无人机在化工消防救援中的应用

李攀(江苏省常州市金坛区消防救援大队，江苏 常州 213000)

1 无人机的主要应用优势

1.1 无人机简介

无人机也被称之为无人驾驶飞机，主要是通过无线电遥控设备和自备程序来进行操控，为不载人飞机。在无人机的使用上，大致划分为两类，分别为民用和军用。在我国航拍、救灾、测绘、电力、农业、巡检等多个领域中获得广泛运用，使得无人机的用途全面拓宽。在无人机的组成上，主要包括飞控系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统和飞机机体。现阶段，国内外的各种无人机公司已经获得了繁荣发展，比较具备代表性的包括大疆创新、Parrot、3DRobotics、极飞科技等[1]。

1.2 无人机特点

将无人机设备运用在我国的化工事故安全应急救援活动中，尤其是将其运用在事故侦察、火情监控等工作中，可以有效补齐目前在危险品事故应急救援上存在的不足之处。同时运用更为现代化的飞机控制系统、数据链管理信息系统，可对事故火灾现场进行持续不断地侦察监控，弥补相关工作人员在事故现场面临的人身安全问题、数据信息采集数量较少问题、侦查时间较短问题、无法对数据信息进行及时反馈的问题[2]。相较于传统的消防模式，无人机救援消防特征和优势主要表现在以下几个方面：

一是更为机动灵活，便携性更强。对于一般的小型无人机来说，其重量在100 kg以下，尤其是对火灾现场道路救援情况较为复杂的地区，人员可以直接徒步，把无人机带到事故现场，携带过程更为便捷，只要依托于飞行控件即可对无人机进行相应的操控，飞行高度和飞行速度也可通过人工进行操作和设置。对于更为现代化的先进无人机来说，在其中配置双目视觉系统，具备一定的视觉避障功能，可促使无人机的机动性得到全方位增强。

二是视野上，分辨率较高。通过运用高分辨率摄像头，在高空对目标进行更为全面的全局性拍摄，确定人员和危险品位置，关注这些事物的方位，同时时刻观察地面情况，对数据进行第一时间的传送。应用数据链技术和宽带，即可达成超视距控制这一发展目标。依照事故救援的实际发展需求，基于多个角度、多个距离、多个高度，基于不同光线情况下来展开相应的救援作业，以对数据信息进行及时性传递，帮助相关工作人员了解事故现场[3]。

三是价格成本较低，使用过程更为安全可靠。无人机在生产制造的成本投入上，与其他的消防设备相比成本投入全面降低，尤其是相较于消防直升机、侦察设备和消防车等，消防人员的登车、登机、穿戴侦检防护服等过程直接取消，进一步减少时间成本投入。尤其是对大型的化工事故现场，消防救援队伍只需要通过对无人机进行操控或编制相应的飞行任务，即可侦察灾情，无须深入到灾害现场中，就可通过无人机回传的图像数据信息，了解事故的一般情况，进而制定出针对性的救援计划，进一步避免了传统化工事故救援活动中存在的不足之处，并维护消防救援队伍指战员的人身安全，安全系数得到提升，缓解二次事故出现的可能性[4]。

四是具备更强的拓展性，使用途径更为广泛。无人机搭载设备较为丰富多样，可以满足在化工事故救援中的不同使用需求。伴随着近些年我国无人机承重能力的不断提升，云台模块化的不断发展，个别无人机产品已经可以依照现场的实际发展需求，对其搭载模块进行相应的更换，以满足不同环境、不同条件下的使用需求。具体来说，对化工危险事故的夜间侦察，无人机可以通过在其中搭载红外夜视仪或是热成像仪，即可在最短的时间锁定救援人员的现场位置，并通过侦察周边自然环境，以进一步降低在夜间消防救援上的安全风险因素。除此之外，无人机通过运用超强抗风险设计，其最强的抗风水平可以直接达到六级以上，对于极端恶劣天气来说，无人机也可以正常执行工作任务。

