无人机在城市火灾监测中的应用

阎炫彤++祝效华

摘 要：火灾对人类危害巨大，传统靠人力观察的火灾监测方法因监测范围有限、地域环境复杂等因素，增加了监测成本，还极有可能造成人员伤亡。随着无人机技术的迅猛发展，其在城市火灾防护、预警中得到了良好的应用前景。讨论了无人机在火灾监测中的选型准则，研究了无人机遥感技术、救援技术在城市火灾中的应用，总结了无人机遥感技术在城市火灾监测方面的优缺点，并对无人机火灾救援技术的发展作出了展望。

关键词：无人机；火灾；遥感技术；救援技术

中图分类号：V279+.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.124

随着城镇化速度的加快和城市人口的快速增长，城市的高层建筑日益增多，这些都增加了火灾发生的潜在隐患，给火灾的防护救援工作带来了巨大的挑战。

据统计，1979—2010年，除了森林、草原和矿井火灾以外，我国共发生特别重大火灾39起，死亡2 474人，直接财产损失达79 611.11亿元。20世纪七八十年代，我国年平均火灾损失分别为2.5亿元、3.2亿元以上；20世纪90年代以来，年平均火灾损失快速上升至十几亿元；2004—2006年，全国范围内共发生火灾分别为25.3万起、23.6万起、22.3万起，伤亡人数分别为5 527人、5 002人、2 956 人，直接损失分别为16.7亿元、13.6亿元、7.8亿元。

这些触目惊心的数据表明火灾对人类的危害巨大，是现在文明社会中最具破坏力的灾害现象之一，火灾的防护工作已成为摆在我们面前刻不容缓的问题。而无人机凭借获取遥感数据及其全天候、高精度、高效快速的技术优点，能大大提高火灾信息的捕获概率，为现代化城市的火灾监测提供了新方法。

1 无人机的分类及选型

1.1 无人机分类

无人机主要由飞机本体、飞控系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统及搭载的其它电子设施等组成。评判无人机性能的重要性能指标主要包括各种飞行参数、额定载重和续航时间。

无人机可在军用和民用领域广泛应用，依照飞行方式可分为旋翼无人机、固定翼无人机等。依照无人机的任务、性能、设计特色分类的话，可分为战术和持久型无人机、中型、小型和微型直升机等。其中，中型无人机是目前无人机飞行控制研究中的主要研究对象，因为与其他种类无人机相比，它具有续航久、载重大、价格低、飞行相对灵活、起降要求低等明显优势，并能适应复杂多变的环境，在实际应用中得到了广泛应用。

1.2 无人机选型

在城市火灾监测应用的无人机主要包括无人直升机和固定翼无人机，其主要性能如表1所示。

为了满足无人机在火灾事故的应用，无人机应具备续航时间长、抗风能力强，空中悬停及搭载光学系统的功能，同时，还应具备较好的信息传输能力。由表1可知，在城市火灾监测作业中，直升机与固定翼机相比，具备悬停、垂直起降及较强的载荷能力，因而无人直升机比固定翼机优势更大。此外，无人直升机还具有自主起降特性功能，该功能无需人工干预，可自主飞行，因此，进一步提高了无人直升机在火灾监测中的应用性能。

无人直升机可依据不同的地形及工作要求进行选型。各类无人直升机性能如表 2所示。目前，城市火灾监测中，无人机多为小型和微型机型，而中型无人直升机的使用还处于初级阶段。随着无人机机型的增大，其续航能力、工作范围和抗风能力也会相应提升。

2 无人机在城市火灾监测中的应用

2.1 无人机遥感技术

无人机遥感技术就是集合了无人机飞行、遥感和遥测、卫星定位和数据通讯，能够自动获取相关信息，完成无人机航拍数据的处理、建模和形成遥感影像的技术。城市火情在线监测就是利用无人机遥感技术实现重大火灾事故的防护与预警的。

传统火灾监视是通过相关人员到受灾地方进行观测，费时费力，且灾情观测不全面。而利用无人机可实现自动判定灾害体的位置和计算灾害量，利用灾情电子沙盘，不仅可为火灾现场指挥和决策提供直观和可靠的依据，且可大大降低人员的作业风险。在城市特殊场所中，比如物流仓库、电力调配中心和高层建筑物等地，派遣无人机进行实时监控，以确保火灾信息尽早传达到城市消防中心。

2.2 无人机辅助救火技术

当发生大规模火灾时，通常采用飞机与救灾人员的协同救火作业，这样可以大幅提高工作效率，但在一些复杂环境条件下，会使飞行员的通信及定位受到干扰，甚至危机人员的生命安全，因此，救火无人机得到了广泛使用。

当前，救火无人机通常都具备操控简单、短距离起降、风中稳定强的特性。操作人员通过无人机可以全面监视和判定火灾情况，人们只需要负责无人机的起降操控，而无人机的飞行轨道、拍摄等都是电脑提前设置好的，普通人员通过短期培训后就可操作无人机进行防灾救援作业。

3 无人机在火灾监测中的优缺点

无人机除了在军用方面迅猛发展外，在民用方面的应用也越来越多，尤其是在遥感应用方面，易获取数码影像、进行大比例尺测图及实时监测灾情等。与其他信息获取方式相比，无人机平台拥有独特的优势。

3.1 无人机造价和事故发生率较低

无人机机身材质主要是碳纤维或玻璃纤维等复合材料，如果无人机在飞行或运输时出现破损，可随时更换，维修成本低，且用1台高配置的电脑就可以进行数据处理。

3.2 操作简易

无人机的机动性、灵活性使得它起飞和降落无需专门的跑道场地，可以灵活地在滑跑、车载、滑降等地飞行，且操控非常容易。

3.3 运输方便

无人机体积小、质量轻，一般长度不大于10 m，运输非常方便，甚至可以直接放在車里进行运输。

3.4 作业安全性能高

在恶劣的气候和复杂地形中，无人机可替代救援人员进行相关的危险作业，避免人员伤亡，这也是无人机的重要特点。

无人机与传统方法相比，仍有一些不足之处，比如无人机的飞行航线多是固定的，飞行时在其他信号的干扰下会发生通信延迟，尤其是在恶劣的天气以及高层建筑等复杂环境下，其操纵性能会大大降低。

4 结束语

无人机在未来必将在城市火灾监测中发挥巨大的作用，通过对无人机在城市火灾监测中的探索，得出了以下结论：①有针对性地研制新型无人机。提升无人机技术的性能，研制适用于城市地形的重载、长续航能力无人机。②提高航拍质量和信息传输能力。天气条件、信号干扰等因素对无人机实时监测的影响很大，要提高无人机抵抗不利因素的能力，保证灾情信息的及时传输。③建立全城市全地形监测。现有无人机只能做到火灾高发地区的实时在线监控，今后可通过利用无人机火灾监测系统，实现无人机在全城市中的“卫星式”覆盖监测。

参考文献

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作者简介：阎炫彤（1998—），男，江苏宿迁人，现宝鸡中学学习。祝效华（1978—），山东菏泽人，博士（后），教授，中国机械动力学学会理事。

〔编辑：张思楠〕