无人机技术助力消防应急通信保障的实践研究

摘要：在传统应急救援场景中，消防应急通信容易出现信号覆盖不全、设施抗毁性较弱等问题。无人机技术具有机动灵活、快速部署的独特优势，能够为消防应急通信提供有力保障。文章以消防应急通信的核心痛点分析为切入点，构建以无人机技术为核心的消防应急通信保障体系，通过全面协同无人机、边缘计算、AI等技术手段，实现火情识别、人员定位和通信调度的协同联动，为消防应急通信保障提供可行的实践方案。

关键词：无人机技术；消防应急通信；消防队伍；通信中继；智能调度

引言：消防应急通信是火灾扑救和应急救援的“生命线”，会对救援决策的及时性、准确性和救援行动的安全性、有效性产生直接影响。近年来，灾害事故呈现出复杂性、突发性和破坏性增强的特点，这对消防应急通信保障提出了更高要求。无人机技术具有机动响应速度快、部署范围广、搭载能力强等优势，能够有效突破传统地面通信的空间限制，为消防应急通信提供有力支持。本文首先简要分析了消防应急通信的核心痛点，然后提出了无人机技术的应用路径，以供参考。

一、消防应急通信的核心痛点分析

（一）灾害现场通信覆盖不全面

随着社会的高速发展，火灾、自然灾害场景日渐多样，通信信号问题也随之突出，在高层建筑火灾、地下空间火灾、森林火灾等场景中，通信信号问题时常成为制约消防队伍灭火救援的关键因素。以森林火灾为例，很多森林火灾的火场周边均为地形复杂的偏远山区，地面通信基站间距较大，信号覆盖本就薄弱，火灾产生的高温和冲击波还容易对基站的铁塔、光缆等设施造成破坏，导致火场核心区及周边成为通信盲区。通信中断对消防救援工作开展造成极大阻碍，不仅影响指挥中枢与一线救援人员之间的信息互通与协同配合，还会导致救援指令传递滞后、现场情况反馈不及时，进而降低救援调度效率，可能延长被困人员受困时间，尤其在山区等复杂地形中，会显著影响救援进度与成功概率。

（二）通信设备抗毁性和机动性不足

传统的消防应急通信体系一般以固定通信基站、卫星电话和车载通信电台三大类设备为核心，但在灾害极端场景下，这些设备均暴露出一定的短板。

其中，固定通信基站是地面通信的核心枢纽，其铁塔、机房等基础设施的抗毁性较弱，很容易受到地震、爆炸等灾害的冲击，出现基站铁塔倒塌、机房设备烧毁或进水等问题。基站的修复工作则需要专业团队现场抢修作业，恢复周期较长，可能会影响灾害救援的黄金窗口期。卫星电话容易受到通信带宽和环境的干扰，存在信号稳定性差、数据传输能力弱、终端便携性不足等现实问题。通信车、指挥车的车载通信电台则容易受到地形、道路条件的限制，其搭载的微波通信设备需要视距传输，如果灾害现场为高层建筑密集区或山区，很容易出现信号遮挡问题。此外，通信车车身庞大，很难行驶在狭窄街道、坍塌路段和山区窄路。

（三）多源信息融合和智能调度缺失

现代化的消防救援已进入了精细化指挥阶段，这一阶段对多维度、实时化的信息需求极为迫切。其不仅需要基础的建筑信息、地形地貌数据、气候条件数据，更需要清晰的现场视频、温度数据、气体浓度监测、人员位置信息等等，这样才能为指挥人员制定科学合理的救援方案提供支持。但当前的消防应急通信系统存在数据采集维度单一、数据处理能力薄弱、数据联动性缺失等短板，数据采集和应用效能不足，无法实现多源信息的有效融合，使得指挥人员只能依靠碎片化信息进行判断，难以全面掌握火场态势，不仅有可能导致资源调度出现偏差，还可能因战术决策失误增加救援人员的安全风险，制约救援效能的提升。

（四）能源供给持续保障困难

在各类灾害的现场，均有可能出现断电的问题，这会直接导致地面通信设备陷入“能源荒”。当前消防队伍所使用的消防应急通信设备，如对讲机、单兵图传、宽窄带基站、卫星电话等，均依赖锂离子蓄电池供电。这类电池的续航时间普遍较短，仅能满足短时间的救援需求。但针对复杂环境或重大灾害，其救援周期往往较长，单一蓄电池的能源供给完全无法覆盖全程。尽管柴油发电机或汽油发电机可作为备用能源使用，但这类设备自重大、运输部署难，安全风险高、易诱发风险，运维成本也相对较高。能源的供给和持续保障上的困境会对消防应急通信产生较大的负面影响。

