无人机在消防救援中的应用研究

李二飞

（重庆市荣昌区消防救援支队，重庆 402400）

随着科学技术的不断创新，计算机技术日新月异，人工智能、大数据计算都已呈现在人们的生活中，智能化、信息化和自动化的时代已经向我们大跨步走来，无人机就是新科技下的产儿。目前，无人机已经被越来越多的人熟知，在消防救援领域中，由于无人机体积小、机动性高，操控简易、方便等特点，使得它们能够在复杂环境中飞行和执行任务，如高层建筑、山区、森林等。无人机还可以快速部署和操作，减少了人力和时间成本，提高了救援响应速度，为后续消防人员快速救援提供了有利的保障。

1 无人机的应用场景

无人机（Unmanned Aerial Vehicle，简称无人机或无人机器）是一种由无线电遥控控制的设备，有一些无人机是程序员通过编程来进行操控的，因此又被称为遥控驾驶航空器。由于无人机的体积小、航程远以及无人驾驶的优势，成为全球高新技术领域的热点之一。无人机的应用广泛涵盖了军事、民用、商用等多个领域，逐渐显露出强有力的市场潜力。

近年来，在现代城市中火灾事故的频率和规模越来越大，而传统的消防救援方式已经不能满足现代需求了，因此，空中飞行器技术已经成为新的消防救援工具。在消防救援中，无人机因高效、快速、安全等特点，受到越来越多消防部门的使用和关注。消防部门主要将无人机用于对火场进行快速测量、监测和掌握火势动态。他们通过无人机中的高清相机和热像仪来拍摄清晰的空中图像，及时传递火场信息和数据，指导消防部门进行寻找火源、扑救火灾等工作。

2 无人机技术优势

现在所有的无人机都配置了定位系统、自航系统、地面指挥系统、空中拍摄系统和信息传输多系统来更好地进行救援，无人机在消防救援中具有以下优点。

2.1 智能化

随着科技的发展和社会的进步，人们的生活质量不断提高，对安全问题更加重视，因此，无人机被广泛应用于各行各业，尤其是火灾救援方面，为消防人员带来了巨大帮助。当前，通过将无人机应用与智能化技术相结合，无人机的飞行性能得到了极大的提升，使其具备了独立工作的能力，同时也增强了其起降时的安全性，从而为无人机在消防领域中的应用提供了有利的条件。

2.2 精准定位

无人机的高精度到达预设目标点，为消防救援的顺利高效实施提供了有力保障。目前，我国正处于城市化建设发展阶段，城市规模不断扩大，高层建筑越来越多，这对消防工作提出了新要求。在进行灭火救援时，精准控制起火点是确保整个火灾情况得到有效控制的关键所在。随着智能技术和通信技术的发展，消防救援中已经开始采用先进的科技手段来实现对起火点的实时监测。消防员可以通过智能控制无人机，在地面屏幕上实时获取火灾现场的详细情况，从而更加高效地定位火源。此外，无人机还能够实现对火场环境的监控和定位，并将这些信息及时传输给相关部门。在消防站，用户可以通过点击屏幕上的起火点，将无人机引导至指定位置，同时无人机还能够智能规避障碍物，自主导航，并执行火灾救援人员下达的各项指令。

2.3 视觉追踪

利用智能化技术，无人机得以追踪特定范围内的动态图像，实现了对图像的高度跟踪。该系统采用了基于图像处理算法的方法，实现对火灾视频信息的处理，包括火焰检测、目标物体分割及特征点匹配等功能。智能识别系统已被安装于无人机内部，使得无人机能够捕捉并识别火灾现场的动态图像。一是可以对火灾信息进行采集后传输到计算机中。在符合规定的范围内取得有效的图像和数据，以确保信息的准确性和可靠性。二是可以对火灾发生后的视频信息进行分析，并将结果传输给消防部门，为灭火救援提供重要参考依据。三是可以进行固定地点的拍摄，也可以进行现场跟踪拍摄，这样可以更详细地记录火灾现场的情况。通过对不同类型火灾发生时产生的烟雾特点及特征信息进行分析，能够实现快速定位火源位置。此外，还可实现目标的锁定、缩小和扩大，以便更加便捷地获取和处理关键区域。利用无人机搭载遥感设备能够对火场信息进行实时监测并及时发布相关信息，以便消防人员第一时间发现问题、解决问题。通过将遥感技术与无人机相结合，火灾区的图像获取变得更加高效便捷，从而为消防救援提供了充足的时间资源。无人机运用智能传感技术感知障碍物的存在，并将其信息传输至智能系统，智能系统能够识别和判断障碍物的大小和位置，从而灵活躲避障碍物，消除复杂环境所带来的不良影响，确保无人机的安全，以更好地为消防救援服务。

2.4 视野开阔

随着现代摄像技术的迅猛发展，无人机与摄像系统的融合，使得无人机的拍摄视野和范围得到了更广泛的拓展。在灭火救援中，利用摄像头进行实时监控，不仅能及时获取火场信息，而且还可以对火情做出正确判断，从而减少人员伤亡及财产损失。该摄像头可实现全方位的360°旋转，同时，支持多角度拍摄火灾现场的全景图像。由于摄像头采用了高像素设计，因此其拥有很高的分辨率，从而大大提高了灭火效率。无人机的拍摄和呈现效果得到了显著提升，这要归功于摄像头所呈现的高清画质，通过无线传输方式与地面消防队进行信息交互，使得消防员能够更加深入地了解火灾的细节和情况。此外，红外线式摄像头为其提供了夜间图像采集，从而辅助消防救援工作更加便利，因此，无人机的性能和效用得到了极大的提升。

