无人机机巢在消防应急救援中的应用

摘要：无人机机巢在各种火情现场的消防应急救援中发挥了重要作用，改变了以往的侦查模式，大大减少消防应急救援人员的伤亡率，提高了任务的完成质量，挽救了群众的生命和财产，是未来需要大力推广和发展的新型消防救援形式。本文就无人机机巢的特性以及在消防应急救援中的应用要点做了简要分析。关键词：无人机；火灾救援；应用分析引言近年来，随着5G、人工智能、物联网、云计算、大数据等新型智能技术与无人机不断融合，无线充电、自主飞行、视觉避障、集成芯片等关键技术不断突破，无人机朝着更加智能化、人性化方向发展。因此，消防应急救援队伍要抢抓数智化变革有利契机，紧密围绕“一短三快”初战机制改革出发点，试点推进无人机智能机巢应用建设，全方位探索信息技术服务主责主业多元路径，创新先行，务实举措，全力打好智慧消防建设组合拳。无人机机巢以其特有的技术性能优势成为近年来火场侦查利器，在未来的消防应急救援体系建设中，必须将无人机机巢为主的自动化救援作为建设重点，提高救援灭火效率，减少不必要的人员财产损失。一、无人机机巢简介近年来，无人机机巢形成了较为成熟的分型。根据无人机机巢的大小，无人机机巢可以分为大型无人机机巢、中型无人机机巢和小型无人机机巢。根据无人机电池的补能形式，则可以分为充电机巢和换电机巢。同时，智能机巢是无人机远程精准起降平台，是无人机稳固的“家”，能够抵抗强风和暴雨等恶劣天气。机巢与智慧巡检机群作业控制中心互联互通，实现自动储存无人机，智能自动充电，状态实时监控，自动传输数据[1]。其一般具以下优势：第一，严格按照长期野外静置设备开发，设备防水、防潮、恒温，结构具有一定的防拆除、防移动、防雷电功能。第二，具有无人机辅助降落平台，保证无人机通过视觉、RTK定位的方式安全降落。第三，安全可靠的接触式充电系统，充电效率等同于原始充电器效率。第四，可加配气象监测和分析功能，能够迅速监测现场温度、雨雪情况、风速风向等气象信息。第五，配备独立应急电源，即使突然出现断电情况，也能保证机巢的正常使用，为无人机安全降落和执行任务的安全性保驾护航。第六，拥有为无人机自动充电和上传数据到指挥中心的功能，辅助控制中心保养维护无人机和数据提取。第七，内部使用模块化设计，方便后期维护。二、无人机机巢类型选择在具体的应用场景中，无人机机巢类型的选择影响着无人机侦察任务能否有效执行。（一）根据飞行环境需求，选择无人机和对应机机巢类型在复杂的飞行环境下，小型无人机更灵活安全，能够完成更加灵活的侦察任务，但是其抗风和挂载能力较弱。而中、大型无人机在作业灵活性、拓展性上更具优势，能够满足更加丰富的侦察需求。比如中型、大型无人机可支持挂载飞行大脑、搭载5G模块，可以实现远距离直播推流和远程手动控制，完成飞行异常的自动处理等任务；在具体的业务场景中，还可根据实际情况，进行云台挂载的更换或者其他辅助设备，如爆闪灯、探照灯、自组网通信、防落水装置等，以此应对实际作业的需要[2]。一般来说，根据无人机类型对应可适配的无人机机巢类型即可，并根据场景需求灵活选用无人机。（二）根据飞行频次需求，选择充电机巢或换电机巢无人机机巢类型的另一个重要方面是飞行频次的需求所对应的充换电能力。在飞行频次较高或者单个任务无法一次飞行完成的情况下，需要做连续不间断飞行，这类场景往往用换电的自动机巢来满足需求，此时换电版本对于机巢的利用率将远高于充电机巢。对于飞行频次无特别要求的部分应用场景，如一天3到4架次的飞行，充电机巢就可以满足定期巡检需求。三、无人机机巢在消防火灾救援工作中的应用（一）无人机机巢在消防领域中的应用优势从现实角度来讲，火灾救援中，无人机机巢应用有众多优势，第一，可以逐渐提升侦察能力，保证火灾位置预测的准确性。在特殊的环境和地理条件下，消防工作人员若是无法及时赶到现场，就可以使用无人机机巢获取现场火灾情况，为火灾救援方案制定提供更加准确的数据。第二，提升灾情的掌握能力。消防应急救援力量可以在灾害发生的初始阶段使用无人机进入现场，通过无人机机巢获取的数据和自身想法进行对比分析，以判断火灾的初步程度，对火灾治理有一定的帮助。第三，保证火灾信息获取更加客观。使用无人机机巢的方式可以在高空观察火情，工作人员可以根据获取到的信息，制定相应的救助方案，同时也为撤离工作提供了关键信息。使用无人机机巢的方式对灾后重建也有着很大的帮助，能够整体提升恢复重建工作的效率，而且无人机机巢还会将拍到的信息录入数据库，为后期的灾害救援奠定稳定基础。（二）无人机机巢在消防任务中的应用领域无人机机巢具有很强的兼容性和开放性，能够搭载多样化的功能模块，利用多元信息收集模块设备，可以让无人机机巢及时侦测到火灾现场有害高温气体浓度、含量和温度以及流向、流速等信息、整个火势的蔓延趋势情况以及受困人员的具体方位等，为后续救援和灭火方案确定提供準确、及时、详细的一手资料。