無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用研究

無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用研究■趙毅銅川市消防救援支隊(duì)

當(dāng)今社會(huì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量顯著提高，隨之而來的是消防滅火救援形勢(shì)更加復(fù)雜多變，對(duì)無人機(jī)等現(xiàn)代化消防通信設(shè)備的應(yīng)用提出了新的更高要求。當(dāng)前形勢(shì)下，有必要立足消防通信實(shí)際需求，采用靈活多樣的技術(shù)方法，全面優(yōu)化提升消防通信的整體實(shí)施效果。

一、研究背景

消防通信是消防滅火救援中的關(guān)鍵內(nèi)容，對(duì)于實(shí)時(shí)傳遞火情信息、精準(zhǔn)調(diào)整與優(yōu)化消防滅火救援策略等具有直接作用。無人機(jī)作為一種新型技術(shù)裝備，開始在現(xiàn)代消防通信實(shí)踐中發(fā)揮更加顯著的作用。近年來，相關(guān)主管部門高度重視無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用與創(chuàng)新，在強(qiáng)化無人機(jī)應(yīng)用的系統(tǒng)性構(gòu)造、整合遙感技術(shù)等方面制定并實(shí)施了一系列重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，為消防通信實(shí)踐中高質(zhì)高效地應(yīng)用無人機(jī)這一通信載體提供了基本遵循與導(dǎo)向，在火情數(shù)據(jù)信息傳輸方面取得了令人矚目的成就。同時(shí)，各級(jí)消防應(yīng)急救援單位同樣在創(chuàng)新無人機(jī)應(yīng)用流程、整合無人機(jī)通信效能等方面進(jìn)行了大量卓有成效的研究與探索，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)巡邏偵查、火情態(tài)勢(shì)回傳等多樣化功能，為消防救援單位做出準(zhǔn)確可靠的救援策略提供了重要數(shù)據(jù)保障，展現(xiàn)出消防救援的現(xiàn)代化與專業(yè)化特征。盡管如此，受限于火情特點(diǎn)與火場(chǎng)信息等方面影響，當(dāng)前無人機(jī)的實(shí)踐應(yīng)用水平尚有較大提升空間，無人機(jī)應(yīng)用策略與方法的針對(duì)性和實(shí)效性有待進(jìn)一步增強(qiáng)[1]。上述背景下，深入探討無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用模式與優(yōu)化路徑具有極為深刻的現(xiàn)實(shí)意義。

二、無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）機(jī)動(dòng)靈活性優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)體型較小，重量較輕，在消防通信中具有顯著的機(jī)動(dòng)靈活性優(yōu)勢(shì)。在消防滅火救援環(huán)境下，需要首先對(duì)火情現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面實(shí)地勘察，獲取火情特點(diǎn)的各類基礎(chǔ)性信息，進(jìn)而為消防滅火救援策略的制定提供第一手參考資料。通過發(fā)揮無人機(jī)的靈活性優(yōu)勢(shì)，其可替代消防救援人員完成火情現(xiàn)場(chǎng)勘察任務(wù)，在降低消防救援人員人身傷害風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，在相對(duì)有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)火情信息的精準(zhǔn)全面搜集，在時(shí)間與空間方面為消防應(yīng)急救援創(chuàng)造更多可能。

（二）視野全面性優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)在消防通信過程中具有較為開闊的視野，可從整體宏觀角度觀察火場(chǎng)火情特點(diǎn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)寬帶技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)的視野全面性優(yōu)勢(shì)特征更加突出，為多角度拍攝、多維度分析等提供了更為豐富的功能載體，使得傳統(tǒng)技術(shù)條件下難以完成的火情拍攝任務(wù)更具實(shí)現(xiàn)可能。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，無人機(jī)可搭載廣角攝像頭或紅外夜視裝置等，極大限度地拓寬了拍攝視野，有效消除了人工勘察的視野盲區(qū)[2]。

（三）操作簡(jiǎn)便性優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)在操作與控制方面同樣獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)無人機(jī)的基本操作要求，輕松完成飛行操作流程，即便是機(jī)型相對(duì)較大的無人機(jī)也可通過兩人協(xié)作完成操作。通常情況下，無人機(jī)由飛行載體、傳感器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和地面工作站等部分構(gòu)成，不同的構(gòu)成部分在功能要求與任務(wù)模式等方面存在顯著差異，共同完成相應(yīng)的飛行操作任務(wù)。在人機(jī)交互環(huán)境下，無人機(jī)的操作便捷性得以明顯提高，實(shí)現(xiàn)對(duì)火情火場(chǎng)的全方位監(jiān)控。

