消防無人機(jī)淺談

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1、隨著無人機(jī)技術(shù)的日趨成熟和航空攝影技術(shù)的進(jìn)一步拓展，我國民用無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，包括：攝影測量、應(yīng)急救災(zāi)、公共安全、資源勘探、環(huán)境監(jiān)測、自然災(zāi)害監(jiān)測與評估、城市規(guī)劃與市政管理、林火病蟲害防護(hù)與監(jiān)測等。當(dāng)前，我國消防部隊(duì)面臨著日益復(fù)雜的滅火救援和社會救助形勢，對各類地震救援、抗洪搶險(xiǎn)、山岳救助及大跨度或高層火災(zāi)等情況，傳統(tǒng)現(xiàn)場偵查手段的局限性已日益凸顯。如何有效實(shí)施消防預(yù)警和現(xiàn)場偵測，并迅速、準(zhǔn)確處置災(zāi)情顯得尤為重要。我國無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)及系統(tǒng)解決方案的成熟運(yùn)用，使得無人偵察機(jī)平臺結(jié)合視頻、紅外等監(jiān)控及傳送設(shè)備，通過空中對復(fù)雜地形和復(fù)雜結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行火災(zāi)隱患巡查、現(xiàn)場救援指揮、火情偵測及防控成為

2、消防部隊(duì)新的選擇。 一、無人機(jī)工作原理 無人機(jī)是一種以無線電遙控和自備程序控制裝置操縱的非載人飛行器，它具備體積小、造價(jià)低、使用方便、對環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，并整合了無線圖像傳輸系統(tǒng)，具備相當(dāng)?shù)淖灾骺刂啤w行規(guī)劃及圖像傳輸能力。 如圖1所示，目前商用及軍用無人機(jī)系統(tǒng)可分為以下幾個子系統(tǒng)：地面指揮控制系統(tǒng)、無人機(jī)飛行平臺、空中視頻監(jiān)控平臺、微波無線實(shí)時圖像傳輸系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航及自動駕駛系統(tǒng)、高效大容量鋰聚合物供電單元、3G圖傳中繼鏈路等。 二、無人機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢 由于采用了技術(shù)先進(jìn)的飛控平臺及前后臺視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)，配合完善的飛行及地勤保障系統(tǒng)，無人機(jī)可對地面實(shí)施完備的長時間空中監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)

3、較低的綜合成本對傳統(tǒng)手段無法涉足的區(qū)域進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和輔助救援，其智能化和先進(jìn)性突出體現(xiàn)在巡查路徑規(guī)劃、智能分析、定點(diǎn)持續(xù)監(jiān)控、火情報(bào)警等，并且在制定應(yīng)急預(yù)案、建立快速響應(yīng)機(jī)制、現(xiàn)場火情存檔與取證等方面充分發(fā)揮技術(shù)防范手段的重要作用。其技術(shù)優(yōu)勢有： （一）機(jī)動靈活。小型無人機(jī)一般只有100千克以下的重量，依托飛行控件就可以對其進(jìn)行操控，只需要1-2人就可以完成此類操作任務(wù)。在道路不暢，交通中斷的情況下，徒步就可以攜帶至災(zāi)害事故現(xiàn)場，且起飛條件很簡單，對地形無要求，加上無人機(jī)攜帶方便，所以具有很強(qiáng)的靈活性。此外，無人機(jī)的飛行速度易于控制，轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動性好，可以靈活機(jī)動控制飛行方向，機(jī)載攝像頭

4、也可以跟蹤拍攝對象；無人機(jī)還能快速到達(dá)指定地點(diǎn)，反應(yīng)能力快捷，對環(huán)境和氣候條件也有很強(qiáng)經(jīng)浙江消防總隊(duì)對“上合組織”演練期間的實(shí)際測試，無人機(jī)在6級風(fēng)力下完成飛行任務(wù)，受陰雨天氣等條件限制比大型載人飛機(jī)要小的多；其起飛條件只需要幾平米空地，周圍無突出障礙物即可，在低空作業(yè)時，受氣候條件限制非常小，獲取影像的速度非?？欤稍?公里范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠發(fā)揮偵查作用。 （二）視野全面。無人機(jī)通過寬帶、數(shù)據(jù)鏈技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)超視距控制，從而具有很全面的視野，依據(jù)現(xiàn)場需求，可以從不同角度、不同的距離在不同的光線條件下進(jìn)行作業(yè)。既可以實(shí)現(xiàn)在高空對目標(biāo)進(jìn)行全局性拍攝，也可以調(diào)整距離和角度，按需抓拍對現(xiàn)場決策有重要幫助