2 化工火灾的特点

2.1 危险级别比较高

石油化工行业较为特殊，一旦企业生产场所中出现大型火灾，企业场地中的化工物质及周边自然空气，都会在短时间内迅速燃烧，加之一般存储化工产品的容器空间有限，会在出现火灾之后瞬间爆炸，有着较强的爆炸强度，将会给周边自然环境带来无法逆转的毁灭性影响。除此之外，化工产品本身易挥发，一旦火势蔓延，接触到空气中的氧气，则会引发二次爆炸、多次爆炸，会给消防灭火救援人员以及企业周边居民、环境带来巨大的人身伤亡及财产损失[5]。

2.2 火势蔓延快

对一般的化工企业经营发展，其存储的物质多为易燃易爆的有毒物体，同时大多数物质具备较强的挥发性，用到的原材料燃点较低，一旦遇到明火，容易导致火势迅速蔓延，同时在火灾的蔓延过程中带来一系列爆炸，将明火带到其他的物体中，进而引发连锁性火灾问题，带来区域性的大面积火灾，为后续的灭火救援工作带来较大难度。

2.3 火势的流动性比较强

石油化工企业生产经营规模相对较大，同时大多数原材料为露天存储，具备充足的通风自然条件。而这种户外条件，也会为火灾的出现和蔓延带来易燃易爆环境。一旦易燃易爆的化工物质在空气中和氧气混合反应，则会引发火灾问题，进而导致其蔓延速度以倍速式增长。再加上液态的化工产品本身具备较强的挥发性和流动性，一旦出现火灾明火，也会伴随着这些化工产品向周边蔓延，靠近建筑物，进而引发火灾次生伤害，对周边环境及居住人员，会带来不同程度的人身安全及财产威胁[6]。

2.4 石化火灾存在较大的扑救难度

由于化工产品引发的火灾问题较为特殊，在灭火救援中需要综合考量多方因素，因此扑救难度较大。首先，由于化工行业较为复杂，生产、存储设备具备较强的专业性，一旦在扑救过程中使用到的救援方式不够科学合理，则会对设备带来严重损害，无法保障化工企业未来的发展。加之化工企业内部规划复杂，不同的化工产品其物质燃烧点也存在差异，我国相关消防救援部门如何保障灭火剂选择的正确合理，也存在一定的困难。若是灭火剂选择不合理，会损害设备，进而引发二次爆炸，或者是更大的火灾事故，无法保证现场救援工作人员的人身安全。另外，化工产品大多具备毒性和腐蚀性，在遇到火灾之后，为其提供了高温条件，化学物质之间的化学变化，会导致有毒气体向周边大量蔓延，导致消防人员中毒或是对其皮肤带来腐蚀。最后，由于化工产品扑救灭火之后，需要对设备进行冷却处理，以规避爆炸问题。但是这一工作，需要花费较长的时间周期，若是在冷却规划制定上不够完善，除了会导致投入巨大，还会带来更大的火灾预防困难问题[7]。

3 无人机在化工消防救援中的应用

3.1 灾情的侦查

若是化工企业现场出现火灾，现场情况将会更为混乱、更为复杂，若是消防救援工作人员未了解现场实际情况，盲目展开后续的消防救援活动，除了会导致自身处于危险环境中，还会导致火灾救援过程更为困难。但是将无人机设备科学合理运用在其中，可以进一步降低消防救援工作人员的人身安全威胁系数。在正式展开消防救援工作之前，可以通过无人机对现场情况进行详细勘察，由于无人机体积较小，操作过程较为便捷，操作方法较为灵活，在出现火灾之后，可以第一时间将其投入到火灾现场中展开或进行侦查。尤其是对个别化工火灾现场，受到环境、天气、地形等相关因素的影响，救援人员无法第一时间进入到火场，此时选择可以通过无人机拍摄火灾现场，并将数据信息和图像直接回传到指挥调度中心中去，方便救援工作人员掌握火场情况，最后依照现场情况制定出针对性的救援计划。在进行化工消防救援时，也会遇到一些无法预见的突发问题，可以通过运用无人机设备，有效应对突发状况。例如可以将风速仪和测温仪直接安装在无人机中，针对化工企业的危险品展开侦查。

