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无人机(jī)在消防灭火救援中的应用(yòng)

 

随着无人机技术的日趋成熟和航空摄影技术的进一步拓展,我国民(mín)用(yòng)无人(rén)机应(yīng)用领域日(rì)益广泛,包括:摄影(yǐng)测量、应急(jí)救灾(zāi)、公共安全、资源勘(kān)探、环境监测、自然(rán)灾害监测与评估、城市(shì)规(guī)划与市政管理、林火(huǒ)病虫害防护与监(jiān)测等。当前,我国消防部队面临着(zhe)日益复杂(zá)的灭(miè)火救援(yuán)和社会救助形势(shì),对各类地(dì)震救援、抗洪抢险(xiǎn)、山岳救助及大跨度或高层火灾(zāi)等(děng)情况(kuàng),传统现场(chǎng)侦查手段的局限性已日益凸显。如何有(yǒu)效(xiào)实施消防预警和(hé)现场侦(zhēn)测(cè),并(bìng)迅(xùn)速、准确(què)处置(zhì)灾情显得尤为重要。我国(guó)无人(rén)机应用技术及系统解决方案(àn)的成熟运用,使得无(wú)人侦(zhēn)察机平台结合(hé)视频、红外(wài)等(děng)监控及传送设备,通过(guò)空(kōng)中对复杂地形和复(fù)杂结构(gòu)建筑进行(háng)火灾隐患巡查(chá)、现场救援指挥、火(huǒ)情侦测及防控成为消防部队新(xīn)的选择。

一、无人机工作(zuò)原理

无人机是(shì)一种以无线电遥控和自备程序控制装(zhuāng)置操纵的非载(zǎi)人飞行器(qì),它具备体积小、造价低(dī)、使用方便(biàn)、对环(huán)境要求(qiú)低等优点(diǎn),并整合了无线图像传输(shū)系统,具备相当的自主控制、飞(fēi)行规(guī)划及图像传输(shū)能力。 目(mù)前(qián)商用及(jí)军用无人机系统可(kě)分(fèn)为以(yǐ)下几(jǐ)个子系统:地(dì)面指挥控制系统、无人(rén)机飞行(háng)平(píng)台、空中视频监控平台(tái)、微波(bō)无线实(shí)时图像传输(shū)系统、GPS导航及(jí)自动驾驶系统、高效大(dà)容量锂聚合物供电单元、3G图传中继链路等。

二、无人机的技术优(yōu)势

由于采用了技术先进的飞控平台及前后台视频监控传输系统,配合完善的飞行(háng)及(jí)地(dì)勤保障系统,无人机可对地面实施完备的长时间空中监控,从(cóng)而实现较低的综合(hé)成本对传统手(shǒu)段无法涉足的(de)区域(yù)进行实时监控和辅(fǔ)助(zhù)救(jiù)援,其智能化和(hé)先进性突(tū)出(chū)体现在巡查路径规划、智能分析、定点持续监控、火情(qíng)报警等,并且在制(zhì)定应急预案、建立快速响应机制、现场火情存档与取证等方面(miàn)充分发挥技术防范手(shǒu)段的重要作用。其技术优势有:

(一)机动灵(líng)活(huó)。小型(xíng)无人机一般(bān)只有(yǒu)100千克以下的重量,依托(tuō)飞行控件就可以对其进行操(cāo)控,只需要1-2人就可以完成此类(lèi)操作任务。在道路(lù)不畅(chàng),交(jiāo)通中断的情况(kuàng)下,徒(tú)步就可以(yǐ)携带至灾害(hài)事故现场(chǎng),且(qiě)起(qǐ)飞(fēi)条件很简单,对地形无(wú)要求,加上无人机(jī)携带方(fāng)便,所以具有(yǒu)很强的(de)灵(líng)活性。此外,无(wú)人(rén)机的飞行速(sù)度易(yì)于控制,转弯半径小,机动性好,可以灵活机动控制(zhì)飞行方向,机载(zǎi)摄像头也(yě)可以跟踪(zōng)拍摄对象;无(wú)人机还能快速到达(dá)指定地点,反应(yīng)能力快捷(jié),对环境和气候条件也(yě)有很强经浙江消防(fáng)总队对“上合组(zǔ)织”演练期间的实(shí)际测试,无人机在6级风(fēng)力下完成飞行任务(wù),受阴(yīn)雨天气等条(tiáo)件(jiàn)限制比大型载人飞机(jī)要小的多;其起(qǐ)飞条件只需要(yào)几(jǐ)平米空地,周围无突出(chū)障碍物即可,在(zài)低(dī)空作业时,受气候(hòu)条件(jiàn)限制非(fēi)常小,获(huò)取影像的速度非常(cháng)快,可在(zài)5公里范围内稳定可(kě)靠(kào)发挥侦查作用。

