無人機機巢在消防應急救援中的應用

摘要：無人機機巢在各種火情現(xiàn)場的消防應急救援中發(fā)揮了重要作用，改變了以往的偵查模式，大大減少消防應急救援人員的傷亡率，提高了任務的完成質量，挽救了群眾的生命和財產，是未來需要大力推廣和發(fā)展的新型消防救援形式。本文就無人機機巢的特性以及在消防應急救援中的應用要點做了簡要分析。關鍵詞：無人機；火災救援；應用分析引言近年來，隨著5G、人工智能、物聯(lián)網、云計算、大數據等新型智能技術與無人機不斷融合，無線充電、自主飛行、視覺避障、集成芯片等關鍵技術不斷突破，無人機朝著更加智能化、人性化方向發(fā)展。因此，消防應急救援隊伍要搶抓數智化變革有利契機，緊密圍繞“一短三快”初戰(zhàn)機制改革出發(fā)點，試點推進無人機智能機巢應用建設，全方位探索信息技術服務主責主業(yè)多元路徑，創(chuàng)新先行，務實舉措，全力打好智慧消防建設組合拳。無人機機巢以其特有的技術性能優(yōu)勢成為近年來火場偵查利器，在未來的消防應急救援體系建設中，必須將無人機機巢為主的自動化救援作為建設重點，提高救援滅火效率，減少不必要的人員財產損失。一、無人機機巢簡介近年來，無人機機巢形成了較為成熟的分型。根據無人機機巢的大小，無人機機巢可以分為大型無人機機巢、中型無人機機巢和小型無人機機巢。根據無人機電池的補能形式，則可以分為充電機巢和換電機巢。同時，智能機巢是無人機遠程精準起降平臺，是無人機穩(wěn)固的“家”，能夠抵抗強風和暴雨等惡劣天氣。機巢與智慧巡檢機群作業(yè)控制中心互聯(lián)互通，實現(xiàn)自動儲存無人機，智能自動充電，狀態(tài)實時監(jiān)控，自動傳輸數據[1]。其一般具以下優(yōu)勢：第一，嚴格按照長期野外靜置設備開發(fā)，設備防水、防潮、恒溫，結構具有一定的防拆除、防移動、防雷電功能。第二，具有無人機輔助降落平臺，保證無人機通過視覺、RTK定位的方式安全降落。第三，安全可靠的接觸式充電系統(tǒng)，充電效率等同于原始充電器效率。第四，可加配氣象監(jiān)測和分析功能，能夠迅速監(jiān)測現(xiàn)場溫度、雨雪情況、風速風向等氣象信息。第五，配備獨立應急電源，即使突然出現(xiàn)斷電情況，也能保證機巢的正常使用，為無人機安全降落和執(zhí)行任務的安全性保駕護航。第六，擁有為無人機自動充電和上傳數據到指揮中心的功能，輔助控制中心保養(yǎng)維護無人機和數據提取。第七，內部使用模塊化設計，方便后期維護。二、無人機機巢類型選擇在具體的應用場景中，無人機機巢類型的選擇影響著無人機偵察任務能否有效執(zhí)行。（一）根據飛行環(huán)境需求，選擇無人機和對應機機巢類型在復雜的飛行環(huán)境下，小型無人機更靈活安全，能夠完成更加靈活的偵察任務，但是其抗風和掛載能力較弱。而中、大型無人機在作業(yè)靈活性、拓展性上更具優(yōu)勢，能夠滿足更加豐富的偵察需求。比如中型、大型無人機可支持掛載飛行大腦、搭載5G模塊，可以實現(xiàn)遠距離直播推流和遠程手動控制，完成飛行異常的自動處理等任務；在具體的業(yè)務場景中，還可根據實際情況，進行云臺掛載的更換或者其他輔助設備，如爆閃燈、探照燈、自組網通信、防落水裝置等，以此應對實際作業(yè)的需要[2]。一般來說，根據無人機類型對應可適配的無人機機巢類型即可，并根據場景需求靈活選用無人機。（二）根據飛行頻次需求，選擇充電機巢或換電機巢無人機機巢類型的另一個重要方面是飛行頻次的需求所對應的充換電能力。