消防通信中无人机的有效应用

消防通信中无人机的有效应用

吴进取

上海诺基亚贝尔股份有限公司 上海 570311

摘要：消防队伍是有效处理社会各类事件的必要保障,然而当前消防队伍在应急处理一些事故方面面临较大压力,想要有效提升消防队伍全天候、全方位、全过程的通信保障能力,需要积极成立专业的应急队伍,成立新型组织机构,这其中无人机的合理应用,可以起到良好效果。

关键词:消防通信；无人机；应用

一、无人机在消防通信中的意义

科技力量的有效参与,能够大幅度提升消防队伍的训练质量,提升消防救援的工作效率。实际开展消防战训活动的过程中,需要持续更新现有科学技术装备,保障消防队伍的灾害处理能力。日常作战训练时,部分地区在专业技术方面的培训力度不够大,无法良好掌握先进通讯设备的优势和功效,另外有部分指挥员不具备较强的实践能力和经验,在总体把控实践救援活动时能力不够充分。无人机在当前社会中的应用范围越来越广泛,良好集合遥测遥控技术、通讯技术、遥感传感器技术、GPS差分定位技术等优势,还拥有着较高分辨率的摄像头,能够和地勤保障系统加以良好联合,长时间监控地面目标,可以从多方位视角观察到火情事故,为切实开展火场侦查救人、控制火情事故蔓延工作提供良好支持。无人机可以和火情救援指挥中心保持着良好的连接,在最短时间内提取到有价值的信息和数据,支持救援活动的顺利开展。将无人机有效引进消防通信活动中,在日常战训环节练习正确操作无人机的方法,促进消防队员能够开展充分侦查工作,宏观掌握灾情信息,并以此为根据制定出科学性的统筹计划,为快速撤离灾情现场,给战勤提供良好保障提供支持。

二、无人机通信模块应用研究

笔者选用的六旋翼无人机具有航时长、机身稳固、应用灵活的特点。鉴于通信模块在无人机现场作业中占据的重要位置，笔者按照无人机的作业顺序，从先导侦察、图像传输、扩音喊话这三个主要功能出发，进行功能的技术手段及应用研讨。

2.1先导侦察的功能优化

先导侦察是指火灾、洪涝等自然灾害发生后，消防无人机采用手动操作或自主航迹规划的方式，先于其他的消防救援力量到达灾害现场进行侦察的一种功能。然而，目前消防领域采用无人机出动的模式通常为“手动遥控为主，自主飞行为辅”的操作方式，即消防员到场后，使用遥控器进行定点悬停、俯冲或下降等动作，完成灾害现场的初步侦察，在侦察过程中的部分阶段，使用自主航迹规划进行侦察。此种操作方式虽简单易行，但存在明显的不足。如无人机在出动时，由于人员操作的限制，只能在消防救援人员到场后方可实施，致使无人机先导侦察、提前预判的能力大大弱化。因此，应将无人机的侦察功能进一步优化，实现先导侦察。

根据算法的基本原理和出现的先后时序，可以将路径规划算法分为四大类：传统算法、图形学方法，智能仿生学算法和其他算法。笔者采用的无人机将栅格法、A*算法及遗传算法相融合，所采用的算法如下：一是采用栅格法对飞行涵盖的空间进行建模，即在确定飞行目标地点的位置坐标后，通过谷歌地图的道路建筑信息及构筑物的高度信息进行一定步长的划分，并结合本辖区特点，选择预先设置的几个中继节点作为区域目标点；二是利用A*的open表和close表格及启发函数h(n)对飞行路线进行约束限制，引导其向既定目标点飞行；三是引入蚁群算法进行处理。由于在上述步骤中，代价表的建立缩减了大量的无效或低效的飞行区域。因此，在少量迭代次数的情况下即可得到最终飞行路线。

此外，该无人机也可采用更为简单的飞行方式，即采用“最低安全飞行高度”。在飞行器的地面控制终端上，由于国内无人机的导航系统大部分采用Google地图进行GPS定位与导航，可以在飞行前进行高度设定，选取飞行领域中的最高点作为最低安全飞行距离，在设定了终点后实现自主飞行。由于消防无人机载有避障模块，可避开高空障碍物以实现安全飞行。

2.2图像传输的功能优化

在消防无人机的通信系统中，一般包含图传、数传等无线电传输设备。其中，无人机通过搭载图像传输模块进行现场图像的实时回传，则是无人机完成现场侦察、指挥辅助决策功能的最重要的环节。结合消防部门通信装备配备现状，3G/4G图像传输与微波图像传输是目前可行性强、传输稳定的传输方式。

（1）3G/4G图像传输。在消防的实际应用中，3G/4G图像传输可以理解为使用4G设备进行3G图像传输，其现场的数据传输路径，如图1所示。图中的1～5分别为无人机、无人机地面终端、3G公网基站、服务器和指挥中心。一是无人机承载的高清摄像机实时摄录现场影像，将数据传递到无人机的地面终端上；二是地面终端引出一条HDMI的高清接口，向地面的3G公网基站发射信息；三是通过访问通信指挥中心登录IP地址，连接服务器，即可获取基站转接的数据信息。

2. 微波图像传输。微波图像传输是指消防通信人员将无人机拍摄到的视频数据通过便携式等发射终端，以微波的形式将信息发送至现场的通信指挥车上的车载接收机，经过车载发射机再次发射后，即可在通信指挥中心看到实时视频资料，实现“现场-指挥车-指挥中心”同步观看。具体传输流程如图2所示。在图2中，1～4分别为无人机、背负式微波传输设备、现场指挥车的接收端与输出端、指挥中心。

2.3扩音喊话的功能优化

目前，扩音系统在消防通信中的应用大部分停留在地面喊话的阶段。然而，在高层建筑轻生现场以及引导人员疏散等救援现场，经常由于地面人车拥挤，声音嘈杂，致使扩音设备的效用大为降低。因此，使用无人机可以实现消防救援现场的高空喊话，增强被救助者在等待救援时的信心。结合目前消防救援实际情况，可采用如下方式：无人机搭载无线接收设备，地面救援人员在到达现场后，立即使用手台进行喊话，通过无线传输方式传输到无人机的接收设备后，通过扩音器将声音传出。

三、结语

总之,消防通信中无人机的有效应用,可以有效支持消防通信活动的稳步开展,提升通信质量和效率,给消防救援活动提供有力支撑,实际应用无人机的过程中,不仅能够指挥现场救援活动,还要探测灾情现场情况,同时实时监测灾情变化,并切实保障通信效果。在未来发展中,无人机将能够更好支持消防救援工作,保障消防通讯,还可以有效应用在多种领域中。

参考文献：

[1]崔彦琛,吴立志,朱红伟,等.无人机在消防通信中的应用研究[J].消防科学与技术,2019(4):526-529.

[2]姬东.无人机在消防灭火救援中的应用研究[J].科技展望,2016(24):155.

[3]郭浩.浅析无人机在消防救援中的应用[J].数字技术与应用,2016(10):94-95.

姓名：吴进取（1981.05.18），性别：男，籍贯：海南，民族：汉族，学历：本科，职务：售前技术，研究方向：技术应用及推广。