5、的關(guān)鍵因素。通過遠(yuǎn)程控制無人機(jī)和攝像頭，可以根據(jù)實(shí)際需求實(shí)時采集圖像，尤其是在低空飛行時，無人機(jī)跟蹤拍攝能力極強(qiáng)，使用機(jī)載攝像頭獲取的圖像分辨率很高（可以達(dá)到0.1米），如果配備熱視或紅外等夜視功能，其收錄的視頻將更加全面。這樣的方式為實(shí)現(xiàn)災(zāi)害事故現(xiàn)場實(shí)時空中監(jiān)控提供了有力保證，能有效提升消防部隊(duì)搶險(xiǎn)救援的偵查能力。 （三）操作簡單。從技術(shù)層面上看，無人機(jī)的遠(yuǎn)程視頻傳輸與控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)和接口接入地面站，通過運(yùn)營商光纖接入公網(wǎng)，因此，只需通過遙控?cái)z像機(jī)及其輔助設(shè)備（鏡頭、云臺等），就能直接觀看無人機(jī)的攝像頭實(shí)時視頻。通常，用戶只需通過遙控器來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的所有動作，通過遠(yuǎn)程視頻傳輸與控制系統(tǒng)對

6、現(xiàn)場情況一目了然，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、方便的全方位監(jiān)控；當(dāng)客戶端（包括PC和手機(jī)）在接入公網(wǎng)后，用戶可以通過PC、平板電腦或者是手機(jī)等多種形式的載體實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的控制。從應(yīng)用層面上看，無人機(jī)的實(shí)際操作也并不復(fù)雜，只要掌握好飛行、音視頻控制和其他兼容模塊的操作，便能發(fā)揮效能。 （四）安全可靠。無論面對暴雨、高溫、臺風(fēng)、泥石流等惡劣的天氣環(huán)境；或者易燃易爆、塌陷、有毒等嚴(yán)重事故災(zāi)害現(xiàn)場；抑或山岳、峽谷、溝壑等極端地理環(huán)境，無人機(jī)技術(shù)能有效規(guī)避傳統(tǒng)滅火救援行動中存在的短板，可確保消防官兵的自身安全。并能通過對現(xiàn)場情況的跟拍、追蹤，為事故處置的指揮決策提供安全可靠的依據(jù)，能夠最大限度地控制災(zāi)情發(fā)展，減少災(zāi)情

7、的損失，減少人員傷亡。 三、無人機(jī)在消防部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)中的應(yīng)用前景 結(jié)合消防部隊(duì)的實(shí)戰(zhàn)需求，無人機(jī)的運(yùn)用可以解決以下四方面的問題： （一）災(zāi)情偵查。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時，使用無人機(jī)進(jìn)行災(zāi)情偵查，一是可以無視地形和環(huán)境，做到機(jī)動靈活開展偵查，特別是一些急難險(xiǎn)重的災(zāi)害現(xiàn)場，偵查小組無法開展偵查的情況下，無人機(jī)能夠迅速展開偵查。二是通過無人機(jī)偵查能夠有效提升偵查的效率，第一時間查明災(zāi)害事故的關(guān)鍵因素，以便指揮員作出正確決策。三是能夠有效規(guī)避人員傷亡，既能避免人進(jìn)入有毒、易燃易爆等危險(xiǎn)環(huán)境中，又能全面、細(xì)致掌握現(xiàn)場情況。四是集成偵檢模塊進(jìn)行檢測。比如集成可燃?xì)怏w探測儀和有毒氣體探測儀，對易燃易爆、化學(xué)事故災(zāi)害

8、現(xiàn)場的相關(guān)氣體濃度進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測，從而得到危險(xiǎn)部位的關(guān)鍵信息；又如集成測溫、測風(fēng)速等設(shè)備，可對災(zāi)害現(xiàn)場環(huán)境情況進(jìn)行細(xì)化了解。 （二）監(jiān)控追蹤。無人機(jī)的作用不僅僅局限在災(zāi)情偵查。消防部隊(duì)所面對的各類災(zāi)害事故現(xiàn)場往往瞬息萬變，在災(zāi)害事故的處置過程中，利用無人機(jī)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控追蹤，能夠提供精準(zhǔn)的災(zāi)情變化情況，便于各級指揮部及時掌握動態(tài)災(zāi)害情況，從而作出快速、準(zhǔn)確的對策，最大限度地減少災(zāi)害損失。 （三）輔助救援。利用無人機(jī)集成或者靈活攜帶關(guān)鍵器材裝備，能夠?yàn)槎喾N情況下的救援提供幫助。一是集成語音、擴(kuò)音模塊傳達(dá)指令。利用無人機(jī)實(shí)現(xiàn)空中呼喊或者轉(zhuǎn)達(dá)指令，能夠較地面喊話或者指令更有效，尤其適用于高空、高層等

