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消防无人机在灭火中能够起到哪些作用?
一、无人机概念及技术优势
1、无人机概念
无人机UAV(UnmannedAerialVehicle)是无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控设备和自备程序控制的不载人飞机，包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇和无人伞翼机等。从结构组成上讲，一个完整的无人机系统主要包括机上部分和地面控制部分，如图1所示，其中机上部分主要包括无人机的自主飞行控制系统、姿态传感器系统和动力系统，地面控制部分主要包括遥控操纵系统和数据接收系统等。
2、无人机的技术优势
(1)执行高危险任务。无人机可以代替人类飞行员执行高危险任务，减少驾驶员培训成本，降低潜在的人员伤亡危险。
(2)执行人类生理特点限制任务。相比于人类飞行驾驶员，无人机作为机器，可以超越人类生理特性极限，执行长时间、高机动性的任务。
(3)执行低成本和多样性任务。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火场或救援现场一线进行多种任务。
(4)执行任务灵活，操作方便。对无人机进行操作的人员无需亲历现场和进行全面完善的作战培训，同时，无人机可以在各种平台进行起降，具有操作灵活的特点。
二、无人机在灭火救援领域的应用
1、现场侦查
(1)火情侦查
火场环境具有很多不确定性，对于开敞的大面积火场，仅凭观察和经验难以确定现场实际情况，因此，需要搭载各种侦查设备的无人机来进行火场的初步观测侦查，确定火点位置，有无被困人员，危险信息等。在侦查模块的工作模式下，无人机可以有效地对火灾损毁情况进行实时评估，可以获取部分重点部位的清晰图像，同时，对于高层建筑中的可疑部位和重点区域，地面人员还可以利用基站控制台操控无人机进行全方位侦查，第一时间获取火点位置，燃烧面积，火势蔓延情况等重要信息。
(2)地震、泥石流等灾害灾情监测
在某些交通受阻的灾情如地震、泥石流中，通过现场测绘情况，可以初步评估灾害损失率，及时掌握灾情发展趋势，可以为快速疏散现场人员和作战服务保障提供关键信息，为灾后重建工作提供有力保障，此外，还可以结合无人机传回的资料，开发灾害数据库，为灾害预警提供依据和指导。
同样，得益于近年来遥感技术的飞速发展，我国已经建立了1：50000地形图的数字高程模型(DtalElevati0nM0de1)数据库，在地震、泥石流灾害中，可以由无人机搭载测绘仪器，建立现场的高程模型，形成地形地貌形变统计数据，快速确定地震损毁情况，寻找安全快速的救援路线，预测抢险救援力量到达时间等。
2、人员搜索
在山岳事故救援中，人员无法准确定位的一个重要原因是，受到山岳地区地形限制，无法在山区建立完善的手机基站网络，导致被困在山区的人员无法通过手机进行求救。此外，不同于其他开阔地带的救援情形，山区地带植被茂密，难以利用摄像机或红外设备搜索密林下的被困人员。据此提出一种利用无人机搭载伪基站进行人员搜救的方式。利用无人机搭载小型手机通信基站，该基站可以随时搜索手机信号，这样，被困人员无需时刻注意上空飞过的搜救无人机，也无需在短时间内发出救援信息，这样既可降低传统的人工搜索所需要的人力物力，也可以节省和缩短救援时间。
3、人员疏散
第一到场的消防力量需要迅速判断事故类型，判断现场危险源，根据现场实际情况确定是否需要开展人员疏散工作，如果需要进行人员疏散，则应根据过火面积、火势蔓延情况、现场风速风向等环境确定人员疏散半径和方向等，如果是夜间环境，还需为疏散人群提供基本的照明和语音引导，防止群众错误地向灯光明亮的事故现场聚集，产生更大的安全隐患。因此可以由无人机搭载照明指示灯和广播引导系统，直接引导高层建筑内的人员向正确的楼层疏散，如果是对地面的群众进行疏散，还可以由无人机搭载摄像系统，全面宏观地协调整个疏散工作。