该功能通常分为城市建筑火场侦查与森林火灾火情侦查，功能模块含有抗高温高清摄录设备、气体分析设备以及红外热成像和生命感应设备等，其中摄录装置能够真实地传回火场景象，帮助指挥中心进行指挥决策，红外热成像装置实现火场温度分布的碎片化分析，气体分析装置判断有毒气体的种类和含量，在经过多维度的信息采集后，借助高性能计算机的高速运算，结合三维信息建模工具，无人机机巢可以构建立体全方位的火灾火情模型，为后台指挥中心提供更加精准、全面的参考信息[3]。在森林火情偵查中，无人机机巢可以在火灾季节的高发期进行高频次、全地域的持续巡查，巡飞到人员和地面设备难以进入的原始森林、自然保护区等地区，及时传输火灾隐患信息。一旦有高危火警预警信号，会在第一时间传递给地面的森林防火中心，以便其在最短时间内做出反应，最大限度减少森林火灾的过火面积。此外，灵活机动、响应迅速的特点也让无人机机巢在飞行控制与调度上更加方便和精准，后台控制中心可以通过通信网络和卫星信号对无人机机巢实施近中远程的控制，而且根据无人机机巢传回的三维可视化界面，更为准确地去调节无人机机巢的飞行姿态、速度、高度，确保在无人机机巢自身安全情况下完成急难险重任务。当前，随着智能化技术的不断进步，无人机机巢的自动驾驶能力更加强大，加之机上搭载的传感器更加精确，很多调控已经可以实现高度自主化，能够克服人为操作时的经验情绪影响，有效实施火灾救援、侦查和灭火等任务，并且在感应到机内出现故障时可以自主返航。这项功能已在我国某型号的无人机机巢试验中得到了验证，无人机机巢在控制和调度上已经能够达到精确化、智能化、自动化相融合的水平[4]。在接到警情后，部署于机巢内的无人机可替代消防应急救援人员以最快速度、第一时间优先到达现场，进行先期侦查。同时，悬停于事故灾害现场，提供高空视角，形成三维立体监控，使各级指挥中心更快捷地取得三维视角、现场全面信息，为救援力量抵达现场争取到宝贵时间，提高接处警调度处置效率。“无人机+智能机巢”一体化的应用系统将显著改善传统人工手动飞行模式，降低人员参与程度，解决不敢飞、飞不好的问题。因此，要根据试点建设应用情况，有序部署无人机机巢选址建设，着力试点建成一批，重点谋划一批，辐射带动一批，逐步推动“一机一巢”向“多机多巢”迈进，不断织密低空飞行网络。通过多机协同作业，多舱接力飞行，为灭火救援高效、安全开展提供强有力的辅助技术支撑保障[5]。（三）消防无人机机巢的功能拓展探究为逐渐提升无人机机巢的救火与消防功能，需要对已有无人机机巢进行功能拓展。本文通过实际研究得出，无人机机巢必须具备空中监测功能。在消防无人机机巢的头部添加红外线成像设备，这样可以对火场进行多角度记录与分析，并将得到的信息传输给救火人员。无人机机巢中还要添加辅助灭火功能，在消防人员无法进入的现场洒入灭火剂，由地面控制确定喷洒位置和喷洒剂量。同时，在无人机机巢中还要加入照明系统，这样就可以在光线受限的环境下进行救援，为消防人员提供更加便利的条件。当前阶段，要对消防灭火救援资源利用效率进行分析，减少消防中所需要投入的人力、物力，对突发消防情况进行核实与调查。这些工作内容需要较多的基础地理数据，并且对于这些数据的时效性具有较高要求，只是通过当前的卫星遥感数据和基础救援成果根本无法完成，而且利用数字化测图和大飞机救援的消耗也很大[6]。因此，通过航测无人机系统集中救援所需要的地区消防灭火信息，并对其进行处理，形成分辨率和准确度较高的DOM数据。通过这个数据和最近几年来救援的资料和影像进行对比、计算，能够对目标地区的消防效率进行快速分析。（四）无人机机巢在消防灭火整治监测项目中的使用无人机航拍技术能够对消防灭火施工情况进行全面监督，还能够减少人力、物力的投入。通过得到的现场消防灭火高清图像，直观地向工作人员反映出消防灭火的质量和效率。因此，要对传统的消防管理工作进行必要的改进，对消防中存在的危险性大小、消防设施、消防管理水平等各方面情况进行全面思考，合理评估消防监督中的重点工作内容，并采取制度化的模式，实行安全评估制度，对消防安全进行等级划分，进而采取针对性的消防监督管理方式[7]。四、无人机机巢在消防应急救援中应用的技术性要点（一）总体系统稳定可靠前期必须对无人机机巢的性能进行全面细致了解，做好运用方案设计，并和其他救援设备无缝配合。相关人员的心理素质和业务能力必须过关，中心调度工作必须实事求是、科学合理，在使用过程中，要在保证机体能够正常运转的情况下，最大限度地进行信息侦查和救援灭火等工作。在操作时，要严格按照无人机的技术规范和使用说明进行，并结合火场实际情况，选取合适的无人机机巢种类。和其他设备相比，无人机机巢在消防灭火救援的应用中具有明显优势[8]。（二）操控精准得当对操控流程的设计要尽量简单明了，减少不必要的环