（四）運(yùn)行可靠性優(yōu)勢(shì)

在消防應(yīng)急救援中，受限于多種客觀條件的影響，現(xiàn)實(shí)狀態(tài)往往會(huì)出現(xiàn)諸多變化，導(dǎo)致救援環(huán)境復(fù)雜多變，而通過無人機(jī)的支持作用，可對(duì)監(jiān)測(cè)獲取到的火情火災(zāi)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行不間斷傳輸，其在運(yùn)行過程中具有較高可靠性與穩(wěn)定性，可避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中斷等問題。通過發(fā)揮無人機(jī)運(yùn)行可靠性優(yōu)勢(shì)，可更加精準(zhǔn)地掌握救援場(chǎng)景信息，以便及時(shí)調(diào)整優(yōu)化救援方案，以最小的消防救援代價(jià)完成更高質(zhì)量的消防通信任務(wù)，提升現(xiàn)場(chǎng)救援能力。

三、無人機(jī)在消防通信中的應(yīng)用路徑研究

（一）實(shí)現(xiàn)災(zāi)情偵查

災(zāi)情偵查是無人機(jī)在消防通信中的主要應(yīng)用方面，旨在采集救援現(xiàn)場(chǎng)信息，為制定救援方案提供可靠依據(jù)。與傳統(tǒng)災(zāi)情偵查手段相比，無人機(jī)的穩(wěn)定性與安全性等更高，可通過搭載數(shù)據(jù)采集設(shè)備，機(jī)動(dòng)采集圖像與聲音信息，對(duì)災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)性不間斷傳送，并利用通信模塊將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)较乐笓]調(diào)度系統(tǒng)中，滿足災(zāi)情偵查的各項(xiàng)現(xiàn)實(shí)功能。在無人機(jī)的支持下，災(zāi)情偵查的精度將大大提高，快速定位應(yīng)急救援的具體位置，救援機(jī)構(gòu)與救援人員可有針對(duì)性地設(shè)定設(shè)備分布，降低災(zāi)情偵查過程中的人員傷害系數(shù)，為消防應(yīng)急救援提供翔實(shí)可靠的信息支持[3]。

（二）實(shí)現(xiàn)災(zāi)情監(jiān)控

在消防通信需求不斷提高的背景下，無人機(jī)同樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與追蹤，幫助救援機(jī)構(gòu)與救援人員及時(shí)掌握災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)的變化趨勢(shì)，對(duì)災(zāi)情救援進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，為高效做出正確的救援方案創(chuàng)造更加充分的空間。通過無人機(jī)搭載的數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備，可將災(zāi)情的變化趨向始終掌握在可控范圍內(nèi)，減少不必要的救援損失。無人機(jī)獲取信息的過程具有連續(xù)性特征，因此災(zāi)情監(jiān)控同樣可連續(xù)進(jìn)行。以確定被困人員的具體位置為例，無人機(jī)可發(fā)揮監(jiān)控作用，對(duì)被困人員的位置轉(zhuǎn)移狀況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，引導(dǎo)其采取正確的安全躲避方法，減少人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

（三）救援現(xiàn)場(chǎng)人員疏散

科學(xué)合理地組織災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)人員疏散是無人機(jī)運(yùn)用的重點(diǎn)方面。在無人機(jī)通信技術(shù)支持下，災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)人員可精準(zhǔn)獲得正確的逃生救援方法，避免慌亂、擁擠或踩踏事件，實(shí)現(xiàn)安全有序逃生，尤其在人員相對(duì)密集的建筑內(nèi)部更是具有顯著優(yōu)勢(shì)。災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)人員可通過無人機(jī)通信信息獲知災(zāi)情基本特點(diǎn)，在相關(guān)指令的引導(dǎo)下快速準(zhǔn)確地找到救援通道，完成最高效率的逃生任務(wù)。一方面，無人機(jī)可利用微型攝像頭等裝置發(fā)揮視覺分析功能，精準(zhǔn)辨識(shí)疏散對(duì)象，提高疏散效率。另一方面，無人機(jī)可快速調(diào)整遠(yuǎn)近距離，在分析災(zāi)情環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，發(fā)出相應(yīng)指令，評(píng)估環(huán)境危險(xiǎn)系數(shù)，引導(dǎo)疏散對(duì)象快速進(jìn)入安全區(qū)域，防止盲目逃生而導(dǎo)致的不必要傷害。