二、无人机技术适配消防应急通信的实践方案设计

针对当前消防应急通信中存在的痛点，无人机技术可提供有力支持。无人机具有机动灵活、抗毁性强、智能高效等突出优势，能够搭载多样化的功能模块，充分满足消防救援队伍在通信中继、现场侦察、数据处理和能源补给等方面的需求，形成高效、可靠、持久的消防应急通信网络。

（一）无人机通信中继系统

通信中继是消防应急通信中的关键环节，也是无人机技术应用的重点。传统地面通信基础设施容易受到损毁，导致通信信号中断。无人机可搭载通信中继设备，快速构建临时通信链路，实现通信信号的补盲和延伸。

其具体的技术实现较为简单，消防队伍可利用无人机搭载微波中继模块、5G/4G通信模块、卫星通信终端等通信中继设备。其中微波中继模块适用于短距离、高带宽的信号传输，能够有效满足消防队伍中的高清视频回传和语音通信需求；5G/4G通信模块需要依托公网基站，因此适用于城市和有公网覆盖的区域的应急通信需求，能够实现广域范围内的多终端互联互通；卫星通信终端则适用于无公网覆盖的偏远区域，如森林、山区、海岛等，消防队伍可以借助卫星链路实现远距离通信，但存在时延较高、带宽有限等问题。

在无人机通信中继系统设计中，续航不足与电磁干扰是制约消防救援通信保障效能的核心瓶颈，需结合实战场景采取针对性解决方案。第一，续航问题。续航是无人机的一大短板，无人机所使用的电池续航能力有限，多数普通无人机仅能续航数十分钟至数小时。对此，我么可以采用“系留供电+多机轮换”模式。优先选用系留式无人机搭载通信中继设备，通过地面电缆实现持续供电，搭配大功率锂电池模块，可满足24小时不间断滞空需求，如“8·20”葫芦岛建昌洪涝灾害中，系留无人机凭借地面持续供电，长时间覆盖重灾失联区域。同时建立多机轮换机制，配备2-3架备用无人机，按任务时段交替升空，避免单设备长时间作业损耗，保障通信覆盖无间断。第二，电磁环境问题。火灾环境中常见电磁干扰现象，对此，可采用一定的保障机制进行防护。可以尝试推行“专用设备+双模备份+智能抗扰”。设备层面选用消防专用抗干扰通信模块，搭载跳频扩频技术，规避火场电气燃烧、电磁脉冲等干扰；链路层面采用“370MHz超短波+卫星通信”双模配置，单一频段受扰时自动切换备用链路。同时融入智能频谱感知技术，实时监测火场电磁环境，动态调整通信频段与功率，如高层建筑灭火场景中，可快速规避电梯井、金属构件等造成的信号屏蔽，确保指令精准传递。

（二）多源信息采集和处理模块

无人机技术不仅能够满足灾害现场的应急通信需求，还能够为现场指挥部、后方指挥中心提供环境、人员、结构等多维度的数据信息，为指挥决策的制定提供数据支持。

例如，无人机上可搭载高清可见光相机，捕捉火场内部的火势蔓延细节，在拍摄过程中，无人机可利用宽动态范围技术，有效抑制火场强光和阴影的对比度，避免图像出现过曝或欠曝现象，确保相机在浓烟、火焰交织的复杂光线条件下仍然能够拍摄出清晰可辨的画面。无人机上可搭载红外热成像仪，红外热成像仪能够探测-20℃至1500℃的温度环境。在低温端，热成像仪能够识别出被困人员呼吸时的热气流轨迹；高温段则能够精准捕捉火焰核心区温度分布，并利用伪彩色编码技术将温度分布转化为热力图，帮助指挥人员快速了解火势最强区域和隐藏的火点，制定合理的指挥决策。无人机可搭载气体传感器模块，这一传感器能够测量CO、H2S、O2、可燃气体等火灾现场关键气体参数，当有毒有害气体浓度超过预设阈值时，传感器将自动触发预警信息并回传至指挥部。无人机还可搭载激光雷达，激光雷达能够实时扫描火场环境，并构建火场的三维地形模型，不仅能够还原坍塌建筑的废墟结构，还能计算出救援通道的宽度、高度等关键参数，为救援人员开辟安全路径提供有力的数据支撑。而在森林火灾场景中，激光雷达还可用于测量植被的高度和密度，辅助消防人员判断火势蔓延的潜在通道。

在多维数据采集和回传的过程中，海量数据传输和窄带宽通信链路之间会存在一定的冲突和矛盾，对此，消防队伍可在无人机平台上部署轻量化的边缘计算节点，将实时采集的数据经由节点进行本地化处理，然后仅传输关键信息、异常数据给指挥中心，这一模式将更加高效，且不会造成过多的带宽占用。