4、应急通信
多数火灾现场需要深入内部进行人员的搜索救援工作，而对于一些结构复杂的高层建筑和大面积救援环境，现场的通信往往无法得到有效的保障，这就为救援工作埋下了严重的安全隐患。无人机因其灵活的操作控制性能，可以通过搭载相关的通信中继仪器，在最短的时间内在现场建立起通信链路，自动或者无线遥控调节频率、传输报警器报警信息甚至是进入火场的救援人员的空呼压力信息，通过多台无人机设备定位火场人员位置并共享位置信息，或者配备现场指挥人员专用无人机，由指挥员通过无人机进行力量调度，协调整个现场的力量部署。
5、人员物资转运
在灭火救援领域，无人机的人员物资转运功能同样值得考虑。例如，在某些农村偏远地区，受道路交通条件限制，第一出动力量往往无法快速到达现场，因此可以采取一个作战分队配备一架运输无人机的战斗编成模式，火灾发生后，由后方迅速调派运输无人机携带相关轻便器材飞赴现场，进行有效的先期控火和抢险救援，阻止火势进一步蔓延，迅速抢救被困人员生命。
无人机还可以在急难险重危险地区代替救生抛投器的作用，在灾害现场携带引导绳往返于被困者和施救者之间，建立坚固稳定的救援系统。另外，在一些急难险重的洪涝灾害事故救援中，无人机还可以携带救生设备，代替救援人员进行定点抛投，快速营救遇险群众。
三、无人机的改进和功能拓展
1、针对专业测绘、侦检、探测、通信仪器的改进
为了配备与不同种类的元人机和适应不同的任务需求，无人机所携带的相关仪器应当进行进一步改进，主要包括以下几方面：
(1)进一步减小尺寸和重量，以提高无人机的器材装备数量，增加无人机的续航时间。
(2)统一各类软硬件接口，方便不同种类的器材能够驳接不同种类的无人机设备，同时加强数据传输、软件参数设置的统一。
(3)增加各类器材装备的集成度，例如需要同时使用到的音视频和红外探测仪可以进行集成，探测环境的温度、高度、压力等传感器可以进行集成等。
2、防火防爆及操控性能化改善
近日，在全球最大的石油展上，由中航鹰航科技有限公司展示的一款多功能防爆无人机——赤鸢，吸引了大量的参展者。该款无人机采取了先进的电器隔离技术和新型防爆电池和电机，避免在工作过程中产生电火花，在设计消防用无人机时，可以借鉴相关的设计制造技术，进一步增强无人机的防火防爆性能，以适应恶劣环境和危险场所的需求。
3、载量和续航的改进
现在投入使用的无人机多为锂电池供电，存在的一个不足是续航时间较短，载重较轻。圣彼得堡消防队大学研制了一种能够垂直起飞，并用电缆系留的消防无人机，理论上，该款无人机可以实现全天候不间断续航，得益于系留式电缆，该款无人机可以实现多达600kg的载重量，但是受到电缆长度和重量的限制，该无人机只能在小范围内使用，主要用于现场环境监控和通信保障。
4、与通信指挥组网、地理信息系统的联动
得益于我国消防部队的信息化建设，基层消防部队装备了多类消防指挥系统，配备了实用的灭火救援指挥箱，GIS(GeographicInformationSystem)系统在基层指挥中心的应用也对一线灭火救援工作起到了重要的保障作用，而消防无人机要投入实际的使用，必须加强与此类软件平台和系统的联动，可以做到直接在平台界面操作无人机，共享无人机采集的数据信息，利用无人机进行通信组网和力量调度，以加强无人机的适用性和可移植性。
5、与其他消防力量的联动
消防无人机还应加强与其他消防力量的联动，以消除潜在的安全隐患，加强其他器材装备的使用效能，例如为举高类车辆的准确定位提供依据，在大型破拆现场进行建筑结构评估，当建筑结构发生较大位移改变时提供进行报警等。同时，在危险搜索救援现场，无人机还可以与搜救犬配合工作，发布指令，传递信息等，进一步保障救援人员自身的生命安全。
WEB技术的应用
WEB技术指的是一类集合了信息技术、数据分析技术以及互联网技术的综合技术类型，该技术在建筑消防监管过程中应用时，首先需要建立一个专门的数据库，其作用是对相关资料进行管理，数据库设置成功后，需要将建筑消防系统内关于建筑物的各种信息以及消防信息等等均录入数据库中，从而为接下来对每个环节进行高效监督管理提供参考。
