无人机在消防救援领域的应用研究

摘要：消防救援队伍改革转隶以来，面对“全灾种、大应急”的全新要求，救援任务的广度和宽度均得到了一定的延展。面对地震救援、抗洪抢险、山岳救助及大跨度或高层火灾，无人机应用技术及系统解决方案的成熟运用，使集成视频、红外等监控及传输设备的无人机，通过近距离空中监测实现对复杂地形和建筑进行火灾隐患巡查、现场救援指挥、火情侦测及防控成为消防部队新的选择。

关键词：无人机；消防救援；城市消防；森林消防

一、引言

传统手段对火灾现场的图像传输，如4G单兵图像传输容易受拍摄人员位置的限制，导致火灾信息不准确，影响火灾救援决策。现阶段消防场景运用无人机对火灾现场拍摄、通信、监测，可以充分发挥设备本身的适用价值及其稳定功能。在应用中，无人机应用成本低，适应地域比较广，具有传输速度快的特点，可以与传统视频图像传输系统形成互补，实现火灾现场图像、数据信息的监测与控制[1]。

森林防火运用卫星对森林火场进行监测，随着无人机技术的不断成熟以及广泛应用，无人机已被应用到森林火情监测领域，能够随时执行森林火场监测任务并实时掌控火场动态信息，及时发现火情，最大化降低森林火灾带来的损失[2]。

二、无人机在城市和森林消防中应用的研究现状

郑卫刚等[3]提出了应用于城市消防的无人机系统，该系统能够通过无线发射器实时传送火灾现场的影响，为消防员制定救灾方案提供决策支持，还能进行生命探测、燃烧物分析等任务。吴瑞波等[4]针对城市消防，分析了多旋翼无人机在功能上的优势，以及在城市消防领域的应用和前景。吴佩英等[5]对城市消防中的无人机系统滑翔机，通信系统和无人机系统进行了讨论。

张京[6]在国内森林消防技术需求的基础上讨论了无人机在森林消防中的应用。狄曙玲和何诚[7]提出了一种新型的无人机装置，在机体下部支架的内侧设有真空泵，真空泵的作用是使真空舱的内部处于负压状态，减少气体之间的相互污染。

李志宏[8]阐述了无人机在森林消防的应用，为森林消防通讯和地面人员的安全保障方面提供了解决

方案。李建有等[9]指出了无人机在森林消防中亟待解决的问题。王秋华等[10]阐述了无人机在森林消防中的几大类应用，以及在森林消防应用的局限性和需要解决的问题。

三、无人机基本情况

（一）工作原理

无人机（UAV）是利用无线电遥控装置，由程序控制装置操控的不载操作人员的飞行器，具有小体积、低成本、对外部环境要求低等优势，它集成了无线图像传输系统，能够实行自动控制、飞行规划以及图像传输。无人机系统由地面指挥控制系统、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导航及自动驾驶系统、供电单元和图传链路等子系统组成，如图1所示。

（二）技术优势

无人机采用技术先进的飞控平台和前后台视频监控传输系统，对火场进行监测，掌控火场动态信息，在低成本条件下实现传统手段无法涉足的区域进行实时监测和辅助救援，其在巡航路线规划、定点监测、智能分析和火情报警方面的优越性，为及时发现火情，迅速组织救援队伍，制定可行救援方案提供了可行的解决方案，其技术优势包括：

1.灵活机动

小型无人机通常重量小于100公斤，可以由飞行控制系统控制，仅需1至2个操作人员即可完成飞行准备与操作。当道路不畅通或交通中断时，可以步行至灾难事故现场。无人机对起飞周围条件要求非常简单，对地形没有要求，其具有较强的灵活性。无人机的飞行速度和飞行方向易于灵活控制，转弯半径小，机动性好，机载摄像机也可以对目标进行跟踪。同时，无人机能够迅速到达指定监测位置，具有快速响应能力。低空作业时，无人机还能够快速获取监测现场图像，通过无线链路将图像实时传回地面，在5公里范围内均可执行稳定、可靠的侦查任务。