在飛行頻次較高或者單個任務無法一次飛行完成的情況下，需要做連續(xù)不間斷飛行，這類場景往往用換電的自動機巢來滿足需求，此時換電版本對于機巢的利用率將遠高于充電機巢。對于飛行頻次無特別要求的部分應用場景，如一天3到4架次的飛行，充電機巢就可以滿足定期巡檢需求。三、無人機機巢在消防火災救援工作中的應用（一）無人機機巢在消防領域中的應用優(yōu)勢從現(xiàn)實角度來講，火災救援中，無人機機巢應用有眾多優(yōu)勢，第一，可以逐漸提升偵察能力，保證火災位置預測的準確性。在特殊的環(huán)境和地理條件下，消防工作人員若是無法及時趕到現(xiàn)場，就可以使用無人機機巢獲取現(xiàn)場火災情況，為火災救援方案制定提供更加準確的數據。第二，提升災情的掌握能力。消防應急救援力量可以在災害發(fā)生的初始階段使用無人機進入現(xiàn)場，通過無人機機巢獲取的數據和自身想法進行對比分析，以判斷火災的初步程度，對火災治理有一定的幫助。第三，保證火災信息獲取更加客觀。使用無人機機巢的方式可以在高空觀察火情，工作人員可以根據獲取到的信息，制定相應的救助方案，同時也為撤離工作提供了關鍵信息。使用無人機機巢的方式對災后重建也有著很大的幫助，能夠整體提升恢復重建工作的效率，而且無人機機巢還會將拍到的信息錄入數據庫，為后期的災害救援奠定穩(wěn)定基礎。（二）無人機機巢在消防任務中的應用領域無人機機巢具有很強的兼容性和開放性，能夠搭載多樣化的功能模塊，利用多元信息收集模塊設備，可以讓無人機機巢及時偵測到火災現(xiàn)場有害高溫氣體濃度、含量和溫度以及流向、流速等信息、整個火勢的蔓延趨勢情況以及受困人員的具體方位等，為后續(xù)救援和滅火方案確定提供準確、及時、詳細的一手資料。該功能通常分為城市建筑火場偵查與森林火災火情偵查，功能模塊含有抗高溫高清攝錄設備、氣體分析設備以及紅外熱成像和生命感應設備等，其中攝錄裝置能夠真實地傳回火場景象，幫助指揮中心進行指揮決策，紅外熱成像裝置實現(xiàn)火場溫度分布的碎片化分析，氣體分析裝置判斷有毒氣體的種類和含量，在經過多維度的信息采集后，借助高性能計算機的高速運算，結合三維信息建模工具，無人機機巢可以構建立體全方位的火災火情模型，為后臺指揮中心提供更加精準、全面的參考信息[3]。在森林火情偵查中，無人機機巢可以在火災季節(jié)的高發(fā)期進行高頻次、全地域的持續(xù)巡查，巡飛到人員和地面設備難以進入的原始森林、自然保護區(qū)等地區(qū)，及時傳輸火災隱患信息。一旦有高?；鹁A警信號，會在第一時間傳遞給地面的森林防火中心，以便其在最短時間內做出反應，最大限度減少森林火災的過火面積。此外，靈活機動、響應迅速的特點也讓無人機機巢在飛行控制與調度上更加方便和精準，后臺控制中心可以通過通信網絡和衛(wèi)星信號對無人機機巢實施近中遠程的控制，而且根據無人機機巢傳回的三維可視化界面，更為準確地去調節(jié)無人機機巢的飛行姿態(tài)、速度、高度，確保在無人機機巢自身安全情況下完成急難險重任務。當前，隨著智能化技術的不斷進步，無人機機巢的自動駕駛能力更加強大，加之機上搭載的傳感器更加精確，很多調控已經可以實現(xiàn)高度自主化，能夠克服人為操作時的經驗情緒影響，有效實施火災救援、偵查和滅火等任務，并且在感應到機內出現(xiàn)故障時可以自主返航。這項功能已在我國某型號的無人機機巢試驗中得到了驗證，無人機機巢在控制和調度上已經能夠達到精確化、智能化、自動化相融合的水平[4]。