9、項(xiàng)目的救援中，以無人機(jī)為載體，有效傳達(dá)關(guān)鍵指令。二是為救援開辟救援途徑。例如水上、山岳救援中，現(xiàn)有的拋投器使用環(huán)境和范圍均有很大的局限性，并且精準(zhǔn)度差，利用無人機(jī)輔助拋繩或是攜帶關(guān)鍵器材（如呼吸器、救援繩等），能夠?yàn)榫仍畡?chuàng)造新的途徑，開辟救生通道，并且準(zhǔn)確、高效率。三是集成通信設(shè)備，利用無人機(jī)擔(dān)當(dāng)通信中繼。例如在地震、山岳等有通信阻斷的環(huán)境下，利用無人機(jī)集成轉(zhuǎn)信模塊，充當(dāng)臨時轉(zhuǎn)信臺，從而使得極端環(huán)境下建立起無線通信的鏈路。四是利用無人機(jī)進(jìn)行應(yīng)急測繪。利用無人機(jī)集成航拍測繪模塊，將災(zāi)害事故現(xiàn)場的情況全部收錄并傳至現(xiàn)場指揮部，對災(zāi)害現(xiàn)場的地形等進(jìn)行應(yīng)急測繪，為救援的開展提供有力支撐。在今年四川雅安

10、地震救援中，中科院沈陽自動化研究所研制的旋翼無人機(jī)，可載重30公斤，在搜救偵查中發(fā)揮了巨大的作用。 （四）輔助監(jiān)督。利用航拍對高層及超高層建筑實(shí)現(xiàn)全面實(shí)時的監(jiān)測、及時發(fā)現(xiàn)火情隱患、消防現(xiàn)場火情實(shí)時控制、建筑消防檢查或現(xiàn)場火情圖像存儲、可將空中監(jiān)控視頻接入其他安防或消防監(jiān)控系統(tǒng)、支持大容量長時間圖像存儲及檢索調(diào)閱、支持通過智能終端遠(yuǎn)程查看及控制部分功能等。 四、無人機(jī)在消防部隊(duì)?wèi)?yīng)用的技術(shù)需求 針對消防部隊(duì)面對的災(zāi)害事故現(xiàn)場實(shí)際情況，無人機(jī)在消防部隊(duì)的運(yùn)用還應(yīng)達(dá)到一定的技術(shù)要求。 （一）可靠性。消防部隊(duì)面對的各種災(zāi)害現(xiàn)場，特別是火災(zāi)現(xiàn)場，應(yīng)用環(huán)境更為復(fù)雜，需考慮風(fēng)速、煙霧、溫度以及防水等各

11、種環(huán)境因素，因此，無人偵察機(jī)首先要能滿足現(xiàn)場的惡劣環(huán)境使用條件。一是抗風(fēng)能力方面。以浙江地區(qū)為例，常年以東南和西北風(fēng)為主，沿岸風(fēng)力3-4級,陣風(fēng)5-8級，在高層建筑附近飛行時，瞬時風(fēng)力可能接近6-8級，因此，其抗風(fēng)能力要達(dá)到6級以上。二是耐高溫和防爆能力。由于無人機(jī)使用汽油發(fā)動機(jī)，排氣管帶有火花，同時噪音大、操作維護(hù)專業(yè)化程度高、運(yùn)行成本不菲，且一旦飛機(jī)失控墜落，也會帶來潛在的起火、爆炸等隱患，因此要求飛機(jī)平臺應(yīng)當(dāng)具有一定的耐高溫能力。三是防煙霧能力。由于火災(zāi)現(xiàn)場存在大量水霧和煙霧，要求無人偵察機(jī)有較強(qiáng)的抗水和抗煙霧能力。四是夜視能力。由于災(zāi)害發(fā)生的時間、環(huán)境不可預(yù)知，因此應(yīng)當(dāng)配備具有紅外夜視

