1、无人机在灭火救援工作中的应用探究摘要：通过经验总结法分析无人机在灭火救援中应用的意义与优势，可以得出在灭火救援工作中应用无人机切实可行的结论，继而探究无人机信息数据与影像获取、红外线热感测试、有毒害气体测试、3D建模等主要功能与投放救援物资、播报广播信息、应急通信与照明等辅助功能在火灾现场的具体应用策略，最后结合实际案例说明无人机灭火救援功能的具体实现方式，旨在利用无人机的优势提高灭火救援效率与成功率。关键词：灭火救援；无人机；应用当前，生产生活日益复杂多样，火灾隐患也不断增加，面对新的消防安全形势，快速掌握火災现场情况、评估与判断火势、科学组织救援是抓住战机的关键。但传统救援模式下，缺少可以
2、准确判断火灾发生位置与起火点、火势蔓延形式的条件、工具、技术，而无人机进入火场方便快速，可以长时间在火场停留与侦察，搭配不同技术可以实时传回火灾现场画面与各项数据，为制定科学救援方案、高效有序组织救援提供可靠基础。因此，关于无人机在灭火救援中应用的探究具有重要现实意义。1 在灭火救援工作中应用无人机的意义1.1 节约救援时间应用无人机在消防救援队伍未到达现场前侦察现场火情，观察起火点、火势蔓延形势，传回多视角图像与多维度数据信息，可以使消防救援队伍第一时间了解火情，提前制定救援方案，到达现场后快速控制火势。1.2 提高救援效率现代灭火救援中存在薄弱环节，如高层建筑发生火灾后，利用消防车进行救援
3、，最高只能达到50m，救援效果有限且救援效率低。而无人机机动性强、小巧灵活，飞行高度最高可至千米以上，能克服高度条件的限制，精准达到起火楼层侦察火情，投放救援物资，从而提高救援效率，减少损失与伤亡1。1.3 提高救援有序性火灾发生后强热对流的形成、风向条件的干扰，使火灾蔓延形势充满不确定性，若无法对气候、环境等条件做出客观分析将影响指挥人员的判断，影响灭火救援技战术的灵活应用。而应用无人机进行灭火救援时，可以精准锁定救援目标、起火点，并结合火灾现场图像形成系统性规划，为救援行动有序开展提供可靠依据，形成详细行动方案。2 应用无人机展开灭火救援工作的优势2.1 安全性强、保养成本低消防无人机体积
4、小、质量轻，整机中机械零件数量少，方便拆卸与维护，可以快速完成维护工作，无需投入过多人力，与其他消防设施相比维护成本更低。使用时，经过简短的训练消防人员可以快速上手，按需完成操作；且即使在小雨天气或者浓烟多的火灾现场，无人机也可以克服恶劣环境条件，精准识别与采集目标对象信息、准确进行目标定位。因此，应用无人机进行灭火救援时其本身安全稳定，能减少救援中的意外。2.2 稳定性强、操控灵活无人机装置搭载自动与半自动控制装置，救援中可以通过手动方式对其飞行速度、高度进行控制，也可以通过自动控制装置提前输入控制参数，在应用中自行调节飞行高度与速度，因此，无人机可以灵活操控、稳定运行，很少受复杂的环境以及
5、空间的影响。例如，在隧道中发生火灾时，内部空间有限、现场浓烟滚滚，启动搭载红外线感应装置的无人机可以高效对隧道内部情况进行探测，方便起火点位置、被困人员位置的确定。2.3 适用性广、匹配效果好无人机自动控制、数据传输依靠互联网技术、物联网技术、云端信息存储系统等实现，可以快速、准确进行数据信息匹配，并在传回新数据后快速完成比对工作，再配合先进的分析系统、摄影测绘技术、通信数据转换与处理平台，打造同步无线远程飞行监控平台，由此看出无人机可以匹配多种技术、设备、装置，适用范围广，应用价值突出。3 在灭火救援中无人机可以发挥的功能3.1 现场信息数据与影像获取功能无人机可以信息数据、图像等方式传回火