在接到警情后，部署于機巢內的無人機可替代消防應急救援人員以最快速度、第一時間優(yōu)先到達現(xiàn)場，進行先期偵查。同時，懸停于事故災害現(xiàn)場，提供高空視角，形成三維立體監(jiān)控，使各級指揮中心更快捷地取得三維視角、現(xiàn)場全面信息，為救援力量抵達現(xiàn)場爭取到寶貴時間，提高接處警調度處置效率。“無人機+智能機巢”一體化的應用系統(tǒng)將顯著改善傳統(tǒng)人工手動飛行模式，降低人員參與程度，解決不敢飛、飛不好的問題。因此，要根據試點建設應用情況，有序部署無人機機巢選址建設，著力試點建成一批，重點謀劃一批，輻射帶動一批，逐步推動“一機一巢”向“多機多巢”邁進，不斷織密低空飛行網絡。通過多機協(xié)同作業(yè)，多艙接力飛行，為滅火救援高效、安全開展提供強有力的輔助技術支撐保障[5]。（三）消防無人機機巢的功能拓展探究為逐漸提升無人機機巢的救火與消防功能，需要對已有無人機機巢進行功能拓展。本文通過實際研究得出，無人機機巢必須具備空中監(jiān)測功能。在消防無人機機巢的頭部添加紅外線成像設備，這樣可以對火場進行多角度記錄與分析，并將得到的信息傳輸給救火人員。無人機機巢中還要添加輔助滅火功能，在消防人員無法進入的現(xiàn)場灑入滅火劑，由地面控制確定噴灑位置和噴灑劑量。同時，在無人機機巢中還要加入照明系統(tǒng)，這樣就可以在光線受限的環(huán)境下進行救援，為消防人員提供更加便利的條件。當前階段，要對消防滅火救援資源利用效率進行分析，減少消防中所需要投入的人力、物力，對突發(fā)消防情況進行核實與調查。這些工作內容需要較多的基礎地理數據，并且對于這些數據的時效性具有較高要求，只是通過當前的衛(wèi)星遙感數據和基礎救援成果根本無法完成，而且利用數字化測圖和大飛機救援的消耗也很大[6]。因此，通過航測無人機系統(tǒng)集中救援所需要的地區(qū)消防滅火信息，并對其進行處理，形成分辨率和準確度較高的DOM數據。通過這個數據和最近幾年來救援的資料和影像進行對比、計算，能夠對目標地區(qū)的消防效率進行快速分析。（四）無人機機巢在消防滅火整治監(jiān)測項目中的使用無人機航拍技術能夠對消防滅火施工情況進行全面監(jiān)督，還能夠減少人力、物力的投入。通過得到的現(xiàn)場消防滅火高清圖像，直觀地向工作人員反映出消防滅火的質量和效率。因此，要對傳統(tǒng)的消防管理工作進行必要的改進，對消防中存在的危險性大小、消防設施、消防管理水平等各方面情況進行全面思考，合理評估消防監(jiān)督中的重點工作內容，并采取制度化的模式，實行安全評估制度，對消防安全進行等級劃分，進而采取針對性的消防監(jiān)督管理方式[7]。四、無人機機巢在消防應急救援中應用的技術性要點（一）總體系統(tǒng)穩(wěn)定可靠前期必須對無人機機巢的性能進行全面細致了解，做好運用方案設計，并和其他救援設備無縫配合。相關人員的心理素質和業(yè)務能力必須過關，中心調度工作必須實事求是、科學合理，在使用過程中，要在保證機體能夠正常運轉的情況下，最大限度地進行信息偵查和救援滅火等工作。在操作時，要嚴格按照無人機的技術規(guī)范和使用說明進行，并結合火場實際情況，選取合適的無人機機巢種類。和其他設備相比，無人機機巢在消防滅火救援的應用中具有明顯優(yōu)勢[8]。（二）操控精準得當對操控流程的設計要盡量簡單明了，減少不必要的環(huán)