除了可以进一步缩短侦察时间，保障其救援过程的快速有效，还可以为后续的救援规划制定提供强有力的数据参照。在将无人机投入到化工救援现场之后，可以通过其拍摄设备获得更多的目标照片，并通过运用3D建模技术和云计算技术，将拍摄下来的照片直接传输到原服务器中，形成三维立体实景。整个过程无需人工进行过多干预，即可进行3D建模，并在拍摄照片之后，形成实景三维模型，以更为真实直观地展现出火场情况。最后针对模型中的不同位置来建设针对性的消防部署计划。举例来说，可以形成户外消防计划、道路交通消防计划、水源情况分析，并明确石油化工企业的场地消防通道。最终生成的3D模型也可以基于不同终端设备进行显示，既可进行手机查看，也可以进行电脑终端操作灵活，进行缩放、随意倾斜，以便于消防工作的全景开展[8]。

3.2 信息收集

在进行化工灭火救援时，可以依照火场的实际情况，设置针对性的无人机信息收集模块，通过无线邮件、卫星线路之间的有机整合，为相关工作人员收集更为全面的数据信息，为后续的火场救援提供相应的理论参照依据。

在救援过程中，可以通过运用5G、4G技术，实现和救援指挥部之间的有效衔接，不管是对于救援人员，还是现场调度指挥工作人员，都可以收集到一手数据信息和视频资料，以保障后续调度指挥的有效性，确保救援工作顺利推进。除此之外，也可以通过无人机技术回传数据信息采集图片，依照收集信息实际情况进行全面分析，为后续的火灾灾情评估提供有效支持。

3.3 指挥调度

截至今天，无人机在功能设置上已经变得越来越多元化，可以携带不同模块，依照火场实际情况，满足不同的调度指挥需求。

首先可以通过在无人机中装载云模块，在火灾现场展开高空喊话，将远程消防救援指令第一时间传递到现场救援人员耳边，尤其是对化工灭火消防救援工作中的高层人员救援，其价值和优势更为突出。

其次是在化工消防救援现场中，消防工作人员需要了解最新的火灾情况，以便于第一时间展开扑救，若是只依靠人工来进行传达，不管是传递时间还是在传递效率上，都无法满足现场的灭火救援需求。但无人机体积较小，飞行过程更为灵活，飞行速度较快，可以为相关工作人员提供更为精准有效的火灾情况，以确保消防救援的精准有效。若是化工火灾现场出现了更为严重的火情，现场通讯线路和信息传送线路都会被破坏，但无人机可以避免受到这些外界因素的影响，直接进行现场信号的转换，便于对火情情况进行第一时间的上传下达，确保灭火救援过程有条不紊、顺利推进[9]。

3.4 化工火灾的扑救

相较于其他火灾问题，化工火灾更为复杂，危险性更强，无法进行近距离侦察。可以通过用无人机中的高清光学镜头，对火灾现场进行动态化的即时勘察，以获得更为清晰直观的数据信息，进而传递给指挥调度中心。无人机还可以通过获取现场的有毒物质信息，测定化工火灾现场的毒气浓度情况，明确救援管控范围，尤其是对地形复杂的化工火灾现场，相关救援工作人员无法到现场展开救援，此时就可以通过无人机携带灭火剂，在现场中进行高空灭火。高空的投弹灭火，主要是通过携带超强系列干粉灭火器，直接将无人机飞行到指定位置，在火场上空运用远程遥控，直接精准释放灭火弹。无人机接收到信号之后，控制电动机旋转投掷舱，挡板升起，以弹力作用直接将灭火剂弹射到火源处，与明火接触，最后引爆灭火弹。其价值和优势就在于，投掷过程更为快速，精准投放，实现了高效率灭火，有效规避火势蔓延问题。