（四）室內(nèi)利用通信設(shè)施實(shí)現(xiàn)信息交互

從以往消防應(yīng)急救援實(shí)際來看，部分傷亡事件的發(fā)生更多地與信息交互不暢具有密切關(guān)聯(lián)。在無人機(jī)運(yùn)用中，必須保證消防應(yīng)急通信效能，高效完成室內(nèi)偵查和室內(nèi)通信，對(duì)物體進(jìn)行全方位環(huán)繞拍攝和追蹤拍攝，并保持動(dòng)態(tài)化調(diào)整與跟蹤，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)目標(biāo)跟蹤技術(shù)的運(yùn)用效果。同時(shí)，救援人員可運(yùn)用攜帶定位模塊的遙控器進(jìn)行救援，并傳遞視頻、音頻等信號(hào)，強(qiáng)化與救援指揮中心之間的信息關(guān)聯(lián)。此外，無人機(jī)還可搭載跟隨模塊，通過操作路由機(jī)和終端機(jī)等加載避障以及室內(nèi)導(dǎo)航等功能，拓展通信區(qū)域，展開巡航搜救[4]。

（五）實(shí)現(xiàn)輔助監(jiān)督與救援

在消防通信中，輔助監(jiān)督與救援的直接作用極為突出，尤其是在當(dāng)前火情事故多變，受環(huán)境條件影響日趨復(fù)雜的狀況下，救援難度不斷增大，救援要求不斷提高。無人機(jī)在消防通信中的運(yùn)用可構(gòu)建基于災(zāi)情特點(diǎn)與演變趨勢(shì)的災(zāi)情圖像，并通過拍攝與傳輸功能將圖像信息進(jìn)行加工處理，傳輸?shù)较腊踩到y(tǒng)之中，便于控制中心進(jìn)行輔助監(jiān)督與救援。無人機(jī)的設(shè)計(jì)可細(xì)化分為集成語音和擴(kuò)音兩個(gè)方面，建立通信線路，可與救援人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)話，完成應(yīng)急測(cè)繪任務(wù)，為拓展救援渠道、豐富救援方式等提供了良好前提條件。

（六）多路音視頻通信

在無人機(jī)語音中，可搭建基于消防指揮調(diào)度網(wǎng)的多路音視頻通信模塊，在對(duì)相關(guān)視頻、圖像、音頻等進(jìn)行多方位處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)時(shí)通信傳輸。多路音視頻通信是消防應(yīng)急通信保障的核心構(gòu)成單元，可對(duì)消防救援現(xiàn)場(chǎng)全景圖像與聲音等進(jìn)行觀測(cè)分析。在現(xiàn)代通信技術(shù)的支持下，無人機(jī)可完成的多路音視頻通信任務(wù)更趨多樣化，提高了移動(dòng)通信鏈路與現(xiàn)場(chǎng)控制中心交互狀態(tài)的穩(wěn)定性，將信息資源傳遞給流媒體分發(fā)服務(wù)器，并利用安全網(wǎng)閘等單元與網(wǎng)絡(luò)綜合信息平臺(tái)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)同步傳輸圖像，構(gòu)建形成動(dòng)態(tài)化、連續(xù)化的高質(zhì)量多路音視頻通信網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)互聯(lián)互通，提高消防通信的質(zhì)量。

（七）遙感監(jiān)測(cè)與應(yīng)急照明應(yīng)用

消防救援任務(wù)的完成需要同步開展遙感監(jiān)測(cè)，與救援現(xiàn)場(chǎng)之間實(shí)現(xiàn)信息傳遞和互動(dòng)。從以往傳統(tǒng)消防通信技術(shù)環(huán)境來看，因?yàn)槭芟抻诒O(jiān)測(cè)條件等要素，監(jiān)測(cè)效果往往不甚理想，難以為高效救援方案的制定提供參考。而通過無人機(jī)消防通信技術(shù)的運(yùn)用，可使遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)采集多點(diǎn)化，避免了因無人機(jī)飛行慣性、擺動(dòng)、顛簸或傾斜等造成的遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)失真失實(shí)等問題，減小了不必要的遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差。此外，無人機(jī)消防通信還可搭載照明設(shè)備與供電設(shè)備等，通過空中懸停操作，對(duì)救援現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)急照明，拓展救援現(xiàn)場(chǎng)的可視范圍，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)可視條件，完成夜間大區(qū)域照明。

