基于SWOT法分析三种新技术在火灾调查领域的应用前景

吕昕

摘 要：使用SWOT法对多无人机协同编队飞行、混合现实、3D打印三种技术在火灾调查领域的应用前景进行分析，根据研究结果针对性提出拓展应用建议，为火灾调查领域科技革新提供方向参考。

關键词：火灾调查，飞行控制，混合现实，3D打印

中图分类号：X928.7

一、前言

当下比较热门的多无人机协同编队飞行、混合现实、3D打印等技术正处于创新发展的爆发期。在应用领域取得的大量研究成果，开始影响部分行业的传统运行模式并带来颠覆性变革，为从业人员带来全新的思考逻辑。

他山之石可以攻玉，本文运用SWOT分析法具体分析三种技术在火灾调查领域应用过程中面临的优势、劣势、机遇、威胁，论述不同技术的研究前景，为火灾调查科技革新提供方向参考。

二、运用SWOT分析法对多无人机协同编队飞行技术的分析

多无人机协同编队飞行技术，简称CFF（Coordinated Formation Flight），是将具有自主控制能力的多架无人机按照预设的三维队形和结构进行排列，通过任务分配子系统实施协同飞行的一种飞行控制技术。多无人机协同编队飞行技术不仅能让负责不同任务的多个无人机，在预先设计好的路线下协同完成信息收集。还可以根据现场环境的变化，实时调整航线、更新任务，在保证安全性的前提下提高工作效率。

1.优势

火灾事故现场可供观察分析的信息越多，调查的效率和准确率就越高。在火灾调查的实际工作环境下，无人机编队侦察相比调查员目视，拥有更全面、更立体的火场视野。除了传统单个无人机提供的整体区域航拍，某些因建筑构件倒塌变形而无法接近的位置，也可以利用编队中的穿越无人机实现近距离、多角度观察;无人机编队相比单个飞行器工作效率更高。在任务分配子系统的规划下，搭载不同设备的多个无人机可以在同一时间内，对火灾现场不同立体区域的不同信息进行针对性采集。此外，成熟的飞行控制系统可以减少甚至替代无人机驾驶员，达到节省人力的目的。

2.劣势

火灾调查对现场数据的采集大多集中在室内，对无人机的悬停避障要求高。如果再兼顾拍摄、测量、分析等多种操作，则需要专门的分析算法和更为灵敏的传感器。目前多无人机协同编队飞行技术的主流研究方向集中在户外，其中非常关键的通信机制，由于较多使用集中式和分散式这两种控制方式，故无法直接应用于室内飞行;此外，相比较驾驶员操作无人机，目前无人机的识别和飞行控制系统对于复杂火灾现场内物体识别辨认率低，特别是烟熏较重和金属干扰较多的环境，易出现误操作导致飞行器坠机损坏。

3.机遇

目前业界对无人机飞行控制系统各模块的研究分化程度很高，不同院校、机构、企业都有自己的研究特色和深度。地质灾害和公安已经在适应调查常场景的飞控应用上探索多年，取得了不少成果。如果将这些成果和无人机编队模块进行技术整合，可以大大缩短研究周期，快速建成适应火灾调查需求的飞控系统;此外，在飞控系统中引入5G通信模块和带学习功能的AI，正逐步成为行业内的研究热点。搭载了这些技术的飞行控制系统可以将多种编队控制算法和和通信机制相结合，缩小操控误差，实现室内多障碍物情况下的正常飞行。

4.威胁

无人机编队飞行控制系统各技术环节的研究人员属于稀缺人材，对于众多新兴科技公司具有极强的吸引力。如果无法保证持续的研究投入和配套的政策扶持，可能会遇到人材、知识产权大量流失的威胁;此外，由于火灾现场特征的非重复性，多无人机协同编队飞行技术研究过程中许多测试场景会和实际火灾现场有明显差距，可能会在应用实战的初期遇到更多不可控问题，影响实用效果，并对后期技术的更新维护提出了更高要求。

5.SWOT分析表

优势S （strengths） 劣势W （weaknesses）机遇O （opportunities） 技术的研究程度较为成熟，应用在火灾调查领域可以提升工作效率，应用转化具备可操作性 技术的发展方向刚好涵盖应用转化过程中面对的缺陷和挑战威胁T （threats） 火灾调查科技领域目前对技术的投入和政策待遇难以维持相关技术团队和人才的持续研究 高昂的研究投入将一定程度影响研究周期，且实战后更新维护面临的问题较多