2.监测范围广

无人机的超视距控制是通过宽带和数据链路技术实现的，其拥有非常全面的视野。根据现场要求，无人机可以从不同角度和距离在不同的光照条件下工作，实现空中监视，还能够调节距离和角度。通过远程控制无人机及其携带的照相机，可以实现图像的实时传输，配备热成像相机的无人机，能够获得监视区域的热分布情况，为实现灾害现场的空中实时监测提供了有力保障，能够提高消防队在应急救援中的探测能力。

3.操作简单

远程图像传输与控制系统通过网络和接口接入地面站，通过光纤接入网络（公网或专网），通过遥控摄像机及其辅助设备（镜头、云台）查看无人机的摄像头监测的实时图像。通过遥控器控制无人机的动作，经远程图像传输与控制系统对现场情况全面掌握，实现了远程、便捷的全方位监控。当客户端接入网络后，可以通过PC、手机等终端设备对无人机进行控制。

4.安全可靠

在雨雪、高温和泥石流等恶劣天气，易燃易爆、塌陷、有毒等严重事故灾害现场，或山岳、峡谷、沟壑等复杂地形，无人机均可避免传统救火行动中存在的短板，确保救援人员的安全。通过对现场情况的跟拍、追踪，为救援活动的组织部署提供有力保证。

四、消防应用场景

（一）城市消防

1.火情侦查

智慧机场无人机系统可以安装可见光变焦摄像机、红外热成像仪、测温仪和有毒气体探测仪。可见光变焦摄像机能够将火场各种高度、角度的火灾信息实时传输到地面指挥中心，同时可传输至消防队。红外热成像仪的加装解决了极端恶劣条件下的监控效果，对浓烟区域、夜晚等场景作业效果显著。

2.火灾区域空中管制

火灾发生后无人机升空进行现场监测，智慧机场无人机系统搭载可见光变焦相机及喊话器，针对附近小区或商场进行喊话。引导拥堵车辆协助开辟火灾救援场地，减少拥堵、消防通道非法占压等情况对火灾救援的影响。

3.夜间强光照明

系统配置强光照明系统，与可见光变焦相机同向设置，在火灾救援现场可以通过强光增加空中的拍摄效果。同时，可以为在灾害现场夜间作业的救援人员提供照明，实现快速定位、目标确定等功能。

4.灭火过程实时监控

消防队面对的灾害事故现场往往瞬息万变，在灾害事故处理过程中，尤其是城市大型火灾或者化工厂重大火灾时，利用无人机进行实时监控追踪，能够提供精准的灾情实时动态信息，便于指挥部及时掌握灾情动态情况，从而做出迅速、准确决策。

（二）森林消防

随着数字传输、遥感技术和视频实时传输技术的发展，无人机在森林防火中已得到了广泛运用。相比于传统森林防火监视手段，无人机具有明显的优势，同时对于地理环境复杂，救援人员很难到达的区域，可以使用智慧机场无人机系统进行7*24小时监测作业。智慧机场无人机系统大幅提升了森林火情信息获取的速度和准确度，为灭火提供更长的窗口期，间接缩短了灭火时间，节省了人力、物力和财力。

1.火灾前重点监视森林防火区域

智慧机场无人机系统可搭载多种监测设备，包括可见光变焦相机、热红外相机、气体传感器。作业过程中，无人机可以实时拍摄监测森林的情况，再将拍摄的图像信息实时传输到地面火灾监控中心，一个架次的飞行可以实现半径数千米区域的森林监测。监控中心工作人员可以在监测指挥终端上准确看到森林火灾的详细情况，进而根据火情制定扑救策略。同时，利用热红外相机可以解决夜间森林火灾监测任务。