3.5 化工火灾的预防

相较于高空鹰眼侦察镜头，无人机使用过程更为便捷，使用方式更为灵活，尤其是对于化工现场的火灾高发期，可以通过运用无人机搭载红外镜头来展开高空侦察，以便于快速寻找出火灾的具体位置和化工产品的救援切入点，便于相关工作人员制定出针对性的灭火救援措施，有效规避火灾事故的恶化。另外，对有毒有害物质泄漏较多的位置，可以通过在无人机中搭载有毒有害物质检测仪器，对其浓度展开动态化的实时测定，以在最短的时间内寻找出有毒物质的救援切入点，便于相关技术工作人员进行现场调度，制定出相关的预防措施，有效规避其他事故出现的可能性。

4 无人机发展展望

4.1 无人机长时间续航技术

现阶段在无人机的使用过程中，大多数用的都是电池供电模式，续航时间仅有1 h，但是对于化工危险品的现场消防救援来说，救援任务较为紧急，救援时间较久，少则几个小时，多则可能持续数天。因此，无人机的续航时间需满足化工救援的发展需求。若是需要频繁起降、更换电池，会导致监测任务受到负面影响，增加更多的不稳定性危险因素。这就需要相关工作人员加强研发，研发出更多续航时间更长的电池，或者应用其他形式的能源来为无人机提供保障，改善无人机结构。例如可以通过运用轻量化结构设计，进一步降低机体的重量，减少电池耗电。

4.2 无人机大数据消防技术

未来在我国无人机技术的使用过程中，无人机收集的数据信息将直接汇总成大数据，通过建设大数据消防救援平台，以实现大数据技术和消防救援工作之间的深度融合，这也契合了目前在我国消防救援工作中危险品急救智能化的发展需求。例如在出现化工危险品燃烧爆炸等大型灾害事故之后，通过运用无人机来进行现场检查，捕捉现场的各类火情数据信息，并在第一时间回传，运用大数据消防平台来展开相应的处理，实现影像的快速拼接、数据之间的深度整合，将现场的数据信息和过往数据信息进行比对分析，并依托于AI智能技术、云计算技术，生成事故现场的应急救援报告，对事故危险等级进行自动分析，掌握现场灭火救援所需要的装备器材数量情况，为其提供在救援灭火上的个人防护信息建议，促使化工产品应急救援效率得到全方位的提升[10]。

5 结语

综上所述，在我国现代科学技术、经济技术高速发展的社会背景下，无人机技术水平也在不断地提升过程中，逐步迈向了繁荣阶段。将无人机用在我国的化工行业消防救援工作中，可以将其作为辅助设备，改善灭火效果，提高灭火效率，对化工火灾的抢险救灾以及应急突发事件，有着非常重要的现实意义。便于相关工作人员快速判断现场火情情况，制定出更为科学合理的救援决策，为后续灭火救援活动的顺利推进提供强有力的技术保障。因此作为消防工作者，需掌握无人机技术的优势特征以及化工火灾的特点，制定出针对性的应用措施，围绕火灾现场的灾情侦查、数据信息的收集、现场指挥调度、火灾扑救、火灾预防五个层面，发挥出无人机技术的最大价值。但同时也需相关消防工作人员清晰地认识到，目前在无人机技术的发展上，仍存在一定的缺陷和不足有待完善。例如续航时间较短，大数据技术还未得到有效运用。未来需围绕续航时间和大数据消防技术的运用展开持续性的探索和研究，以发挥出无人机技术对消防灭火救援的最大价值，为人们提供一个更为安全可靠的居住生活环境。