12、功能的攝像頭，并建議配備輔助光源。 （二）操控性。以18km/h無人機(jī)巡航平均速度計(jì)算，其可巡視范圍在2公里工作半徑內(nèi)，續(xù)航能力要求達(dá)到單組電池平均30分鐘以上，航線巡查要求能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷監(jiān)控，兩次巡查準(zhǔn)備間隙少于15分鐘；另外，飛行高度方面，根據(jù)調(diào)研，災(zāi)害事故現(xiàn)場多數(shù)飛行高度在200米以下，考慮到高層建筑最高高度，達(dá)到0到300米飛行高度應(yīng)可滿足日?，F(xiàn)場偵查需要。 （三）穩(wěn)定性。無人機(jī)的圖像傳輸應(yīng)當(dāng)力求清晰、連續(xù)，因而對圖像的無線收發(fā)均有較高的要求；通過無線傳輸易出現(xiàn)干擾，因而要求無人機(jī)必須有一定的抗干擾能力，從而達(dá)到在使用過程中圖像能夠不間斷。 （四）集成兼容性。無人機(jī)在消防部隊(duì)的應(yīng)

13、用中要實(shí)現(xiàn)很多擴(kuò)展功能，必須擁有良好的集成和兼容性。因此，在滿載重量方面，考慮日常訓(xùn)練及使用配備的機(jī)動要求，無人偵查機(jī)需能便攜或車載到達(dá)現(xiàn)場附近，單兵進(jìn)入現(xiàn)場機(jī)動部署，緊急情況下拓展攜帶器材，因此要求整套系統(tǒng)攜帶重量不超過50公斤；此外，在實(shí)現(xiàn)視頻傳輸外，如果要實(shí)現(xiàn)其他輔助功能的集成和傳輸（如語音、測距、測溫等），這必然要求無人機(jī)擁有良好的集成和兼容性。 （五）嚴(yán)謹(jǐn)性。若配備無人機(jī)，必然需要對操作人員進(jìn)行素質(zhì)培訓(xùn)，因此必須形成一套訓(xùn)練考核機(jī)制，形成無人機(jī)日常管理和使用機(jī)制，操作員必需定崗定位，確定使用時機(jī)和人員。必須由內(nèi)部操作人員和外部技術(shù)人員及研發(fā)制造方形成一套成熟的售后維護(hù)保養(yǎng)機(jī)制，確保

14、無人機(jī)保持良好的使用常態(tài)；要加強(qiáng)學(xué)習(xí)教育，使無人機(jī)的使用更符合民航管理規(guī)范。 五、無人機(jī)在消防部隊(duì)的配備模式 從無人機(jī)在消防部隊(duì)的應(yīng)用前景出發(fā)，其配備模式也需一定的科學(xué)性。 （一）大（中）隊(duì)級配備標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)城市消防站建設(shè)等級分類或者鐵軍中隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)配備，特勤大（中）隊(duì)可配備單兵背負(fù)式無人機(jī)，主要以偵察和短距離巡航為主，應(yīng)急響應(yīng)時隨頭車搶險(xiǎn)車編隊(duì)第一出動。其他承擔(dān)滅火救援任務(wù)較重的大（中）隊(duì)，根據(jù)轄區(qū)情況選配。 （二）支隊(duì)級配備標(biāo)準(zhǔn)。支隊(duì)級主要配備電動飛機(jī)平臺，巡航距離較長，以偵查、輔助救援為主，應(yīng)急響應(yīng)時應(yīng)當(dāng)隨支隊(duì)全勤指揮部出動，并承擔(dān)全大市轄區(qū)內(nèi)和跨區(qū)域增援時的偵查和輔助救援任務(wù)。 （三）總隊(duì)級配備標(biāo)準(zhǔn)?？傟?duì)級主要配備燃油無人機(jī)，巡航距離長，以偵察、監(jiān)控、輔助救援為主，隨總隊(duì)全勤指揮部出動，承擔(dān)全省范圍內(nèi)和跨區(qū)域增援時的各項(xiàng)任務(wù)。 隨著無人機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及其在消防部隊(duì)運(yùn)用的日趨成熟，其必將在抗擊各類災(zāi)害過程中發(fā)揮越來越重要的作用。各級部門特別是消防部隊(duì)，應(yīng)該充分認(rèn)識到無人機(jī)在滅火救援中的重要作用，逐步裝備無人機(jī)并積極發(fā)揮作用，更好地完成各類滅火救援和搶險(xiǎn)救災(zāi)任務(wù)。