消防无人机的应用研究及其发展趋势

董 锟 徐文娟

（咸宁职业技术学院，咸宁 437100）

无人机作为一种新型工业产品，已被广泛应用于各个领域[1]。国内外不少消防机构成功通过无人机开展火场侦查检测、救援物资投抛等应用，达到了良好的效果，能够提供精确、直观和全面的火场分析数据，为现场救援提供及时有效的信息[2-3]。同时，无人机因其灵活的控制方式和飞行特点，也可广泛应用于火灾扑救、灭火后的救援环节等，降低火灾危害，保障救援人员安全。

1 方案设计

消防无人机是指应用于消防领域的无人机及其相关附属产品，既包括无人机本身，也包括为达到消防巡检、消防灭火等目的而加载到无人机上的任务载荷。消防无人机的实际应用，有效促进了消防领域向智能灭火阶段的发展。随着消防无人机功能的完善，其应用范围也在不断拓展[4]。

根据消防无人机的功能需求，它通常由无人机飞行平台、成像系统、红外热传感系统、消防救援系统、其他传感系统和无线通信系统等构成，不同功能的消防无人机一般由不同系统模块组成。

1.1 无人机飞行平台

目前，常见的消防无人机飞行平台为多旋翼无人机，如图1 所示。根据消防无人机功能不同、带载能力要求不同，通常使用四旋翼或六旋翼无人机飞行平台。多旋翼无人机的特点是结构简单、稳定性强，可以垂直起降，具有较好的操控性能，易于消防人员掌握飞行技巧，但是由于机身的限制，一般续航和带载能力较弱。在大规模消防行动中，也有无人直升机和固定翼无人机飞行平台的应用。

图1 多旋翼无人机模型

1.2 消防无人机成像模块

消防无人机一般搭载有成像系统，无人机飞行平台的高空视野优势和成像系统实时图像的优势，使得无人机可以应用在消防领域的各个阶段，获取无人机视域内的高清图像及视频信息，实现火灾预防与巡检、火场实时图像展示等功能，为消防事故预防、消防灭火方案制定和危险预警等提供帮助，保护消防人员和设备的安全。

1.3 红外热传感系统

与成像系统不同，红外热传感系统可实时探测火灾现场温度，绘制现场热图，反映现场各区域温度情况[5]。红外热传感系统可以生成所拍摄图像的温度分布热图，比可见光成像系统更容易区分起火点和起火区域等。在火灾救援阶段，可通过红外热传感系统穿透火场烟雾等障碍，直接获得火场的温度热图、火灾现场火势发展情况等关键信息，为火灾的灾情研判和灭火策略制定等提供更准确的信息支撑。在火灾余火清理或灾后救援阶段，红外热传感系统可以准确定位火场高温区域，快速识别火场温度异常情况并及时反馈，防止火灾复发。

1.4 消防救援系统

目前，消防无人机已经在消防救援中得到广泛应用。根据实现功能的不同，消防无人机一般搭载以下消防救援系统。首先，消防灭火设备，如水、泡沫、消防弹等。消防灭火设备的引入，可以使消防无人机直接应用于灭火。无人机飞行平台的升空能力和操控性能，使得消防无人机在城市高楼建筑灭火、危化品火灾处置等阶段有着良好的应用。其次，消防救援物资，如救生衣、食品、药品、呼吸面罩等，为火灾救援人员或火灾受困人员提供生命安全保障。最后，应急通信保障设备、扬声广播设备、探照灯功能等，为消防救援人员或被困人员提供信息支持，发挥通信功能等，提高消防救援效率，降低损失。

1.5 其他传感系统

为了完善消防无人机的性能，扩大无人机在消防救援领域的应用范围，有毒气体检测传感器、三维建模系统等越来越多地应用于消防无人机，为掌握火灾现场情况、了解火灾发展动态等提供更准确的信息。

2 消防无人机的具体应用

2.1 在森林消防中的应用

数据显示，2022 年全国共发生森林火灾709 起，受害森林面积约4 689.5 hm2，因灾死亡17 人，对国家森林资源和生态环境保护等造成了极大影响。相比其他火灾现场，森林火灾具有火灾隐患多、火情发生突然、火灾扑灭困难等特点。随着无人机技术的发展，消防无人机在森林消防中的应用越来越广泛[6]。

2.1.1 日常消防巡查

日常消防巡查是预防森林火灾、保护森林资源、维护生态平衡的重要途径，但是山区森林一般地势陡峭、交通不便，人力巡查费时费力且存在安全隐患。在大型林区，由于树木覆盖，可能存在通信不畅等问题，无法及时反馈巡查结果、回传巡查信息。

通过搭载成像系统和红外热传感系统的消防无人机进行日常消防巡查，可以最大限度提高巡查效率，减小巡查过程中可能存在的安全事故。无人机高空视野好，不受林区地形限制，大大弥补了人工巡查的不足。同时，借助红外热传感系统，可以绘制森林全区热图，及时对温度异常区域进行预警，确保森林防火发现早、预报及时，提高森林防火效率，保护森林安全。

2.1.2 火情侦查及火灾扑救

森林发生火灾时，由于现场情况复杂、火势发展快等，及时准确掌握火情信息能够为灭火物资准备、灭火策略制定等提供极大帮助。但是，由于林区地形复杂，人工进行火情侦查危险度极高，极易发生消防人员伤亡事故。利用消防无人机高清成像系统和红外热成像系统，结合无人机自身的定位系统，可以及时准确地将火灾区域实时情况、火场热图等反馈到消防灭火指挥中心，以便制定合理的灭火方案，提高灭火效率，保障消防人员安全。