(二)视(shì)野全面。无人机通(tōng)过宽带、数据链技术可以实现超视(shì)距控制,从而具有很全面的(de)视野,依(yī)据现场需求(qiú),可以(yǐ)从不同角度(dù)、不同的距(jù)离在不同的光线条件下(xià)进行作(zuò)业。既可以实现在高空对目标进(jìn)行(háng)全局性拍摄,也可以调整距(jù)离(lí)和(hé)角度,按需抓拍对现场决策(cè)有重(chóng)要帮助(zhù)的关(guān)键因素。通过(guò)远(yuǎn)程控制无人机和摄像头(tóu),可(kě)以根据实际(jì)需(xū)求实时采集图像(xiàng),尤(yóu)其是在低空飞行时(shí),无人机跟(gēn)踪(zōng)拍摄能力极强,使用机载摄像头获取的图像分辨率(lǜ)很高(可以达到0.1米),如果配备(bèi)热视或红外(wài)等夜视(shì)功能,其收录(lù)的视频将(jiāng)更加全面。这(zhè)样(yàng)的方式为实(shí)现灾(zāi)害事故现场实时空中监控提供了(le)有力保证,能有效(xiào)提升消防部队抢险救援的侦查能力(lì)。

(三)操作简(jiǎn)单(dān)。从(cóng)技术层(céng)面上看,无人机的远程视频传输与控制系统通过网络(luò)和接口接入(rù)地面站,通(tōng)过运营商(shāng)光纤接入公网,因此(cǐ),只需通过遥控摄像机及(jí)其辅助设备(镜(jìng)头、云(yún)台等),就能直接观看无人机的摄(shè)像(xiàng)头实时视频(pín)。通常,用户只(zhī)需通(tōng)过(guò)遥控器来实现无人机的所有动(dòng)作,通过远(yuǎn)程视频传输与控制系统对(duì)现场情况一目(mù)了然,以实现远程(chéng)、方便的全方位监控;当客户端(包括PC和(hé)手机)在接入(rù)公网后,用(yòng)户可以通(tōng)过(guò)PC、平板(bǎn)电脑或者(zhě)是手机等多种形式的载(zǎi)体实现(xiàn)对无人(rén)机的(de)控(kòng)制。从应用层面(miàn)上看,无人机的实际(jì)操(cāo)作也并(bìng)不(bú)复(fù)杂,只要掌握好飞行、音(yīn)视(shì)频控制(zhì)和其他兼容模块的操作,便(biàn)能发挥(huī)效能。

(四)安全(quán)可靠。无论面对(duì)暴雨、高温、台风、泥石流等恶劣的天气环境;或者(zhě)易燃易爆、塌陷、有毒等(děng)严重事(shì)故灾害现场;抑或山岳、峡(xiá)谷、沟壑等极端地(dì)理环(huán)境,无人(rén)机技术能有(yǒu)效规避传统灭火救援行动中存(cún)在(zài)的(de)短板,可(kě)确保消防(fáng)官兵的自身安全。并能通(tōng)过对现场(chǎng)情况的(de)跟拍、追(zhuī)踪,为事故处置的指(zhǐ)挥决策(cè)提供安全可靠的依据(jù),能够最大限度地控制灾情(qíng)发展,减少灾情(qíng)的损失,减少人员伤(shāng)亡。

三(sān)、无人机在消(xiāo)防部队实战(zhàn)中的(de)应用前景(jǐng)

(一)灾(zāi)情侦查(chá)。当(dāng)灾害发(fā)生时,使用无(wú)人机进行灾情侦查,一是可以无视地形和环境(jìng),做到机动灵(líng)活(huó)开展(zhǎn)侦查,特别(bié)是一些急难险重的灾害现场,侦查小组无法(fǎ)开展侦(zhēn)查的情况下,无人(rén)机能够迅速展开侦查。二是通过无人机侦查(chá)能够有效提升侦查的效(xiào)率,第(dì)一时间(jiān)查(chá)明灾害事故的关键(jiàn)因素,以便指(zhǐ)挥员作出正确(què)决策。三是能够有效规避人员伤亡,既能避免人进入有毒、易燃(rán)易(yì)爆等危险环境(jìng)中(zhōng),又能全面、细致掌(zhǎng)握(wò)现场(chǎng)情况。四是集成侦检模块进(jìn)行检测。比如集成(chéng)可燃气体(tǐ)探测仪和(hé)有(yǒu)毒(dú)气体探测仪,对(duì)易燃易爆、化学事故(gù)灾害现场的相关气(qì)体浓(nóng)度进行远程检测,从而(ér)得到危险部位的关键信息;又如集成(chéng)测(cè)温、测(cè)风速等(děng)设备,可(kě)对灾(zāi)害现场环境情况进行细化(huà)了解(jiě)。

