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无人机在消防中的应用
2017-02-21 17:20:30 来源: 中国消防在线
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  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,我国民用无人机应用领域日益广泛,包括:摄影测量、应急救灾、公共安全、资源勘探、环境监测、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、林火病虫害防护与监测等。当前,我国消防部队面临着日益复杂的灭火救援和社会救助形势,对各类地震救援、抗洪抢险、山岳救助及大跨度或高层火灾等情况,传统现场侦查手段的局限性已日益凸显。如何有效实施消防预警和现场侦测,并迅速、准确处置灾情显得尤为重要。我国无人机应用技术及系统解决方案的成熟运用,使得无人侦察机平台结合视频、红外等监控及传送设备,通过空中对复杂地形和复杂结构建筑进行火灾隐患巡查、现场救援指挥、火情侦测及防控成为消防部队新的选择。

  一、无人机工作原理

  无人机是一种以无线电遥控和自备程序控制装置操纵的非载人飞行器,它具备体积小、造价低、使用方便、对环境要求低等优点,并整合了无线图像传输系统,具备相当的自主控制、飞行规划及图像传输能力。 如图1所示,目前商用及军用无人机系统可分为以下几个子系统:地面指挥控制系统、无人机飞行平台、空中视频监控平台、微波无线实时图像传输系统、GPS导航及自动驾驶系统、高效大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,配合完善的飞行及地勤保障系统,无人机可对地面实施完备的长时间空中监控,从而实现较低的综合成本对传统手段无法涉足的区域进行实时监控和辅助救援,其智能化和先进性突出体现在巡查路径规划、智能分析、定点持续监控、火情报警等,并且在制定应急预案、建立快速响应机制、现场火情存档与取证等方面充分发挥技术防范手段的重要作用。其技术优势有:

  (一)机动灵活。小型无人机一般只有100千克以下的重量,依托飞行控件就可以对其进行操控,只需要1-2人就可以完成此类操作任务。在道路不畅,交通中断的情况下,徒步就可以携带至灾害事故现场,且起飞条件很简单,对地形无要求,加上无人机携带方便,所以具有很强的灵活性。此外,无人机的飞行速度易于控制,转弯半径小,机动性好,可以灵活机动控制飞行方向,机载摄像头也可以跟踪拍摄对象;无人机还能快速到达指定地点,反应能力快捷,对环境和气候条件也有很强经浙江消防总队对“上合组织”演练期间的实际测试,无人机在6级风力下完成飞行任务,受阴雨天气等条件限制比大型载人飞机要小的多;其起飞条件只需要几平米空地,周围无突出障碍物即可,在低空作业时,受气候条件限制非常小,获取影像的速度非常快,可在5公里范围内稳定可靠发挥侦查作用。

  (二)视野全面。无人机通过宽带、数据链技术可以实现超视距控制,从而具有很全面的视野,依据现场需求,可以从不同角度、不同的距离在不同的光线条件下进行作业。既可以实现在高空对目标进行全局性拍摄,也可以调整距离和角度,按需抓拍对现场决策有重要帮助的关键因素。通过远程控制无人机和摄像头,可以根据实际需求实时采集图像,尤其是在低空飞行时,无人机跟踪拍摄能力极强,使用机载摄像头获取的图像分辨率很高(可以达到0.1米),如果配备热视或红外等夜视功能,其收录的视频将更加全面。这样的方式为实现灾害事故现场实时空中监控提供了有力保证,能有效提升消防部队抢险救援的侦查能力。

  (三)操作简单。从技术层面上看,无人机的远程视频传输与控制系统通过网络和接口接入地面站,通过运营商光纤接入公网,因此,只需通过遥控摄像机及其辅助设备(镜头、云台等),就能直接观看无人机的摄像头实时视频。通常,用户只需通过遥控器来实现无人机的所有动作,通过远程视频传输与控制系统对现场情况一目了然,以实现远程、方便的全方位监控;当客户端(包括PC和手机)在接入公网后,用户可以通过PC、平板电脑或者是手机等多种形式的载体实现对无人机的控制。从应用层面上看,无人机的实际操作也并不复杂,只要掌握好飞行、音视频控制和其他兼容模块的操作,便能发挥效能。

  (四)安全可靠。无论面对暴雨、高温、台风、泥石流等恶劣的天气环境;或者易燃易爆、塌陷、有毒等严重事故灾害现场;抑或山岳、峡谷、沟壑等极端地理环境,无人机技术能有效规避传统灭火救援行动中存在的短板,可确保消防官兵的自身安全。并能通过对现场情况的跟拍、追踪,为事故处置的指挥决策提供安全可靠的依据,能够最大限度地控制灾情发展,减少灾情的损失,减少人员伤亡。

  三、无人机在消防部队实战中的应用前景

  结合消防部队的实战需求,无人机的运用可以解决以下四方面的问题:

  (一)灾情侦查。当灾害发生时,使用无人机进行灾情侦查,一是可以无视地形和环境,做到机动灵活开展侦查,特别是一些急难险重的灾害现场,侦查小组无法开展侦查的情况下,无人机能够迅速展开侦查。二是通过无人机侦查能够有效提升侦查的效率,第一时间查明灾害事故的关键因素,以便指挥员作出正确决策。三是能够有效规避人员伤亡,既能避免人进入有毒、易燃易爆等危险环境中,又能全面、细致掌握现场情况。四是集成侦检模块进行检测。比如集成可燃气体探测仪和有毒气体探测仪,对易燃易爆、化学事故灾害现场的相关气体浓度进行远程检测,从而得到危险部位的关键信息;又如集成测温、测风速等设备,可对灾害现场环境情况进行细化了解。