（三）智能调度和协同控制平台

无人机技术在灾害现场能够构建起消防应急通信的可靠链路，而在后端，消防队伍要依托GIS等技术手段，搭建无人机应急通信调度平台，形成多维度管控体系，实现对无人机集群的协同控制和任务分配。

平台的构建可采用B/S架构设计，支持PC端、移动端等多终端的访问，应用界面主要涵盖四大功能模块：

1.态势总览模块

态势总览模块能够以高精度的电子地图为底图，并支持无人机夯击、通信覆盖范围、火场态势等信息的叠加和实时更新。指挥人员可以借助这一模块全局性掌握救援现场的实施情况，利用现场数据信息制定可靠的指挥决策。

2.设备管控模块

设备管控模块能够实时监控无人机集群的飞行参数、载荷状态、通信链路质量等关键参数，一旦某项参数超过预设阈值，系统会自动触发告警并弹窗提示，以便消防人员及时调整操控指令或将该无人机召回。

3.任务调度模块

任务调度模块可实现任务的自动分配或人工手动分配。自动分配模式是指消防人员预设若干无人机任务分配规则，如通信覆盖盲区优先补位、高优先级任务优先执行等，系统可根据预设规则智能分配任务资源；人工手动分配模式则是指消防人员可利用手动操作的方式向指定无人机下发侦察、中继、物资投送等任务，无人机在接到任务后，将优先执行手动分配的任务。

4.数据分析模块

数据分析模块提供多样化的数据分析功能，如历史数据回溯、救援效能统计等，还能够自动生成通信覆盖时长、人员定位准确率等关键指标报表。指挥人员可查阅各类数据信息，并根据实时情况模拟不同部署方案的效果，通过对比分析的方式选择最优方案，合理调整无人机部署。

（四）智能模块拓展

消防队伍还可将智能技术引入无人机通信平台之中，为消防救援工作提供更加有力的支持，提升应急通信的智能化水平。

1.基于AI的火情动态预测和通信资源调度

消防队伍可将无人机集群采集的多维度动态数据融入到AI智能算法之中，搭建火情预测模型，对火势的蔓延方向进行精准预判，从而合理调度通信资源。

在模型构建上，消防队伍要纳入火场环境参数、地理特征参数、历史案例数据等关键信息，并利用时空序列预测、注意力机制等深度学习算法，提取火场空间特征和火势随时间变化的动态规律，对火势蔓延路径开展精准预测。在结果应用上，消防队伍要借助模型的预测结果，制定“通信资源—火情态势”的动态匹配调度策略。指挥人员可以将热力图、火势蔓延预测和当前无人机通信覆盖区进行空间比对，识别未来一定周期内的通信盲区，并依托-means聚类算法，将需要补位的区域标注出来，生成无人机调度方案。相较于传统的部署模式，这种事前预测和提前调度的模式能够有效避免通信滞后对搜救的延误。

2.无人机组网的自组织和自修复

消防队伍还可利用深度强化学习来构建无人机组网智能决策算法，实现对通信节点的动态自组织部署和故障自适应修复。

这一智能决策算法可纳入最大化通信覆盖面积、最小化节点间干扰、保障关键区域链路连通性等目标，将每架无人机当做智能体，依托网络整体状态、无人机位置调整、通信参数配置作为条件，设计多目标奖励函数，从而生成最优组网策略。

当某个节点出现异常情况时，系统会根据分级响应机制自动启动应对。以常见的电量不足为例，系统可评估当前的通信负载，如负载较低，则直接调度备用无人机接替；若负载较高，则先进行分流，然后再执行接替流程。

三、结语

无人机技术能够有效应对消防应急通信中长期存在的痛点问题，构建起“空天地一体化”的无人机通信保障体系，有效解决灾害现场中存在的通信覆盖不足、设备机动性差等问题。消防队伍要进一步加强对无人机技术以及其他智能化技术的应用探索，构建起智能化的应急通信模式，实现通信资源的智能调度和多源数据的实时融合，为消防应急通信保障提供高效、可靠的技术路径。

参考文献：

[1]杨哲. 消防通信与消防无人机协同作战的应用研究与实践[J].中国新通信,2024,26(19):10-12.

[2]赵强. 无人机在消防灭火救援通信中的作用[J].消防界(电子版),2022,8(18):57-59.

[3]邵磊. 消防应急通信保障体系构建研究[J].中国新通信,2024,26(03):10-12+15.

[4]张波. 无人机在消防救援中的科学运用[J].今日消防,2023,8(02):17-19.

[5]贾恩海. 无人机技术在消防通信中的应用分析[J].今日消防,2024,9(07):36-38.