在消防监管应用WEB技术中，实现了对大屏幕的实时监控，帮助消防人员随时对建筑火灾现场进行观察，再应用科学的数据技术手段等，以便接下来制定消防预案，进一步提升消防监管的效率。
通过应用WEB网络技术，可以构建完整的建筑消防监督管理系统，该系统能够将建筑物的相关信息（如：结构数据、基本地理信息）、消防设施相关数据以及消防工作人员信息等存储在数据库内，以便更好地监督和管理建筑消防工作。
除此之外，将WEB技术应用在建筑消防监督管理中，打破了传统监管者因为时间与空间的限制，方便随时随地监管建筑消防工作，同时还可以与多个部门形成建筑消防工作联合体系，及时传递和分享数据，提升建筑消防动态监督的效果。
GIS技术的应用
GIS技术也可以被称为地理信息系统，该技术是诸多学科交叉的产物，是建立在地理空间这一基础上，通过应用地理模型分析的手段，实现实时提供各种动态与空间的地理信息。
在建筑消防监管过程中，GIS技术主要被应用于火灾情况、制定救援方案、制定消防规划中。
近年来，伴随着城市化进程不断加剧，在建筑消防监督管理中，因为建筑物密度较大、人口集中，特别是城镇化建设加快，城市建筑中，酒店、高层住宅、办公楼、写字楼等不断增多，高层建筑工程量大，建设用时长，并且大多数高层建筑位于人口密集、交通便利的位置，因此火灾发生的风险较高，并且一旦发生火灾，将带来巨大的经济损失。
来源：科技创新与品牌 (2020年11期)
“智能消防系统”是将GPS（全球卫星定位系统）、GIS（地理信息系统）、GSM（无线移动通信系统）和计算机、网络等现代高新技术集于一体的智能消防无线报警网络服务系统。它成功地解决了电信、建筑、供电、交通等公共设施建设协调发展的问题；由于消防指挥中心与用户单位联网，改变了过去传统、落后和被动的报警、接警、处警方式，实现了报警自动化、接警智能化、处警预案化、管理网络化、服务专业化、科技现代化，大大减少了中间环节，极大地提高了出警速度，真正做到了方便、快捷、安全、可靠，使人民生命、财产的安全以及警员生命的安全得到最大限度的保护。
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基本原理
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实现智能消防依赖GPS、GSM和GIS三种现代高新技术。
GPS，即全球定位系统，主要用于军事目的，可在任何时间、任何地点向用户提供三维位置、速度和时间的信息服务系统。它的全称是GOLOBAL POSITIONING SYSTEM，简称GPS。近几年来，GPS技术被广泛地应用于军事、科研，以及交通运输、测绘、通信、建筑、石油勘探等国民经济众多部门，甚至已深入到人们的日常生活中，如居民小区的智能化管理和医疗救护等等。
GSM，即无线移动通信系统，亦称公网无线通信技术或蜂窝网无线通信技术。它是我国覆盖面积最大，可靠性最强的无线移动通信系统。我国已建成了世界上最大的GSM网，覆盖300多个地区、2000多个县市，可与30多个国家和地区自动漫游。它与GPS、GIS技术相结合，可应用于车辆的安全报警、监控和管理方面，也可以应用于智能消防系统。
地理信息系统（GIS）是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面与空间和地理分布有关数据的计算机系统。它以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供各种空间的和动态的地理信息，融计算机图形和数据库于一体，储存和处理空间信息的高新技术，它把地理位置和相关属性有机结合起来，根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户，借助其独有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策。