  (二)监控追踪。无人机的作用不仅仅局限在灾情侦查。消防部队所面对的各类灾害事故现场往往瞬息万变,在灾害事故的处置过程中,利用无人机进行实时监控追踪,能够提供精准的灾情变化情况,便于各级指挥部及时掌握动态灾害情况,从而作出快速、准确的对策,最大限度地减少灾害损失。

  (三)辅助救援。利用无人机集成或者灵活携带关键器材装备,能够为多种情况下的救援提供帮助。一是集成语音、扩音模块传达指令。利用无人机实现空中呼喊或者转达指令,能够较地面喊话或者指令更有效,尤其适用于高空、高层等项目的救援中,以无人机为载体,有效传达关键指令。二是为救援开辟救援途径。例如水上、山岳救援中,现有的抛投器使用环境和范围均有很大的局限性,并且精准度差,利用无人机辅助抛绳或是携带关键器材(如呼吸器、救援绳等),能够为救援创造新的途径,开辟救生通道,并且准确、高效率。三是集成通信设备,利用无人机担当通信中继。例如在地震、山岳等有通信阻断的环境下,利用无人机集成转信模块,充当临时转信台,从而使得极端环境下建立起无线通信的链路。四是利用无人机进行应急测绘。利用无人机集成航拍测绘模块,将灾害事故现场的情况全部收录并传至现场指挥部,对灾害现场的地形等进行应急测绘,为救援的开展提供有力支撑。在今年四川雅安地震救援中,中科院沈阳自动化研究所研制的旋翼无人机,可载重30公斤,在搜救侦查中发挥了巨大的作用。

  (四)辅助监督。利用航拍对高层及超高层建筑实现全面实时的监测、及时发现火情隐患、消防现场火情实时控制、建筑消防检查或现场火情图像存储、可将空中监控视频接入其他安防或消防监控系统、支持大容量长时间图像存储及检索调阅、支持通过智能终端远程查看及控制部分功能等。

  四、无人机在消防部队应用的技术需求

  针对消防部队面对的灾害事故现场实际情况,无人机在消防部队的运用还应达到一定的技术要求。

  (一)可靠性。消防部队面对的各种灾害现场,特别是火灾现场,应用环境更为复杂,需考虑风速、烟雾、温度以及防水等各种环境因素,因此,无人侦察机首先要能满足现场的恶劣环境使用条件。一是抗风能力方面。以浙江地区为例,常年以东南和西北风为主,沿岸风力3-4级,阵风5-8级,在高层建筑附近飞行时,瞬时风力可能接近6-8级,因此,其抗风能力要达到6级以上。二是耐高温和防爆能力。由于无人机使用汽油发动机,排气管带有火花,同时噪音大、操作维护专业化程度高、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。由于火灾现场存在大量水雾和烟雾,要求无人侦察机有较强的抗水和抗烟雾能力。四是夜视能力。由于灾害发生的时间、环境不可预知,因此应当配备具有红外夜视功能的摄像头,并建议配备辅助光源。

  (二)操控性。以18km/h无人机巡航平均速度计算,其可巡视范围在2公里工作半径内,续航能力要求达到单组电池平均30分钟以上,航线巡查要求能够实现不间断监控,两次巡查准备间隙少于15分钟;另外,飞行高度方面,根据调研,灾害事故现场多数飞行高度在200米以下,考虑到高层建筑最高高度,达到0到300米飞行高度应可满足日常现场侦查需要。

  (三)稳定性。无人机的图像传输应当力求清晰、连续,因而对图像的无线收发均有较高的要求;通过无线传输易出现干扰,因而要求无人机必须有一定的抗干扰能力,从而达到在使用过程中图像能够不间断。

  (四)集成兼容性。无人机在消防部队的应用中要实现很多扩展功能,必须拥有良好的集成和兼容性。因此,在满载重量方面,考虑日常训练及使用配备的机动要求,无人侦查机需能便携或车载到达现场附近,单兵进入现场机动部署,紧急情况下拓展携带器材,因此要求整套系统携带重量不超过50公斤;此外,在实现视频传输外,如果要实现其他辅助功能的集成和传输(如语音、测距、测温等),这必然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,必然需要对操作人员进行素质培训,因此必须形成一套训练考核机制,形成无人机日常管理和使用机制,操作员必需定岗定位,确定使用时机和人员。必须由内部操作人员和外部技术人员及研发制造方形成一套成熟的售后维护保养机制,确保无人机保持良好的使用常态;要加强学习教育,使无人机的使用更符合民航管理规范。

  五、无人机在消防部队的配备模式

  从无人机在消防部队的应用前景出发,其配备模式也需一定的科学性。

  (一)大(中)队级配备标准。根据城市消防站建设等级分类或者铁军中队标准配备,特勤大(中)队可配备单兵背负式无人机,主要以侦察和短距离巡航为主,应急响应时随头车抢险车编队第一出动。其他承担灭火救援任务较重的大(中)队,根据辖区情况选配。

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

  (三)总队级配备标准。总队级主要配备燃油无人机,巡航距离长,以侦察、监控、辅助救援为主,随总队全勤指挥部出动,承担全省范围内和跨区域增援时的各项任务。

  随着无人机技术的进一步发展及其在消防部队运用的日趋成熟,其必将在抗击各类灾害过程中发挥越来越重要的作用。各级部门特别是消防部队,应该充分认识到无人机在灭火救援中的重要作用,逐步装备无人机并积极发挥作用,更好地完成各类灭火救援和抢险救灾任务。

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【纠错】 责任编辑: 邵俊林
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