无人机在消防灭火救援中的应用
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作者:戴建林
【摘要】 本文主要探讨的是无人机在消防灭火救援中的各类应用情况，主要包括侦查、抛投、广播、照明、灭火等，通过探讨和分析，希望能为相关领域的研究提供参考。
【关键词】 无人机 消防 灭火救援
近年来，高层建筑越来越多，大城市高层建筑所面临的火灾安全问题也日益严重，超高层建筑火灾的扑救已经成为了一个世界性的难题。面对日益复杂的任务，担负着灭火救援任务的消防部队所面临的危险也越来越多。
在石化危险化学品处置、地震灾害救援、防汛抢险、山地救援、公路救援、大跨度大空间等任务中，传统现场勘查方法的局限性日益突出。消防部队官兵的安全问题同样引起了人们的广泛关注。
无人机技术的应用突破了此项工作的难度，使得火灾现场的信息能够更准确的获取，进而实施有效的救援策略，大大提高了消防救援工作的效率;无人机在消防救援工作中具有十分重要的现实意义。
2015年8月12日，天津港发生特大火灾爆炸事故，由于爆炸后遗留大量危险化学品和有毒气体，救援现场无法进行传统的灾害调查手段。公安部消防局紧急调动北京、天津、河北、山西共7支无人机分队和11架消防无人机通宵到达天津，现场进行了80多次侦察飞行。它为指挥部提供了大量事故现场和灾害情况的第一手详细动态图像，在现场决策指挥中发挥了重要作用。
2018年1月19日，两名澳大利亚男孩被卷入海浪中，救援队派出无人机对其进行救援。随后将两艘充气救生艇投放至两名男孩身边，使他们随着海浪的冲击安全的返回了岸边，成功地完成了世界上第一个无人机水上救援任务。
一、无人机的基本特点
1.1安全性能好，操作简单，运行维护成本低
无人机（UAV）具有运行成本低、机械连接件少、结构简单、拆卸、更换、维修方便、训练周期短、熟悉掌握快、体积小、起降要求低、无专用跑道等优点。可以垂直起降和悬停，飞到危险区域或恶劣天气下飞行并获得精确和实时的目标检测信息。
1.2飞行高度低，机动性强，执行任务能力强
无人机可分为半自主控制模式和完全自主控制模式。它可以手动设置和操纵的飞行高度和速度的无人机。它轻便灵活。
无人机从装配到待机飞行只需要几分钟，大大缩短了设备准备时间，满足了消防工作的要求，能够快速到达建筑物、隧道、洞穴等复杂环境执行任务，对侦察任务具有重大意义。
1.3平台应用广泛，功能丰富，匹配效果好
无人机本身类似于“Internet+”平台，可以配备定位系统、摄影系统、测绘设备、通信平台等，实现“UAV+”飞行平台。
二、信息采集功能
通過给无人机搭载多功能模块，可采集现场的气体、温度、方向和图像信息，全面显示灾情，快速提供辅助灭火和应急救援，最大限度地发挥消防无人机的使用效能。
2.1高清摄像和夜视仪
图像采集模块可实现对灾害现场的高清视频信息和夜视图像信息的采集。可见光和夜视图像信息采用综合可见光和夜视的高清晰度运动，可以更清晰地区分火灾信息。夜晚是火灾的高发期，利用夜视仪实现火灾信息的精确采集。该模块实现对场景图像信息的实时缩放、拍摄、录像、昼夜切换。除此之外决策者还可以根据无人机拍摄的火灾现场画面进行判断，通过有线、无线、微波单兵、3G/4G图像传输，卫星链路等数传系统实时传送到指挥中心，与现场决策人员共同商议，实现远程可视化指挥，将其的信息共享水平提升，利于做出更好的灭火决策。
2.2红外热像仪
红外热像可用于无人机的不同场景。高性能的模拟图像传输系统可以实时传输红外热图像，实时测量和绘制场景的温度信息，为消防指挥员提供强有力的决策支持。
2.3气体分析仪