6、灾现场情况，基于所获图像与数据利用建模技术高度还原火灾现场，能够更准确地判断火灾情况与形式。具体来讲，在获取火灾现场信息数据与影像过程中，为应对环境条件，无人机可以选择不同模式，即有可见光条件下信息传递模式、非可见光条件下红外线夜视功能信息传递模式，保证持续、动态获取火灾现场高清画面以及多类型信息，快速掌握火灾情况以及火势变化情况。从对每年火灾发生时间的统计来看，夜间火灾发生率更高，无人机可以利用夜视功能对火灾现场信息进行捕捉，浓烟强烈时也可以利用红外感应装置判断事物的具体位置，定位被困人群；捕捉到的数据通过无线通信传回到接收终端，传输过程中若受谐波干扰，可以转换为有线网络、通信卫星网络，确保
7、实时、准确传回信息，因此，信息与图像采集、传输均不受现场恶劣环境条件的影响与制约2。此外，在具有可视化需求下，利用远程可视化技术在可视条件下传回火灾现场画面，火灾救援部门可以及时与其他救援部门共享信息，在灭火的同时，顺利衔接后续救援，降低火灾造成的损失、降低人员伤亡率，提高协同作战效率。3.2 红外线热感测试功能无人机搭载红外线热感探测技术可以突破各类型条件限制，传回更准确的现场情况信息，该项技术利用红外辐射差异形成的图像以及热点完成探测任务，探测过程中利用波长介于0.781000m的电磁波辐射目标对象，经过红外光学系统采集被测对象的红外辐射能量分布情况，利用附着大量红外探测器像元的红外焦平面
8、阵列采集热辐射能量信号，经过转换后变为电信号，通过焦平面阵列向外输出，调理与转换过后，再经过非均匀性矫正等处理获得灰度图像，经由伪彩色变化技术生成彩色图像，准确识别火灾现场各类型事物；且火灾救援过程中可以传回现场温度信息，为起火点、火势蔓延情况的进一步判断提供更全面数据。3.3 有毒害气体测试功能无人机搭载有毒害气体传感装置可以对火灾现场各类型有气体进行探测。火灾现场不同类型材料起火后，在燃烧过程释放的气体成分不同，传感装置可以采集气体的具体信息，经过分析后有利于更精准地判断火灾的危险程度，也可以确定火灾中起火材料的具体类型，评估是否有发生次生灾害的可能，从而合理选择防护装置，降低火灾对消防救
9、援人员人身安全的威胁，保证救援顺利开展。3.4 3D建模功能3D建模功能主要应用于火势蔓延情况的评估上，基于高精度摄像以及高准度测绘，利用现场实时传回的数据与图像进行建模，可以实现全方位、无死角、立体的还原火灾现场。无人机常用的3种3D建模方式：一是點云融合。将无人机于火灾现场上空拍摄的倾斜摄影图片作为基础，利用图片处理工具则可以构建三维模型，但从俯视视角拍摄火灾现场时因高度问题，容易被其他物体遮挡，导致成像精度下降，因此，建模过程中需要联合地面三维激光扫描，提高探测精度。二是立体环绕。选择多旋翼无人机，基于实景地图定位目标物体；先创建多边形作为目标底部，确保建模过程中多边形能够始终将目标物完
10、全包住，实现垂直投影；再进行多边形高度设定，建立立体的多边形，完成后对旁向重叠率、航向重叠率进行设置，从而则可以对界面上立体多边形航线进行预览，根据现场需求精确调整参数后可以启动无人机执行任务，传回现场摄影图片后经过第三方工具处理后则可以生成3D模型3。三是智能摄影。先根据实景地图确定目标的实际位置，手动操作无人机飞行至目标物上空后开始摄影，无人机可以自动环绕目标物体展开多角度、全方位摄影，环绕路线以及环绕过程中云台角度均已提前在地图上完成设定，摄影结束后所有文件均会传输到建模工具当中，完成3D建模。立体模型的形成可以更精准地评估火灾现场情况，精准测绘目标物信息，为救援提供更详细的数据支持。3
11、.5 辅助功能3.5.1 投放救援物资火灾现场环境恶劣，高温、浓烟对被困人员生命安全构成巨大威胁，救援需要一定时间，随着救援工作的推进，虽然火势得到控制，但被困人员仍需在危险环境中等待，此时则需要投放补给、救援物资，如水、食物、药物等，采用无人机投放物资更加灵活，其所承载重量为自身重量的10余倍，配合小绳索则可以构建起救援物资的传送通道，高效运送紧急救援物资切实可行，可以使被困人员的伤情得到基本处理，及时提供食物补充体能，提高被困人员生存能力，降低人员伤亡率4。3.5.2 播报广播信息无人机飞行到目标物区域内，借助云台则可以完成应急广播信息的通报，其声音传递范围在850m内。由于火灾有蔓延风险