2.火灾时的灾区作业

传统技术手段在火灾发生时存在明显的短板，当火情蔓延严重并产生浓浓烟雾时，不能近距离观测火灾情况。观测过程中，可能会发生危及观测人员生命安全的事情。此时，无人机的使用则无须考虑这些问题，体现出明显的优势，可以到达火灾发生的中心区域进行实时拍摄，将火情信息传输给监测中心，方便救援人员及时掌握火灾情况，制定合理的救援方案，最大化降低火灾对森林资源造成的不良影响[2]。

3.火灾后全天候监测火情，防止复燃

森林火灾扑灭后，智慧机场无人机系统可以全天候、不间断对火灾复燃情况进行监测，保证灭火效果，提前做好预报预警，如有火灾复燃点，第一时间将复燃点的位置信息告知监测人员。使火灾在初期就被及时发现并被扑灭，快速消除火灾隐患避免更大的损失。

五、结束语

火灾事故发展具有一定的随机性，事故现场的变化往往瞬息万变，这为事故的监控发现、追踪技术提出了较高的要求。灾情处理过程中，无人机产品可以通过无线成像、遥感等技术实时传递事故现场的变化情况，有利于指挥中心迅速作出反应和应急事件处理方案，以最快的速度减少财产损失和人员伤亡。

无人机将火灾监测常态化、实时化。灾情突然发生时，第一时间发现并将现场情况回传至指挥平台。无人机可以迅速地深入灾情发展的核心区域，利用其灵活性，无视地理环境的限制，迅速开展侦查，实现对火灾报警进行自动侦查。

利用无人机携带双光摄像头对建筑、森林实现实时监测、及时发现火情隐患、消防现场火情实时控制、建筑消防检查或现场火情图像传输。还可以大幅度提升侦查效率，第一时间回传火灾现场视频，确定灾害的关键因素，掌握灾害现场环境情况，以便指挥者做出及时决策，规避人员伤亡。

无人机执行消防救援解决了地面巡护无法顾及的复杂或偏远地区的救援问题，以及对火灾现场实时动态的及时获取及准确把握。无人机可以在火灾前进行热点探测，在介入前进行火灾侦察，在介入中进行干预监测，在灭火后进行火灾后复燃监测。作为现有火灾监测手段的有力补充，无人机显现出其他手段无法比拟的优越性，使无人机在火灾监测、预防和救援方面得到了广泛应用。

参考文献

[1]赖昱宏.基于新时期下做好消防灭火救援工作的对策分析[J].消防界（电子版），2016，（11）： 50.

[2]李龙．关于无人机在森林防火监测方面的应用[J]. 种子科技，2019， （14）： 121+124．

[3]郑卫刚， 林舒鑫， 吴昊等. 城市消防应急无人机系统[J]. 智慧工厂， 2018， （01）： 66-68+71.

[4]吴瑞波， 程兴远， 王征. 浅议多旋翼无人机在城市消防灭火救援中的应用[J]. 现代制造技术与装备， 2019， （06）： 147-169.

[5]吴佩英， 大卫·科潘哈弗， 弗兰克·伍德沃德. 无人机系统——城市消防的新一代工具[J]. 消防技术与产品信息， 2014， （08）：131-133.

[6]张京. 我国森林消防的科技需求及无人机应用[J]. 养殖技术顾问， 2014， （07）： 94.

[7]狄曙玲， 何诚. 森林航空消防负压式气体采集旋翼无人机[J]. 林业机械与木工设备， 2020， （01）： 29-31.

[8]李志宏. 山区基层森林消防专业队伍运用小型多旋翼无人机的研究[J]. 林业建设， 2019， （04）： 44-47.

[9]李建有， 张水锋， 张思玉. 无人机在森林消防领域的应用概述[J]. 森林防火， 2018， （01）： 45-49.

[10]王秋华， 舒立福， 何诚等. 无人机在森林消防中的应用探讨[J]. 林业机械与木工设备， 2017， （03）： 4-8.

陈黄悦（1981-），男，汉族，广东湛江，本科，研究方向：消防信息化建设、利用信息技术服务灭火救援、火灾防治。