三、运用SWOT分析法对混合现实技术的分析

混合现实技术（Mix Reality，简称“MR”），是合并现实和数字虚拟世界的一种可视化环境交互方式。相比较虚拟现实技术（Virtual Reality，简称“VR”），在MR的环境里，虚拟环境的感受与真实世界差别不大，且真实的物理对象和数字模拟图像可以共存并实施互动。

1.优势

相比传统必须由调查员亲自到现场进行勘察的工作模式。借助混合现实技术，火灾现场的声音、温度、气味、光线以及各类火场物体的外形、材质、颜色等信息都将实时传输到用户端用于复原虚拟现场。位于不同区域的调查员只需穿戴可视化设备就可实现远程多人共同勘验同一现场;而且通过人机交互系统，调查员还可在虚拟的数字火场中进行多种实景交互，在不破坏火场原貌的情况下完成多种操作，包括：修复烧损物体、叠加辅助标识、分析鉴定痕迹等。再配合FDS、FLACS等软件实景模拟不同参数下火灾发生发展过程，比对现场实际痕迹，可以为最终确定起火原因提供更多决策辅助。

2.劣势

MR技术的应用，需要多类型传感器检测、高速数据传输处理、复杂环境复原算法等技术的支撑。目前比较成熟MR产品只有微软公司的Hololens，曾经大火的谷歌眼镜也在诸多技术问题无法解决的情况下惨淡收场。所以制约MR技术与火灾调查融合的关键难点是多种技术的有机整合。但目前整合技术面临资金投入大、研究周期长、成果产出比低等问题。这对于科研资源相对匮乏的消防火调领域，是难以承担的研究成本。而且当前火调科研领域能为相关技术人员的提供的政策和平台还不成熟，较难吸引掌握成熟技术的团队和人才加入。

3.机遇

在接受度方面，各调查领域均对人机交互技术抱有极大兴趣，渴望不再局限于简单的VR授课培训，而是直接使用MR来实现实景互动，开辟一种全新的调查方式。上海公安刑偵目前正在研发一套刑事案件现场还原系统，工作原理就是利用MR来实施远程侦察和分析，辅助指导现场刑警破案。虽然该产品本身还存在诸多不成熟，但他们在数据采集和环境建模等方面已经取得了不少研究成果，对于开发火灾调查相关MR有非常强的借鉴意义;在技术研究方面，MR属于热门研究领域，微软、谷歌、苹果、高通等世界超一流公司和顶尖科研院校都有专门的团队开展研究。特别是知名产品创业公司Magic Leap，在2018年8月开放MR技术场景订购，让更多对MR有兴趣的行业和个人有机会参与到这一技术的应用当中;此外，5G传输、量子计算等技术也在不断升级完善，一系列视觉、听觉、触觉、体感甚至嗅觉传感器的突破性研究也都将推动MR技术快速完成自我升级、拓展接入端口、降低应用成本，最终实现广泛应用。

4.威胁

MR应用在调查领域所面临的最大的威胁来自于：使用此类调查方法取得的相关数据能否被认定为有法律效力的证据，并用于民事和刑事诉讼当中。目前我国仅在《刑事诉讼法》中把电子证据和试听材料放在一起，并称为一个证据类型。而《民事诉讼法》虽将电子数据单列出一个证据种类，但对于电子证据的证明力和可采性没有非常清晰的指导意见，而MR这种带有一定数据加工的调查数据在目前的司法体系下，较难取得直接采信。此外，界定MR对现场的还原是否准确、数据传输过程中是否存在遗漏等问题也都需要相关行业出台配套的法规和标准。

5.SWOT分析表

优势S （strengths） 劣势W （weaknesses）

机遇O （opportunities） 引入MR将彻底颠覆火灾调查的工作模式，开创全新的调查思路和理念 多项技术的快速发展将拓展MR应用场景的适应面，便于与火灾调查实现融合

威胁T （threats） 如果没有取得司法认可，MR在火灾调查应用仅能起到提升模拟实验真实度的效果 火灾调查科技研发单位难以承担高昂的研究投入和较低的研究产出

四、运用SWOT分析法对火场3D打印技术的分析

3D打印技术（3Dprinting，简称“3DP”）即快速成型技术的一种，它是以数字模型文件为基础，运用金属粉末、塑料、尼龙等可粘合材料，通过专门喷头打印机逐层打印的方式来构造物体的技术。目前3DP已经在设计、建筑、汽车、航空航天、医疗、教育、等多种领域应用。

1.优势

火场3D打印技术是集成了数据扫描采集、即时建模、多材质打印三种功能的复原技术，是在调查现场快速建造等比例模型的有效方法。此项技术的打印范围很广，既涵盖整个火灾现场的立体部局，也包括单一物体的外表特征。由于依托数据扫描和AI建模，该项复原技术简化了拍照、画图、手动建模、传输打印等传统现场复原流程，缩短了建模打印时间，让调查过程甚至灭火过程中恢复灾害现场成为可能。