（八）高空送物和高空喊話

在高溫或高空等消防應(yīng)急救援環(huán)境下，救援人員難以近距離進(jìn)行救援，傳統(tǒng)拋投器在使用環(huán)境和范圍上具有一定短板，而通過無人機(jī)搭載擴(kuò)音器、拾音器等相關(guān)功能模塊，將無人機(jī)提升到一定飛行高度，進(jìn)行高空送物和高空喊話，通過移動(dòng)通信鏈路的中樞銜接作用，與救援對(duì)象進(jìn)行信息交互，有針對(duì)性地化解其焦躁情緒，指導(dǎo)其進(jìn)行科學(xué)自救和逃生或等待外來救援。在無人機(jī)高空送物功能支持下，可向救援對(duì)象投送救生衣、救生索、食品和藥品等救援物資，提高救援對(duì)象的生存能力，減少人員傷亡。

四、無人機(jī)在消防通信應(yīng)用中的注意問題探討

（一）提高無人機(jī)的穩(wěn)定性

無人機(jī)的穩(wěn)定性對(duì)于消防通信效果的影響是深刻的、直接的，因此應(yīng)將提高無人機(jī)穩(wěn)定性作為優(yōu)化消防通信的重要手段。從以往消防通信技術(shù)來看，由于空氣流動(dòng)等因素影響，制約了通信效果的可靠性。在提高無人機(jī)穩(wěn)定性過程中，應(yīng)根據(jù)救援對(duì)象的實(shí)際情況，降低飛行過程中的震動(dòng)系數(shù)，防止所拍攝的視頻或音頻受到不良影響，確保信息采集的清晰度。無人機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕等顯著優(yōu)勢(shì)，只有采集到清晰準(zhǔn)確的救援現(xiàn)場(chǎng)圖像才能有效拓展消防應(yīng)急救援空間，提高消防通信中的保障能力和保障效果[5]。

（二）合理布置無人機(jī)

在消防通信中，無人機(jī)的合理布置包括布置數(shù)量和布置位置兩個(gè)維度。在數(shù)量維度方面，盡管無人機(jī)的布置數(shù)量越多，可獲取到的救援現(xiàn)場(chǎng)信息就越多，增加了信息采集端口，但卻也無形之中增加了信息分析與辨識(shí)工作量。因此，應(yīng)圍繞消防應(yīng)急救援的實(shí)際狀況，合理設(shè)計(jì)無人機(jī)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)消防通信效果的最優(yōu)化。在布置位置維度時(shí)，同樣應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，提高各個(gè)無人機(jī)的銜接匹配效果，做到各負(fù)其責(zé)，使不同功能的無人機(jī)能夠協(xié)同搭配，發(fā)揮最佳銜接作用，滿足消防應(yīng)急救援實(shí)際需求。

（三）培養(yǎng)專業(yè)無人機(jī)操作人員

消防通信中的無人機(jī)應(yīng)用應(yīng)由專業(yè)人員進(jìn)行操作，在消防通信要求較高的環(huán)境下，更需要穩(wěn)定可靠的操作控制，提高通信效能。因此，應(yīng)積極組織無人機(jī)操作人員參加專項(xiàng)培訓(xùn)與學(xué)習(xí)，由業(yè)內(nèi)人士為其講解新形勢(shì)下無人機(jī)的基本操作要領(lǐng)，引導(dǎo)其熟練掌握無人機(jī)各項(xiàng)控制方法，使其能夠在最短時(shí)間內(nèi)完成無人機(jī)的調(diào)試，以更加精準(zhǔn)高效地開展消防通信工作。將對(duì)無人機(jī)的操作訓(xùn)練納入績效考核評(píng)價(jià)體系，充分激發(fā)操作人員熟練操控?zé)o人機(jī)的主觀能動(dòng)性，并通