随着大载荷消防无人机的发展，无人机被越来越多地应用于灭火扑救，通过投掷消防灭火弹、高空悬停喷水、高空喷洒干粉等进行火灾扑救。尤其是针对火情初发阶段或小范围森林火灾，它能够更加及时、准确、高效地完成消防灭火，降低火灾扑救的各项成本，提高扑救效率。火场明火扑灭后，还可以通过消防无人机的红外热成像系统监控火场温度情况并实时反馈，及时预警温度过高区域，防止火灾复燃。

2.1.3 森林火灾现场的应急照明和中继通信

利用无人机的滞空能力，可以为森林消防现场提供高空应急照明和通信通道等，为森林火灾救援提供技术支持，保障现场的通信条件，保证消防工作的顺利开展。同时，消防无人机还可以通过其灵活的飞行路径和带载能力，为消防灭火现场投放消防物资、生活保障物资等，为消防人员提供保障，改善森林消防灭火条件，为森林消防提供助力。

2.2 在城市高层建筑消防中的应用

随着我国城市化的发展，高层建筑越来越普遍，虽然改善了人们的生活条件，但是高层建筑的消防问题也越来越突出。由于消防车辆举升高度有限、消防员负重攀登能力限制等，高层建筑的消防灭火存在极大困难，越来越多的从业人员开始将消防无人机应用于高层建筑灭火[7]。

与森林消防领域类似，无人机在高层建筑消防中的应用集中在火情侦查和火灾扑灭两个方面。利用消防无人机的升空和滞空能力，快速到达火灾现场，反馈火情实时情况，并通过消防灭火弹、水、干粉等喷射灭火，提高灭火效率，保障消防人员安全，减少火灾损失。

2.3 在危化品存储仓库消防中的应用

随着国民经济的发展，危化品的应用越来越广泛，因危化品泄漏导致的火灾、爆炸等事故带来的人身伤亡和经济损失也越来越严重。因此，将消防无人机应用于危化品仓库的安全巡查和火灾扑救十分必要[8]。

2.3.1 危化品存储容器的安全巡查

危化品火灾事故一般由危化品存储不当或泄漏等导致，因此可通过无人机进行危化品存储容器的安全巡查，利用无人机的高清成像系统得到储存容器的实时图像。同时，可以结合对应气体传感器、红外相机等，得到容器存储区域的危化品浓度，及时对异常情况进行预警，防患于未然。无人机安全巡查设备的应用，不仅可以提高巡查效率，也可以扩大巡查区域，获取人工不易到达或不愿到达的区域的信息，减少巡查过程中的安全隐患。

2.3.2 危化品火灾处置

危化品火灾一般处置困难且极易发生次生灾害，部分危化品火灾现场消防人员不宜接近扑救，因此可利用消防无人机在空中进行有效扑救和处置。消防无人机可以执行火情侦查、火场信息回传等功能，为危化品消防灭火策略的制定提供帮助。与森林消防类似，消防无人机还可以投送灭火物资或提供灭火过程中的通信支持等。

3 消防无人机的发展趋势及推广策略

消防无人机的引入可大大提升消防灭火效率，减少火灾带来的人身和财产损失已成为社会共识。未来，消防无人机的持续发展将继续推动其在各个领域的应用和普及。

3.1 发展趋势

消防无人机作为一种新型工业产品，尽管已经有了较为成熟的应用，但其自身性能仍存在较大的改进空间。性能的完善与优化，将进一步拓展消防无人机的应用领域。

目前，消防无人机的使用仍需要人工进行遥控飞行，传回的图像、视频、温度热图等仍需要人力研判。通过大数据和人工智能等技术的引入，对于既定区域如森林巡防、危化品巡防等，未来可实现自动规划飞行路径、完成飞行任务。对于回传的图像等信息，通过机器视觉等技术优化图像成像效果，可自动识别危险信息并上报。智能化的升级改造，将引领消防无人机真正进入“无人”状态，保证安全巡查的全天候，无须人工介入运行。

消防无人机智能化升级改造还体现在对火情的自动研判和自动生成灭火方案并联动执行层面。根据火灾现场情况，通过人工智能技术可自动完成火情分析，联动消防无人机编队及其他消防人员共同完成消防灭火。

3.2 推广策略

3.2.1 相关专业人才培养

消防无人机作为一种新型工业产品，只有与之相匹配的专业化人才队伍才能充分发挥其性能优势，避免因操作不当造成无人机本身的损失或带来其他次生危害。因此，无人机维护保养、无人机飞手等专业人才队伍的培养，也是消防无人机需要完善和进一步发展的领域。通过完善的人才培养制度，提高消防无人机使用者的业务能力水平，是推广消防无人机的重要途径，也是消防无人机应用于消防领域的重要保障。

3.2.2 消防无人机管理制度的制定与实施

近年来，关于无人机的相关制度、政策法规等越来越完善，但有关消防无人机的具体政策制度仍较为缺失。因此，需要相关管理部门尽快出台管理制度并推广实施，从制度上规范消防无人机的使用，为消防无人机的推广提供政策保障，推动消防无人机的发展进步。

4 结语

消防无人机为消防安全巡查、消防灭火、消防物资投放、消防安全保障等领域带来了新的技术，提高了消防救援效率，保证了消防灭火的顺利实施，减少了火灾造成的人身财产损失。同时，消防无人机在智能化水平、专业人才队伍和管理制度等方面的完善，将进一步发挥消防无人机的功能，推动其在消防灭火领域的应用，创造更多的实际价值。