“GPS智能消防系统”是将GPS（全球卫星定位系统）、GIS（地理信息系统）、GSM（无线移动通信系统）和计算机、网络等现代高新技术集于一体的智能消防无线报警网络服务系统。它成功地解决了电信、建筑、供电、交通等公共设施建设协调发展的问题；由于消防指挥中心与用户单位联网，改变了过去传统、落后和被动的报警、接警、处警方式，实现了报警自动化、接警智能化、处警预案化、管理网络化、服务专业化、科技现代化，大大减少了中间环节，极大地提高了处警速度，真正做到了方便、快捷、安全、可靠，使人民生命、财产的安全以及警员生命的安全得到最大限度的保护。该系统不仅适用于消防系统，而且稍加改造就可成为119、110、122“城市智能综合应急报警系统”。因此，该系统具有广阔的市场和发展前景。
主要功能
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报警功能 报警终端采用了当今最先进的传感技术，报警终端和报警接收机之间采用无线通信方式。所以，当发生火灾时，只需按一下手动按钮，报警信号就会迅速传送到报警接收机，并启动接收机的声光报警装置和通过转发器将信号传送到119指挥中心（即消防支队，分中心是消防中队）。如果火灾现场无人按下按钮，各种智能传感器均能自动将报警信号传送到报警接收机，并最终将报警信号传送到119指挥中心，从而实现消防指挥中心对火警的实时监测和发送，完成自动报警。
报警功能
信息记录和重放功能 接警中心按消防规定给每个用户制定出灭火预案（内容包括：用户名称、地址、核实电话、主管人员联络方式，行车路线、人员分布常态、水源等），并存储在中心数据库中。当用户报警时，中心的电脑便会自动显示相关用户的灭火预案资料（可随时打印出来），使警员迅速、准确地核警和处警。能自动、准确记录报警时间、地点、核警过程、处警程序及处警结果，录下指挥员的语音和现场情况，提供行车路线，重放行车轨迹及出警与灭火的全过程，不会出现误报、漏报。由于该系统在报警服务网络技术上做了特殊处理，还可对报警用户端、接警端的电脑工作状况、接警后工作人员的火警复核情况、处警结果等有准确、详实的纪录，做到责任分明，有案可查。
信息记录
由于采用了以MAPINFO为开发平台的地理信息系统，因此可显示全防区的行政街道图，如有火警发生，在地图相应的位置上会有亮点闪烁。可根据需要逐级显示区域图，直至显示火警单位的平面图或火警楼层分布图。可以单独显示道路、水系、桥梁、燃气管道、自来水管道、电力线路等数据库中的相关信息，也可以同时显示警力分布、燃气管道、自来水管道、电力线路等信息，对用户所需要的重点部位或部分，如灭火战斗部署图等可进行放大处理。
指挥功能 一旦有火灾报警，在接警中心的电子地图上就会立即自动显示出报警点的准确位置（经度和纬度）和到达火警点的最佳行车路线。同时还可将预警信息、处警预案、出车单传给相关的消防中队、消防车，为他们迅速处警提前做好准备。由于接警端采用了高质量的全套自动化设计，因此对误报和恶意报警具有自动查询、检测、判断功能，对非法用户有自动停机和拒绝服务的功能。当用户报警时，接警中心的电脑就会自动显示出相关用户的灭火预案资料，内容包括：用户名称、地址、核实电话、与主管人员的联系方式、行车路线、内部详图、人员分布常态、逃生通道位置、可燃助燃物特点、消火栓、水源情况、出警及灭火警力部署等。这些资料是接警中心预先按消防规定为用户制定的，并存入中心数据库中。也可人工或自动编制出警方案，并打印出来供相关人员使用。
指挥功能
火灾报警时，接警中心可随时调出全面、翔实反映本辖区消防系统的相关信息和资料。如：各消防中队的人员情况、消防器材配备情况、车辆情况，以及车辆调度表、驾驶人员调度表、消防人员值班表等相关资料。以上信息可根据情况变化随时更新，扩充。接警中心可根据火灾的类别、火势等级、气象条件、地理环境、消防水源、消防实力、火警单位的基本情况等相关因素，进行分析、判断，自动或人工联合编制出警方案，并向消防中队、消防车下达出动命令。一旦有火警，接警中心和消防移动端（消防车）之间可保持实时接收、显示相互传递的信息，接警中心、用户、警员可保持相互通话。
