隨著無人機技術(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、林火病蟲害防護與監(jiān)測等。當(dāng)前，我國消防部隊面臨著日益復(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、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。我國無人機應(yīng)用技術(shù)及系統(tǒng)解決方案的成熟運用，使得無人偵察機平臺結(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消防部隊新的選擇。
一、無人機工作原理
無人機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、造價低、使用方便、對環(huán)境要求低等優(yōu)點，并整合了無線圖像傳輸系統(tǒng)，具備相當(dāng)?shù)淖灾骺刂?、飛行規(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)、無人機飛行平臺、空中視頻監(jiān)控平臺、微波無線實時圖像傳輸系統(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)，無人機可對地面實施完備的長時間空中監(jiān)控，從而實現(xiàn)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、定點持續(xù)監(jiān)控、火情報警等，并且在制定應(yīng)急預(yù)案、建立快速響應(yīng)機制、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）機動靈活。小型無人機一般只有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，加上無人機攜帶方便，所以具有很強的靈活性。此外，無人機的飛行速度易于控制，轉(zhuǎn)彎半徑小，機動性好，可以靈活機動控制飛行方向，機載攝像頭也可以跟蹤拍攝對象；無人機還能快速到達(dá)指定地點，反應(yīng)能力快捷，對環(huán)境和氣候條件也有很強經(jīng)浙江消防總隊對“上合組織”演練期間的實際測試，無人機在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。無人機通過寬帶、數(shù)據(jù)鏈技術(shù)可以實現(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)場決策有重要幫助的關(guān)鍵因素。通過遠(yuǎn)程控制無人機和攝像頭，可以根據(jù)實際需求實時采集圖像，尤其是在低空飛行時，無人機跟蹤拍攝能力極強，使用機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。這樣的方式為實現(xiàn)災(zāi)害事故現(xiàn)場實時空中監(jiān)控提供了有力保證，能有效提升消防部隊搶險救援的偵查能力。
（三）操作簡單。從技術(shù)層面上看，無人機的遠(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，通過運營商光纖接入公網(wǎng)，因此，只需通過遙控攝像機及其輔助設(shè)備（鏡頭、云臺等），就能直接觀看無人機的攝像頭實時視頻。通常，用戶只需通過遙控器來實現(xiàn)無人機的所有動作，通過遠(yuǎn)程視頻傳輸與控制系統(tǒng)對現(xiàn)場情況一目了然，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程、方便的全方位監(jiān)控；當(dāng)客戶端（包括PC和手機）在接入公網(wǎng)后，用戶可以通過PC、平板電腦或者是手機等多種形式的載體實現(xiàn)對無人機的控制。從應(yīng)用層面上看，無人機的實際操作也并不復(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)情的損失，減少人員傷亡。
三、無人機在消防部隊實戰(zhàn)中的應(yīng)用前景
結(jié)合消防部隊的實戰(zhàn)需求，無人機的運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，使用無人機進(jìn)行災(zāi)情偵查，一是可以無視地形和環(huán)境，做到機動靈活開展偵查，特別是一些急難險重的災(zāi)害現(xiàn)場，偵查小組無法開展偵查的情況下，無人機能夠迅速展開偵查。二是通過無人機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。無人機的作用不僅僅局限在災(zāi)情偵查。消防部隊所面對的各類災(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，利用無人機進(jìn)行實時監(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。利用無人機集成或者靈活攜帶關(guān)鍵器材裝備，能夠為多種情況下的救援提供幫助。一是集成語音、擴音模塊傳達(dá)指令。利用無人機實現(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、高層等項目的救援中，以無人機為載體，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，利用無人機輔助拋繩或是攜帶關(guān)鍵器材（如呼吸器、救援繩等），能夠為救援創(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。四是利用無人機進(jìn)行應(yīng)急測繪。利用無人機集成航拍測繪模塊，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。在今年四川雅安地震救援中，中科院沈陽自動化研究所研制的旋翼無人機，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現(xiàn)全面實時的監(jiān)測、及時發(fā)現(xiàn)火情隱患、消防現(xiàn)場火情實時控制、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、無人機在消防部隊?wèi)?yīng)用的技術(shù)需求
針對消防部隊面對的災(zāi)害事故現(xiàn)場實際情況，無人機在消防部隊的運用還應(yīng)達(dá)到一定的技術(shù)要求。
（一）可靠性。消防部隊面對的各種災(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、溫度以及防水等各種環(huán)境因素，因此，無人偵察機首先要能滿足現(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。由于無人機使用汽油發(fā)動機，排氣管帶有火花，同時噪音大、操作維護專業(yè)化程度高、運行成本不菲，且一旦飛機失控墜落，也會帶來潛在的起火、爆炸等隱患，因此要求飛機平臺應(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，要求無人偵察機有較強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無人機巡航平均速度計算，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。無人機在消防部隊的應(yīng)用中要實現(xiàn)很多擴展功能，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)練及使用配備的機動要求，無人偵查機需能便攜或車載到達(dá)現(xiàn)場附近，單兵進(jìn)入現(xiàn)場機動部署，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，在實現(xiàn)視頻傳輸外，如果要實現(xiàn)其他輔助功能的集成和傳輸（如語音、測距、測溫等），這必然要求無人機擁有良好的集成和兼容性。
（五）嚴(yán)謹(jǐn)性。若配備無人機，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)練考核機制，形成無人機日常管理和使用機制，操作員必需定崗定位，確定使用時機和人員。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保養(yǎng)機制，確保無人機保持良好的使用常態(tài)；要加強學(xué)習(xí)教育，使無人機的使用更符合民航管理規(guī)范。
五、無人機在消防部隊的配備模式
從無人機在消防部隊的應(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標(biāo)準(zhǔn)配備，特勤大（中）隊可配備單兵背負(fù)式無人機，主要以偵察和短距離巡航為主，應(yīng)急響應(yīng)時隨頭車搶險車編隊第一出動。其他承擔(dān)滅火救援任務(wù)較重的大（中）隊，根據(jù)轄區(qū)情況選配。
（二）支隊級配備標(biāo)準(zhǔn)。支隊級主要配備電動飛機平臺，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）總隊級配備標(biāo)準(zhǔn)。總隊級主要配備燃油無人機，巡航距離長，以偵察、監(jiān)控、輔助救援為主，隨總隊全勤指揮部出動，承擔(dān)全省范圍內(nèi)和跨區(qū)域增援時的各項任務(wù)。
隨著無人機技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及其在消防部隊運用的日趨成熟，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，應(yīng)該充分認(rèn)識到無人機在滅火救援中的重要作用，逐步裝備無人機并積極發(fā)揮作用，更好地完成各類滅火救援和搶險救災(zāi)任務(wù)。
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