浅谈无人机在消防应急通信中的应用

应急救援部消防局昆明训练总队 云南 昆明 650208

引言

无人机应用最早可以追溯到20世纪40年代,20世纪90年代,海湾战争后,无人机技术飞速发展。尤其是近年来,随着飞控系统的开源,配套技术的进步和市场需求的增加,无人机在各个领域的应用日新月异。目前,无人机在各级消防队伍均有不同程度的配发,但由于基层使用人员缺乏系统专业的培训,灭火救援现场通信混乱等原因致使无人机应用缺乏广度和深度,往往仅停留在火场图像采集,合理高效应用无人机,对于提高消防队伍应急通信保障能力有着重要意义。

1 无人机在消防应急通信中的意义

1.1 消防应急通信的特点

1.实时性。

在火灾扑救和抢险救援工作中,通信已成为保障指挥的基本手段。在提高处警能力,改进火场决策手段中起着重要的支柱作用。没有通信就没有指挥,就无法确保作战取得胜利,必须第一时间准确的将救援现场的声音、图像和数据反馈给各级指挥员和决策机构,第一时间将指令正确下达到各级作战人员。

2.可靠性。

灾害事故现场噪声干扰源多、通信设备架设条件差;火场的高温高压、石油化工场所、隧道、人员密集场所和高层建筑的复杂情况都给消防应急通信保障带来了极大的挑战。跨区域联合作战的机率越来越高,参战队伍多,任何一个环节考虑不周都可能带来全局性的影响。这都要求消防应急通信必须满足高可靠性要求。组织通信联络的任何一点疏忽或差错,都可能使通信联络不畅,从而影响决策指挥。

1.2 无人机在消防应急通信中意义 在2015年天津港重特大安全事故中,消防救援队伍共调派25架无人机确保现场图像传输,为现场指挥调度和救援的顺利进行提供了保障。

1.各项技术集成度高。集合遥测、遥控、遥感、通讯、和GPS差分定位等技术的优势,可装配电动云台,实现高分辨率影像的采集,可弥补卫星遥感经常因云层遮挡获取不到影像缺点,解决传统卫星遥感重访周期过长,应急不及时等问题。可以从多方位视角观察火情事故,为开展火场侦查、人员救援和控制火势蔓延提供了有力支持。

2.执行时间长、机动性高的任务。无人机可以超越人类生理特性极限,执行时间长、机动性高的任务。确保灾害事故现场信息传输的及时、准确、全面和持续。

3.执行成本低。由于无人机无需装备生命保障系统,因此可以代替其他造价昂贵的设备深入灾害事故现场执行多种任务。

4.执行任务灵活,操作方便。无人机能从多种平台上发射和回收,操作灵活。能在最有效的时间内提供最有价值的数据信息,确保救援活动的顺利开展。

2 无人机在消防应急通信中的有效应用

2.1 灾情侦查 当灾害发生时,使用无人机进行灾情先导侦查,可以采用手动操作模式或者自主飞行航迹规划模式,先于其他的消防救援力量到达灾害现场进行灾情侦查,根据无人机自身的性能、飞经的地理环境以及面临的环境威胁,在确定了起始位置、目标位置和任务结点后,规划出最优的飞行路径,为灭火抢险救援行动提供第一手资料,为行动的开展争取宝贵时间。在一些急难险重的灾害现场,使用无人机进行灾情侦查更加突显其优势,它可以深入到情况不明,有毒有害、易燃易爆等危险环境中,第一时间开展灾情侦查,查明灾害事故的关键因素,为决策指挥提供全面准确细致的信息。同时,有效的规避了人员伤亡。此外无人机还可以配备红外探测、可燃气体探测和有毒气体探测等设备,获取危险部位的关键信息,便于及时优化灭火救援方案。

2.2 图像传输 无人机图像实时传输系统主要是在灭火救援作战前沿与灾害现场指挥部之间、灾害现场指挥部与各级消防指挥中心之间,采用无人机搭载音视频传输模块采集灾害现场的实况图像,并使用通信模块进行传输,供各级指挥员和专家直观了解灾害现场情况、进行异地会商和实施可视指挥。弥补了3G/4G布控球架困难,受限于火灾现场实际情况,图像采集不完整的短板,克服了单兵图传无法深入到情况不明,危险场所采集图像的缺点。

2.3 扩音喊话 在高层建筑火灾扑救,跨区域跨部门灾害事故现场救援行动和石油化工火灾扑救中,高层、高温和现场混乱是解救被困群众的主要困难,如果能在救援人员和被困群众之间搭建联络通道,将有利于提高救援的效率。无人机通过云台搭载扩音和收音设备,通过移动通信链路或其他通信链路同地面操控人员建立通信联络,保障救援人员和被困群众的直接联系。例如,将手持台的发射频率调至358.950MHz,同时将无人机通信模块的接收频率也调至358.950MHz,救援人员通过手持台将喊话内容传输到无人机的收音设备,并通过扩音设备扩散出去,微型扩音设备的电池体积小重量轻,对无人机载荷要求不高。此外利用无人机集群技术,能够360度无死角对高层建筑形成网格式覆盖,进一步增强无人机喊话、送物功能,未来具有广阔的应用前景。

2.4 跟随通信 通过无人机跟随拍摄,能攻克室内通信困难这一技术堡垒。跟随方式主要有两种,GPS跟随和视觉跟随,区别在于确定被拍摄主体位置的方式上。

2.4.1 GPS跟随 通过GPS的精准定位来确定被拍摄主体位置。无人机通过自带的GPS模块确定自身位置,并通过消防救援人员佩带的智能手机、智能手表、和带有GPS的遥控器确定消防救援人员所处的位置。在跟随的过程中,飞控系统和应用程序保证无人机与消防救援人员的相对水平距离始终保持不变,并根据相对高度调整相机的俯仰角,保持画面的稳定。

2.4.2 视觉跟随 要求跟随目标始终在无人机摄像头“视觉”范围内,这就要求第一、跟随目标与周边环境相比具有较高的辨识度,第二年、要求跟随对象的速度和加速度与无人机相匹配。一旦超出“视觉”范围,跟随即刻停止。

在实际运用中,GPS跟随应用更为广泛。

场景一:当无人机与消防救援人员之间短暂出现遮挡物或突然出现的曜光,GPS跟随基本不受影响。

场景二:灭火救援现场光线昏暗,跟随目标不易识别的情况下,GPS跟随也可以使用。

场景三:多角度跟随,除后方跟随外,GPS跟随还可以采用对头、侧面跟随,在对头、侧面跟随中,被拍摄主体加速或减速暂时跳出画面时,GPS跟随模式下,无人机能够自动找回跟随目标。

3 结语

在消防应急通信保障中,无人机的有效应用对于提升通信质量和效率具有重要意义,为消防抢险、灭火救援战斗提供有力支撑。随着人工智能、飞控设备和通信技术的不断发展,消防无人机的灾情侦察、图像传输、扩音喊话和跟随通信等功能将得到进一步的优化,为“智慧消防”的建设注入新的活力。