2.劣势

目前3D打印设备大多为单一喷头，无法实现多材质混合打印，且耗材价格昂贵，造成打印成本过高。同时火灾现场的破损物受高温影响，理化性质发生变化，直接打印必然造成误差过大，影响复原程度。此外，3D打印仍有一定的技术门槛和操作要求，非专业人士无法直接上手使用，对技术的应用普及有一定影响。

3.机遇

3D打印技术经过30多年的发展应用，目前已实现较为成熟的拓展接口和丰富的市场供给。特别是部分3D打印技术公司近年来开始承接医疗、建设、考古等领域的实物复原业务，累积了较多关于破碎、损坏、变形物体的精确化复原经验。此外，国家工业和信息化部专门制定了《3D打印技术发展路线图》和《国家增材制造发展推进计划》，明确了产业的发展方向和政策扶持。在此契机下，无数3D打印创业者急需寻找合作单位开展应用业务。而火灾调查正好可以充当载体，尝试通过技术合作来研发火场3D打印技术，并在短时间内取得突破性发展。

4.威胁

3D打印市场虽然正在兴起，但由于时间积淀不足，造成从业公司质量良莠不齐。有些公司提供的服务远远没有达到市场化的程度，更不用说能适应消防火灾调查领域特殊需求的对口技术了。同时，由于国内3D打印行业标准不统一，缺少法令条例和规定要求，可能会在技术研发过程中遇到知识产权、标准界定等问题，带来未知的研发风险。

5.SWOT分析表

优势S （strengths） 劣势W （weaknesses）

机遇O （opportunities） 技术发展成熟，市场服务选择面广，可以直接实施成果转化应用，研发周期短 在技术发展和国家扶持下，研究成本的持续下降会让产品的使用成本下降

威胁T （threats） 国家对行业的发展规划可以有效降低技术研发过程中遇到的风险 技术服务商水平参差不齐，行业标准不够统一，成果转化应用过程中可能遇到市场风险

五、结论与建议

1.结论

（1）无人机编队飞控技术的应用前景

无人机编队飞控技术的优势大于劣势，面临的机遇与威胁接近，技术与火灾调查的融合度较高，说明无人机编队飞控技术在火灾调查领域具备一定的发展潜力与活力，前景明朗。

（2）混合现实技术的应用前景

混合现实技术的优势与劣势接近，面临的机遇远远大于威胁，技术与火灾调查的融合度偏低，说明混合现实技术在火灾调查领域具备研究潜力，前景广阔。

（3）3D打印技术的应用前景

3D打印技术的优势远超劣势，面临的机遇大于威胁，技术与火灾调查的融合度偏低，说明3D打印技术在火灾调查领域具备较高的发展潜力，成果转化率高、可实施性强。

2.研究建议

从火灾调查学科长期发展的趋势看，混合现实技术更具有变革性，技术能最终实现的是改变调查勘验方式的跨越式发展，也是次时代智能辅助与调查勘验的融合的必然趋势。但由于该项技术投入的成本过大、周期过长，当前应可优先在理论层面研究交互方式与调查过程的关系，拓展空间识别、火场复原、数据采集等技术的延伸方式，整合优化叠加技术，传输技术、处理技术，通过成体系的理论基础引导技术不断向成熟发展。

无人机编队飞控技术的实用性很强，而且已经有近似成果供參考，研究路径相对清晰。当前的研究方向主要是串联整合各类技术资源，完成系统搭建。同时积极借鉴穿梭机的飞行模式和图形识别算法，研制出适应多障碍、多干扰环境下的远程控制系统，完善飞行器的识别、稳定、规划能力，在短期内完成原型机的设计和使用，不断更新技术。

3D打印技术的服务市场目前较为成熟，可以充分借助服务供应商的成型平台搭建针对性需求，诸如在耗材上解决混合打印问题、在设备上解决喷头快速更换问题，在模型切片上解决支撑合理性问题。此外，还要重点研究火场物证经受高温火烧后，如何设置修正参数和修复曲线，需要建立科学的计算公式和验证模型。

火灾调查是一门综合学科，除了要在痕迹、证据、燃烧动力学科不断深入发展，还需要积极跨界开展交叉研究，三种新技术的应用拓展只是火灾调查发展过程中的一个技术分支，未来还会有更多新的突破推进学科完成蜕变升级。

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（青浦区消防救援支队 上海 201700）