在消防救援中，各种搜救任务层出不穷，有些地方的消防员难以到达，而无人机则因其高度的机动性和灵活性，能够在飞行时实现灵活的转弯，此外，无人机的体积和性能也更适合于小范围的搜索救援，克服了恶劣的环境条件，从而保障了消防员的人身安全。

3 无人机消防救援中的硬件设备

无人机技术应用于灭火救援中，能够及时促进并提高救援的火灾扑灭率以及救援效率，更好地应对不同场景状况下的灭火救援任务。主要应用有以下几种模块。

3.1 传感器

无人机配备各种传感器，包括烟雾传感器、气体传感器、红外热像仪、高清摄像机等。这些传感器能够感知火灾环境中的烟雾、气体浓度、热点等信息，为消防救援提供实时数据支持。

3.2 摄像系统

高清摄像机和红外热像仪是常见的无人机摄像系统。高清摄像机可以提供清晰的实时图像，用于火灾监测和被困者搜索。红外热像仪则能够探测火源和人体热量，在夜间或烟雾较大的环境中提供额外的信息。

3.3 遥控系统

遥控系统包括遥控器和无人机本身的通信接收器。遥控器通过无线信号与无人机进行通信，控制其飞行、操作摄像头等功能。通信接收器则负责接收和解码遥控指令，确保无人机的稳定飞行和指令执行。

3.4 航电系统

航电系统由飞行控制主板、陀螺仪、加速度计等组成，用于控制无人机的飞行姿态、稳定性和导航能力。它们通过飞行控制算法和传感器数据实现自动悬停、避障、路径规划等功能。

3.5 电池和动力系统

电池是无人机的能量来源，提供电力驱动无人机飞行。当前常用的电池技术包括锂聚合物电池（LiPo），其具有高能量密度和轻量化的特点，以满足无人机长时间飞行的需求。

3.6 数据链路与通信设备

数据链路用于与指挥中心或其他救援人员进行实时数据传输。通过无线通信设备，无人机可以将收集的图像、视频、传感器数据等发送给地面站，以支持指挥决策和信息共享（表1）。

表1 无人机在消防救援中的模块参数

综述，无人机在消防救援中的硬件分析主要涉及传感器、摄像系统、遥控系统、航电系统、电池和动力系统，以及数据链路与通信设备等关键技术和设备。这些硬件的优化和集成将提高无人机的性能和能力，实现更有效的消防救援行动。

4 无人机的市场规模及在消防灭火救援中的具体应用

无人机在经济社会发展的诸多领域发挥了重要作用。2021年，我国应急救援无人机市场规模约为4200万元，2022年增长为4810.8万元。无人机运行成本低、结构简单、所需要的机械零部件相对较少，无论是拆卸、更换还是维修都十分方便。而且无人机的操作技术较为简单，训练周期较短，都可以快速熟悉掌握，不同于大型飞行设备，不需要专用的跑道，起降要求较低，在消防灭火救援中的具体应用如下。

4.1 火灾监测和情报搜集

无人机配备高清相机和热像仪，可以飞越火灾现场，对火场进行高效侦测。在火灾苗头刚刚出现的时候，可以通过无人机的拍摄装置、高清图像、视频和热点图等详细信息，快速准确地定位火点位置，实时监测火势扩散情况，采取相应疏散措施，制定灭火方案。

4.2 搜救定位和识别

无人机配备红外热像仪和摄像头，可以快速搜索被困人员的位置。热像仪可以检测到人体的体温差异，快速帮助救援人员准确定位，摄像头可以提供目标图像，用于确认被困者的安全状态。

4.3 环境监测和风险评估

无人机可以配备气体传感器和其他环境监测设备，通过收集火灾现场的气体浓度、温度等数据，帮助救援人员评估火灾的危险程度，确保他们的安全，并制定相应的救援策略。

4.4 通信支持和联络服务

无人机可以搭载通信设备，作为移动中继站提供通信支持。在通信网络受损或无法覆盖的区域，无人机可以确保救援人员与指挥中心之间的及时沟通，协助指挥和协调救援行动。

4.5 交通指挥和疏导

无人机可以用于交通指挥和疏导，特别是在大型火灾场景或交通事故中。它们可以飞越交通拥堵区域，通过搭载LED屏幕或扬声器等设备，向驾驶员提供实时交通信息和路线指示，减少救援时间和交通压力。

4.6 物资运输和投递

无人机可以用于物资的快速运输和投递，如药品、食品、水等。在紧急情况下，无人机可以通过空投或精确投递将必要的物资送达到被困区域，满足受困人员的基本需求。

5 结语

目前，我国无人机技术发展迅速，无人机在消防灭火救援中的应用可分为机载飞行系统、机载控制系统和地面处理系统。无人机以其无人驾驶、机动灵活、全天候的优势，可执行高危作业和辅助科学扑救指挥。未来，随着无人机技术的进一步发展，无人机的功能和应用将会越来越多样化和智能化，其在火灾预防扑救等工作中必将得到更广泛有效的应用。