气体分析模块可同时携带各种不同类型的气体传感器，实时监测火灾中有毒有害气体，并可根据现场需要随时更换各种气体传感器，为个人防护提供预测性预警。对消防队员进行数据采集，并将关键数据收集到数据库中，为以后的科研和现场指挥提供信息支持。
2.4建模测绘
在辖区六熟悉中，通过火力无人机搭载的3D建模系统（倾斜摄像机），利用集成的高清晰度摄像机，实现快速有效地覆盖不同方向的表面特征，并基于图形单元GPU后处理3D建模技术，实现消防重点单位的三维精确建模。并且利用无人机进行更大范围的灾害和事故现场的测绘和目标测绘，为指挥提供及时可靠的信息。
三、辅助救援功能
主要是利用了无人机的承载能力，通过无人机携带应急救援设备，抛投救生物资，或装配扬声器、探照灯、通信中继等设备辅助灭火救援。
3.1物资抛投
无人机通过携带应急救援装置或投放呼吸面罩、救生索、救生衣、救生圈、食品、药品等救援物资，提高被困人员的生存能力，确保被困人员在救援过程中的生命安全。在水上救援或山区救援中，现有的抛投器在使用环境和范围上存在很大的局限性，且精度差，使用无人机辅助投掷绳索或运载关键设备，采取小绳拉大绳的方式搭建救援通道。
3.2紧急广播
安装在无人机上的扬声器可以用作紧急广播。它具有远距离定向广播功能，可实现灾难场景中的疏散和应急广播，减少恐慌和拥挤的风险，防止踩踏事故的发生。应急广播模块可以在600m内实现声音传播，通过增加稳定云台实现0～180°的广播方向。
3.3强光照明
安装高强度照明设备在消防无人机上，并与拍摄方向同向。在有限的光照条件下，通过强光照明增强航空摄影的效果，为夜间消防人员提供现场照明，确保消防救援工作的顺利进行。
3.4应急通信
当通信被地震、山岳和洪水阻塞时，配备有通信中继模块的无人机（UAV）可用作中继平台，以确保救援部队的通信链路在极端环境中不受干扰。
四、灭火功能
利用无人机直接开展灭火工作，是消防无人机的发展趋势。可集成灭火弹、灭火剂、声波灭火等器材装备，处置多种情况下的灭火救援工作。发生高层建筑火灾时，使用无人机携带水、泡沫、二氧化碳、干粉等灭火剂，针对高空、狭窄、易燃易爆有毒危险区域内进行初起火灾扑救，阻断火势发展蔓延。
4.1机载灭火弹
灭火无飞机可以携带几十公斤的灭火弹和发射装置飞行到火源附近，通过远程遥控灭火弹向目标射击。该灭火弹可穿透数十毫米厚的钢化玻璃幕墙，到达室内喷洒灭火剂来灭火。一旦高层建筑发生火灾，灭火无人机可以准确地向火源位置发送灭火弹，从而解决高层建筑火灾的扑救难题。
4.2灭火剂
在高层建筑发生火灾时，搭载数十千克的干粉灭火和玻璃破拆枪的无人机直接飞到火灾楼层外面，作为空中悬停平台，遥控对准目标，首先用玻璃破拆枪发射高速冲击弹， 将高层建筑的玻璃窗砸碎，并向室内喷洒干粉从而有效扑灭火焰。
4.3声波灭火
研究人员发现，低频声波在30至60赫兹之间能产生最适合灭火的能量。声波将可燃物质与空气隔离，从而消除了一些不太强烈的火灾。
这种声波技术非常适合于处理空旷地区发生的草坪火灾，以及在建筑火灾中为消防员开辟小型灭火通道。将声波设备安装在无人机底部时，可以释放压力波。当压力波在空气中传播时，能够有效地使火焰与空气隔离，从而实现灭火。
参 考 文 献
[1]吕明哲.多旋翼无人机在灭火救援中的应用探析[J].科技创新与应用，2015，（33）.
[2]叶杰.无线遥控无人机在消防灭火救援领域的应用研究[J].通讯世界，2016，6.
[3]徐超.浅议无人机在消防灭火救援行动中的应用[J].无线互联科技，2016，4（8）.
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