消防装备：无人机在消防通信中的应用

近年来，随着飞控系统的开源、配套技术的进步以及市场需求的增加，无人机在各领域的应用得到快速发展。目前，无人机在各级消防救援单位均得到不同程度的配发，但其使用仍存在诸多问题：一是无人机专项培训较少，基层通信人员缺乏系统全面的无人机培训；二是无人机的功能应用较为狭窄，目前主要集中于航拍侦察，缺乏进一步的深度应用；三是通信组网混乱，与现场通信指挥车、远程通信指挥中心等通信模块连接不畅，信息共享有待提升。结合上述无人机应用过程中存在的问题，笔者旨在从理论阐释和实证研究的角度解决相关的问题，规范现场无人机通信组网流程，从而提升无人机在灭火救援中的应用水平，对实际操作具有一定的借鉴与参考价值。

1 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。

1.1 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。

1.2 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。