12、，也可能发生爆炸等二次灾害，借助无人机快速传递应急广播信息，让被困人员对救援方案、路线、需要配合的事项、自救须知等有所了解，还可以安抚被困人员情绪，避免救援中发生错误逃生情况，减少影响救援效率与成功率的不利因素5。3.5.3 应急通信与照明火灾现场情况与形势复杂，救援中应用的设备容易受到环境因素的干扰，为了保证救援过程中火灾现场与消防指挥中心之间不中断联系，可以为无人机配备应急通信系统作为救援中的无线中继平台，避免链路中断，且整个通信过程不受火灾现场环境因素的干扰。在夜间发生火灾，由于光照条件不利，无人机摄影清晰度受到影响，搭载照明装置，可以补充灯光，创造摄影所需照明条件，提高拍摄效果。4 应
13、用案例本文以某地商业综合体火灾救援为例，对无人机的应用展开分析。4.1 前期侦察接到火警电话后根据气象播报信息，当地天气晴、风向为东南、风力45级，救援过程中采用空载续航时间为85min、摄像像素为1200万的消防无人机；在距离火灾现场23km后，启动无人机率先飞行至目标地点侦察情况，经过实时传回信息对火灾位置、附近水源位置进行确定，可以给出消火栓方位信息以及距离火灾现场的距离信息；并启动气体检测装置，对火灾现场有毒害气体情况进行分析。经对现场传回图像与数据的分析，确定火灾现场东、西、北三个方向均有消火栓，最远距离火灾现场50m、最近距离火灾现场12m；火灾发生在商业体1楼，而商业体地下1层东
14、侧为餐饮区，火势蔓延至地下容易引发燃气爆炸。4.2 任务分配根据火灾现场情况的侦察，在消防救援队伍到达现场前完成任务分工，并且保证救援方案信息、现场侦察的各类型信息能够在中队、大队、支队、总队内实时共享。确认任务后将信息发送到各个作战车上，包括数据信息、位置信息、图像信息，到达火灾现场后按照任务分配情况有序停靠车辆。4.3 实施救援经对气体的检测，识别到有毒害气体多、浓度高，进一步判断本次火灾危险性高、火场面积大，需立即拉起警戒线，禁止无关人员进入警戒范围内；救援过程中无人机持续在火灾现场侦察，传回现场最新情况，其中需要重点探测烟羽热成像的变化情况以及火灾现场可视光变化情况、火场内有毒害物质的
15、释放量以及对周边环境造成的污染、封闭管控区域内有无其他不安全因素，并利用广播播报紧急事故信息，提醒周围民众躲避到安全场所内，且救援指挥人员要根据无人机传回的信息、图像做出预判，精准指挥救援人员，提高救援效率。同时，救援过程中无人机可以按照预先设定路径自动环绕飞行，也可以由救援人员操控，依靠手机完成采集数据、图像的传输，使作战车辆、各级指挥平台同时获取数据与图像信息，各级消防救援队伍可以在指挥网上了解救援工作开展情况，部署下一步行动方案，如利用无人机与热成像仪对被困人员位置进行确定，操作一台无人机在被困人员所在区域利用播报应急救援信息，通过传回的图像了解伤亡情况，组织救援队伍投放应急物资。4.4
16、 经验总结本次利用无人机救援的过程中切实体验到无人机外形、功能方面的优越性，在提高救援效率上发挥着不可替代的价值。但也发现在应用中存在明显问题，救援中启用小型无人机，为了保障持续飞行中散热不受影响，无法利用防雨设施进行机身密封，在小雨天气下无人机飞行不受影响，但大雨天气则会受到干扰，机动性大幅下降，因此，救援中若遇到大雨天气应利用大型无人机。本次救援过程中无人机也会受到建筑物遮挡的影响，目前已出现穿越楼层信号技术，需要及时引入，避免建筑物遮挡导致无人机探测受到干扰。此外，在无人机操作过程中发现消防救援队伍应基于专业的培训快速培养无人机飞手，建立起无人机操作规程，以便提高无人机操作水平。5 結语综上所述，随着无人机在火灾救援中的广泛应用，其优势愈发突出，也受到社会越来越高的认可与信任，因此，应不断开发无人机的功能，利用其优势与便捷性提高灭火救援队伍作战能力。但也要认识到无人机的应用还有局限，应在实践中不断总结经验，对无人机技术进行优化与创新。
