术时，需重点在UDP协议基础上，对无人机视频实施传输机制进行优化设计。比如，对传输控制功能应用TCP协议，可在客户端以及服务器之间，针对帧数据的接收以及发送等动作进行有效应答。当成功向对方发送报告时，则表示数据传输成功。并借助解码器的容错机制，促使视频传输实时性得到提升，针对关键帧发挥有效的传输控制功能。

另一方面，对于视频图像的传输，则是利用双路高清数字摄像机，先对现场图像进行采集，再实施传输到地面控制中心。为保障图像传输的完整性、高清性和实时性，则应采用软件流水作业方式。其是指一种重要的指令调度技术，具体是以并行的方式执行不同循环体的指令，有助于加快程序的动作速度。在无人机灭火控制系统中应用该技术，可有效提升视频帧的处理效率，充分确保视频传输的实时性。在程序设计环节，对于软件流水的作业方式的实现，则是应用多线程技术。线程作为独立于其他程序的代码单元，能够在操作系统中发挥处理机与外围设备的并行工作效果。能够基于控制系统的应用程序，同时进行多个执行线程。

当高清数字摄像机启动后，进行图像采集，当完成一帧图像采集后，先判断客户端与服务器的连接状态。当存在客户端连接时，则继续采集，如未连接停止采集。对采集的图像数据交由下道程序实施处理，不过，因为无人机高清数字摄像机采集的帧图像为倒像，需进行上下翻转，从而保证在客户端中呈现正像影像，再对帧数据实施预处理，最后传送到缓冲区。

3.2 视频编解码技术

对于无人机灭火控制系统中关键技术的应用，则是视频编解码技术，其有助于实现格式相互转换，保障高清数字摄像机采集的视频格式与现实格式进行顺利转换，以此传递视频图像信息。为减少无人机灭火控制系统视频网络传输量，主要选择X264编码视频时局。在其免费、开源特征的基础上，进一步进行优化，有利于节省数据编码过程消耗的时间，保证视频传输实时性得到增强。比如，当控制系统开启后，帧格式转换线程随之创建，并建立对应的转换事件对象，合理分配线程所需的缓冲区。当相应编码线程启动后，可先对X264参数实施初始化，并为该线程分配适当的编码器，当编码时间来到后，应将数据放入缓冲区中，以此触发编码器事件。当编码线程接收到信号，则可对缓冲区内的数据实施编码和打包。再传送到下一缓冲区，准确记录编码后的数据大小，再将发送线程事件设置为有信号状态，本线程为无信号状态。程序结束后，控制线程终止，释放相关资源并关闭系统。

3.3 GIS技术

GIS技术是无人机灭火控制系统中的关键组成部分，其能够将各种信息与地理位置、视图等进行结合，利用几何学、地理学、计算机科学等，与各种应用对象、多媒体技术、虚拟现实技术等进行融合，从而能够实现计算机图形和数据采集、编辑以及显示等功能，从而将无人机采集的信息有效传递给地面控制中心。在应用GIS技术时，即是从GPS设备中采集无人机精确的经纬度坐标，并在地面控制系统的地图工具上，实时标记无人机的飞行轨迹以及位置，从而便于远程操纵。

3.4 网络通信技术

对于无人机灭火控制系统中的网络通信技术应用，则是选择套接字工作模式。其实质是一种网络编程接口，主要是描述计算机网络通信中的端点，通常存在于通信区域中，并与同一区域内的套接字进行数据交换。在进行网络数据传输的过程中，即是有效调用构造函数，以此创建套接字对象。当创建服务器端套接字时，则是将创建函数中的第一个参数作为端口号。第3个参数设置为本地IP，经过调用函数监听客户端请求，再调用相关响应连入系统实现通信。根据该系统功能模块数据传输需求，主要是连接高清视频模块、实施音频模块、GIS模块以及通信控制命令模块等。所以，应当在客户端创建4个流式Socket，当服务器接受其连接请求时，分配相应的Socket，促使客户端与服务器成功连接，有效建立通信和数据传输通道。在网络状况良好的条件下，无人机灭火控制系统能够实时地传输视频图像，并实现语音通话，追踪无人机的具体位置和飞行轨迹，及时响应控制命令。所以，在未来应用实践中，需充分优化网络，保证其具有稳定性，可适应各种变化情况。

4 结语

综上所述，随着现代科学技术的不断发展，灭火救援领域逐渐向智慧化发展。无人机在实践应用中可发挥重要优势，提升灭火救援效率，尽量降低火灾事故损失。为充分保障无人机能够有效起到火情侦查、救援通信以及物资投放等功能，则应当注重对其关键技术的把握，即是合理运用高清视频实时传输技术、视频编解码技术、GIS技术和网络通信技术等，有效实现控制命令执行，远程操控无人机进行灭火救援任务，适用于各个火灾场景，能够提高工作效率。