(二)监控追(zhuī)踪(zōng)。无人机的作用不仅仅局限在灾情侦查。消(xiāo)防部(bù)队所面(miàn)对的各类灾害事故现场往往(wǎng)瞬息万变,在灾害事故(gù)的处置(zhì)过程中(zhōng),利(lì)用无人机(jī)进行实时(shí)监控追踪,能够提供精准的灾情变化情况(kuàng),便于各(gè)级指挥部及时掌握动态灾害(hài)情况(kuàng),从而作出快速、准确的对策(cè),最大(dà)限度地减少灾害损失(shī)。

(三)辅助救援。利(lì)用无(wú)人机集成(chéng)或者灵活携带关键器材装备,能够(gòu)为(wéi)多种(zhǒng)情况下的救援提供帮助。一是集(jí)成语音、扩音模块传达指令。利用无(wú)人机实现空(kōng)中呼喊(hǎn)或者转达指令,能够较地面(miàn)喊(hǎn)话(huà)或者指(zhǐ)令(lìng)更(gèng)有效,尤其适(shì)用于高空、高(gāo)层等项目的救援中,以无人(rén)机为载体,有效传达(dá)关键指令。二是为救援开(kāi)辟救(jiù)援途径。例如水上、山岳救(jiù)援中(zhōng),现有(yǒu)的(de)抛投器使用环境和范围均有很大的局限性(xìng),并且精准度差,利用(yòng)无人机辅助(zhù)抛绳或是携带关键器材(如(rú)呼(hū)吸(xī)器、救援绳等(děng)),能够为救援创造新的途径(jìng),开辟救生通道,并且准确、高效率。三是集(jí)成通信设备,利用无(wú)人机担当通信中继。例如在地(dì)震(zhèn)、山岳等有通信阻断的(de)环境(jìng)下(xià),利用无人机集成转(zhuǎn)信模块,充当临时转信台,从而(ér)使得极端环境下建立起无线通信的链路。四(sì)是(shì)利用无人机进行应急测绘(huì)。利用(yòng)无人机集成航拍测绘模块,将灾害事故现场的情况全(quán)部收录并传至现(xiàn)场指挥(huī)部,对灾(zāi)害现场的(de)地形(xíng)等进行应急(jí)测绘,为救援的开展提(tí)供有(yǒu)力支(zhī)撑(chēng)。比如(rú)云(yún)南昆明劲无人机,可载重(chóng)30公斤,在搜救侦查(chá)中发(fā)挥巨大的作用。

(四)辅助(zhù)监督。利(lì)用航(háng)拍(pāi)对(duì)高层及(jí)超高层建筑实现(xiàn)全(quán)面实(shí)时的(de)监(jiān)测、及时发现火情隐患、消防现场火情实时控制(zhì)、建(jiàn)筑消(xiāo)防检查或现(xiàn)场火情(qíng)图像存(cún)储、可(kě)将空中监控视频接入其他安防或消防(fáng)监控系统、支持(chí)大容(róng)量长时间(jiān)图像存储及检索(suǒ)调(diào)阅、支(zhī)持(chí)通过智能终端远程查(chá)看及控制部分功(gōng)能(néng)等。

四、无人机在消防(fáng)部(bù)队应用的(de)技术(shù)需求

(一)可靠性。消防部队面对的各种灾害现场,特别(bié)是(shì)火灾现(xiàn)场,应用环境更(gèng)为复杂(zá),需考虑(lǜ)风速、烟雾、温度(dù)以及防水等各种环境因(yīn)素(sù),因此,无人侦(zhēn)察机首先(xiān)要能满足现(xiàn)场的恶劣环境使用条件(jiàn)。一是抗风(fēng)能力方面。以浙江地区为例,常(cháng)年以东南和西(xī)北(běi)风为主(zhǔ),沿岸风力3-4,阵风5-8级,在高层建筑(zhù)附近飞行(háng)时(shí),瞬时风(fēng)力可(kě)能接近6-8级,因(yīn)此,其抗风能力要达到6级以上。二是耐高温和防爆能(néng)力(lì)。由于无人(rén)机使用汽(qì)油发动机,排气管带有火花(huā),同时噪音大、操作维(wéi)护专业化程(chéng)度高(gāo)、运行成本不菲,且一旦飞机失控坠落,也会带来潜在的起火、爆炸等(děng)隐患,因此要求飞机平台应当具有一定的耐高温能力。三是防烟雾能力。由(yóu)于火灾现(xiàn)场存在大量(liàng)水雾和烟雾,要求(qiú)无人侦察机有较(jiào)强的(de)抗水(shuǐ)和抗烟雾能(néng)力(lì)。四是(shì)夜视能力。由于灾害发生(shēng)的时间、环境不可预知(zhī),因此应当配备(bèi)具有(yǒu)红外夜视功能的摄像(xiàng)头,并建议配备辅助光(guāng)源。