消防移动端
消防移动端（消防车）功能 消防车上配有GPS卫星定位自主导航仪。当接到报警时，车上配有的GPS卫星定位自主导航仪就能显示出报警的地点、路线、用户名称等，调出报警用户的灭火预案资料，接通GSM通话功能和监控中心通话，达到支队、中队、消防车三位一体，形成网络。同时，还能为消防车提供到达火警点的最佳行车路线。
应用
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美国环境系统研究公司（ESRI）从事GIS理论研究、产品开发及应用拓展已有三十余年的历史。ESRI在全面整合了GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它多方面的计算机主流技术之后，成功地推出了代表GIS最高技术水平的全系列GIS平台——ArcGIS系列。ArcGIS技术可以让救援指挥人员随时看到重要的实施数据。你可以在计算机上用鼠标轻易完成数据的增加、修改和更新。
火警定位 ArcGIS作为火警受理和智能决策系统有力的辅助手段，主要完成报警信息定位、ArcGIS定位、信息查询统计、数据的分析显示，能够利用ArcGIS系统准确、迅速确定报警人的地点及火灾位置，通过优化选择和计算能确定最佳行车路线，另外通过车辆ArcGIS定位系统，能够在地图上实时观察车辆的行车轨迹，以判断车辆是否按照指定的路线行驶。
火警定位
消防队驻扎位置规划 消防队的布置工作是挑战性的，但往往被忽略，通常的方式是以几何半径距离大致确定其驻扎位置。由于ArcGIS基于图形方式，相关信息内容比较详细、精确，并且在计算机上能比较直观地反映各种数据实图，可以及时进行各种消防重点单位的选址、规划、建设，消防站点的规划，以及消防水源的建设规划。通过将各种规范数据输入计算机，ArcGIS系统将自动判断出规划的合理性及计算间距。以改变传统人为判断的失误和不准确。实际上，消防单位的工作不仅仅是保护财产的安全，还包括对急救服务、一天中的交通状况、紧急事故等在一定程度上进行预测。由于事故常常会在城市街道网络中变化发生，因此测试消防队位置和所能有效触及的范围十分重要。传统方式是让装备秒表的消防车沿街道开往指定的区域，并记录所用时间。这种方法受到多方面的限制，如车速、距离以及竞赛队员的责任意识。ArcGIS可以帮助有效地完成消防规划布置工作，这些工具可以在平均车速和指定时间内测试有效消防驻扎位置。
位置规划
消防数据分析 统计分析火灾数据，以前统计都是简单、枯燥的文字说明，不如图形的直观、醒目，利用GIS可以在地图上直观地反映区域、行业火灾分布情况，以便制定科学的措施和对策，减少火灾事故的发生。通过建立基于GIS的火灾隐患信息管理系统，既能形象地反映情况，又能便于动态管理，通过一些信息查询、分析评价与科学决策，能够对于城市突发性事件进行科学预测，一定会产生非常明显的社会效益和经济效益，为各级政府决策提供科学依据，便于各级安全监督部门有针对性地加强督查工作。在制定应急范围标准时，一项非常必要的工作是进行应急行动区域的统计分析。利用ArcGIS，可以对每一个来电，根据其位置进行地理编码，生成与来电相符的各种基于精确地图的数据信息。由GIS获取到的来电信息可以用于专业的统计分析和评估，ArcGIS不仅可以根据应急时间进行分析，还可以根据工作量、火灾情况等诸多因素，要求快速产生救援缓冲区。
消防数据分析
快速制图和应急分析 ArcGIS提供的一个强大功能是能够为每一个事故进行地理编码，并直观地显示在相应管辖范围的地图上。消防部门可以根据地理编码数据进行各种决策，如：确定购买和安置消防设施，消防力量的合理分布，制定优化应急服务措施等。通过ArcGIS事故分析功能，可以制定防火需求，缓解火灾等决策。事故数据可以利用ArcGIS预先模拟和测试，或进行统一协调、实施。ArcGIS提供基于海量数据的快速查询和分析功能。ArcGIS避免了制作纸图需要的大量时间，从而快速解决问题。
应急分析
ArcGIS避免了制作纸图需要的大量时间，从而快速解决问题。