(二)操控(kòng)性。以18km/h无人机巡(xún)航平均速度计(jì)算,其可巡视范(fàn)围在(zài)2公里(lǐ)工作半径(jìng)内,续(xù)航能力要求达到单组电池(chí)平均30分(fèn)钟以上,航线巡(xún)查(chá)要求能够实现不(bú)间(jiān)断监控,两次巡查准备间(jiān)隙少于15分钟;另外,飞行高度方面,根据(jù)调研,灾(zāi)害(hài)事故现场多数飞行高度(dù)在200米以下,考虑到高层建筑最高高度,达到0300米飞行高度(dù)应可满足日(rì)常现场侦(zhēn)查需要。

(三)稳定(dìng)性。无(wú)人(rén)机(jī)的图像传(chuán)输应当(dāng)力求清(qīng)晰(xī)、连续(xù),因而对图像的无线收发(fā)均有较高的要求;通过无线传输易出现干扰,因而要求无人机(jī)必须有(yǒu)一定(dìng)的抗干扰能力,从而达(dá)到在使(shǐ)用过程(chéng)中图像能够不间断。

(四)集成兼容性。无人机在(zài)消(xiāo)防部(bù)队的应用中要实现(xiàn)很(hěn)多扩展功能,必须拥有良好的集成和兼容性。因此,在(zài)满载重量方面,考虑日常训练及使用(yòng)配备的机动要求(qiú),无人侦查机需能(néng)便携或车载到达现场附近,单兵进入现场机(jī)动部署,紧急情况下拓展携带器材,因此(cǐ)要求整(zhěng)套系统携带重量不超(chāo)过50公(gōng)斤(jīn);此外(wài),在实现视频(pín)传输(shū)外,如(rú)果要实(shí)现其他辅助功(gōng)能的集成和传输(如语音、测距、测温等),这必然(rán)要求无人机拥有良好的集成和兼容性。

(五)严谨性。若配备无人机,必然需要对(duì)操作人员(yuán)进(jìn)行素质(zhì)培训,因此必须形成一套(tào)训练考核机制,形成无人机日常管(guǎn)理和使(shǐ)用机(jī)制,操作员必(bì)需(xū)定岗定位,确(què)定使用(yòng)时机和人(rén)员。必须(xū)由内部操作(zuò)人员和外部技术人员及(jí)研发制(zhì)造方形成一套成熟的(de)售后(hòu)维护保养机制,确保无人机保持良好的(de)使(shǐ)用常(cháng)态;要加(jiā)强学习教育,使无人(rén)机的使用更符合民航管理规范。

五、无人机(jī)在消防部队(duì)的配备模式(shì)

(一)大(中)队级配备标(biāo)准。根据城市消防站建设等级分类或者(zhě)铁军中队(duì)标(biāo)准配备,特勤(qín)大(中(zhōng))队(duì)可配(pèi)备单兵背负式无人机,主要(yào)以侦察和短距(jù)离(lí)巡航为主,应急响应时(shí)随头车抢(qiǎng)险车(chē)编队第一出动。其他承担灭火救援任务较重的(de)大(中)队,根据辖区情况选配(pèi)。

(二)支队级(jí)配(pèi)备标准。支队级主要配(pèi)备电动飞机平台,巡航距离较长,以(yǐ)侦查、辅助救援为主,应急响应时应当随支队全勤指挥部出动(dòng),并承担(dān)全大市辖区内和(hé)跨区域增援时的侦查和辅助救援任务。

(三(sān))总队级配备标准。总队级主要配备燃油无(wú)人机,巡航距离(lí)长,以侦察(chá)、监(jiān)控、辅助救援为主,随(suí)总(zǒng)队全勤指挥部出动,承担全省范(fàn)围内和跨区域增援时的各项任务。

随(suí)着无(wú)人(rén)机技术的进(jìn)一(yī)步发展及其在(zài)消防(fáng)部队(duì)运用的日趋成熟(shú),其必将在(zài)抗击各类灾害过程中发挥越来越重要的作(zuò)用。各级部(bù)门特别是消防部队,应(yīng)该充分认(rèn)识到(dào)无人(rén)机在灭火救援(yuán)中的重要作用,逐步装备无人机并积极发(fā)挥作(zuò)用,更(gèng)好地完成(chéng)各类灭火救援和抢险救灾任务。(中国消防在线(xiàn))

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