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消防无人机精准应急救援方案

发布日期:2017-06-30  来源:江苏鸿鹄无人机应用科技有限公司我要投稿我要评论
近些年来,城市消防安全重点单位火灾事故频发,消防应急救援技术及装备的不足无疑加重了事故灾害的损失。

2015年8月12日天津滨海新区瑞海国际物流公司危险品仓库发生爆炸。此次爆炸事故共造成165人遇难、8人失踪、798人受伤,直接经济损失68.66亿元,这其中救援人员的伤亡多达110人。在灭火救援的过程中,指挥人员未能快速、准确的获取着火物质及其周边危险品的种类和数量,导致其难以对火场做出正确的危险预估。在毫无征兆的情况下,短时间内接连发生两次大爆炸,致使救援力量损失惨重。2016年4月22日江苏德桥仓储有限公司储罐区2号交换站发生火灾,1名消防战士死亡,直接经济损失2 532.14万元。在灭火过程中,消防指挥人员未能对火场危险区域进行精准预测,导致一名公安消防战士在灭火救援过程中不幸遇难。上述事故均暴露出我国消防应急救援领域的短板:现有的应急救援技术与装备已不能满足大型火灾事故救援的需要。目前,我国消防应急救援技术与装备方面存在如下问题:

灾害现场信息局限于二维平面化,火场单位消防基本信息包括人员信息、图纸资料等严重缺失。灾情发生时,消防部门很难在短时间内全面摸清受灾区域三维基本信息,从而大大降低了灭火救援的效率。现有的单一二维平面化的消防信息,更加剧了救援黄金时间的流失。

救援人员火场灾变感知能力弱,火场信息侦测手段匮乏。包括火场周围温度场分布、有毒有害气体浓度在内的灾害信息几乎一无所知,救援过程存在极大隐患。信息传输困难,救灾过程中的进攻路线、灭火工艺、人员部署方案的制定存在滞后性,无法做到随着灾变信息及时更新,救援效率大打折扣。

消防指挥人员作战指挥依赖经验,缺乏科学依据。目前消防部队在力量部署、进攻方向、灭火工艺选择等方面极大地依赖灭火指挥人员的个人作战经验,而个人作战经验是在有限的救援作战中积累而成,存在着偶然性和不科学性,并且因时间、成本等条件限制,不能大范围的对火灾重点单位进行火灾预案演练,更限制了消防指挥人员的作战水平。

习总书记在国家安全工作小组会议中谈到:要加强消防、危险化学品等重点领域安全生产治理。要加大对维护国家安全所需的物质、技术、装备、人才、法律、机制等保障方面的能力建设,更好适应国家安全工作需要。中共中央、国务院、中央军委也多次下达文件要求加强应急救援力量建设,资助发展应急救援技术。

为了让消防救援人员准确、有效地获得建筑基本情况,及时制定可靠的应急救援方案,提高消防指挥人员作战指挥水平和消防队的灭火救援能力,最大程度的降低火灾造成的人员伤亡和财产损失,迫切需要构建一套三维可视化的应急救援系统,于是有了这个作品,基于GIS与无人机的三维智能消防应急救援系统。

本系统基于无人机技术、GIS三维建模技术、火灾动力学模型、消防作战理论,研发了一款三维智能消防应急救援系统。它能够实现城市建(构)筑物的快速三维建模,火场灾变信息的全方位实时侦测。与此同时,该系统还添加了预案演练和沙盘推演等模块,可以辅助救援指挥决策人员制定出一套针对性强、效率高、安全系数大的灭火救援策略,提升消防队伍的灭火作战效率,在火场中为人民和消防员的安全保驾护航。

团队以消防安全重点单位为研究对象,为解决火场信息缺失、灾害信息探测手段不足、指挥决策缺少科学依据等问题,设计了一种新型消防应急救援系统。该系统以建(构)筑物的GIS三维模型为基础,以火灾模型与消防作战理论为主体,并且对接了无人机监测信息与消控室物联网,实现了接警、出警、火场信息获取、指挥决策、力量部署的辅助功能,推动了智能化应急救援的发展。

本系统是基于三维GIS建模技术、无人机技术、火灾动力学模型、应急救援理论等先进技术,开发出的一套三维智能消防应急救援系统。系统总体思路如下:

(1)实现城市消防安全重点单位的三维可视化。引入地理信息系统(GIS)三维建模技术,通过无人机挂载倾斜相机对地表物、特征点快速有效的覆盖并且基于图形运算单元GPU的后处理三维建模技术,实现快速、简单、全自动的三维建模,建立了城市消防区域和消防重点单位的三维模型,并且实现了三维模型的快速直接测量。

(2)构建灾害现场实时监测系统。实现消防控制室实时监测信息的对接,包括视频监控信息、火灾联动报警信息、水灭火系统装备信息;实现无人机采集灾情信息的实时传输,包括火场的温度分布信息、有毒有害气体浓度分布信息。

(3)搭建可控虚拟火灾模型与救灾模型。开发沙盘演练与预案演练功能模块,建立人车三维封装模块,既能用于战时指挥也能用于常时演练。基于火灾动力学模型与3D技术开发三维虚拟火灾模型。依据消防救援理论与三维虚拟火灾模型智能划定的危险区域范围,实现救援力量的科学合理部署,做到消防救援有据可依。

依据上述思路,提出了本系统构成及基本原理,如下图所示:

消防无人机精准应急救援方案

(1)无人机搭载倾斜相机对大型建(构)筑物进行高清拍摄,将拍摄高清图片导入Smart 3D生成软件可调用的三维模型基本图层文件。将图层文件导入至软件中,通过3D引擎驱动实现三维模型在软件中的三维漫游。

(2)无人机搭载有毒有害气体分析仪与三光吊舱,对地面灾害现场进行监测。实时采集灾害现场的高清画面、红外热成像以及有毒有害气体浓度等数据,通过4G网络实时传输到地面服务器,供用户进行实时调取。

(3)设计人车三维封装模块,实时接收位置信息与状态信息。明确灾害现场救援力量布局,并做到对于人车装备的实时调度部署。

(4)应急救援软件对接事故现场消防控制室信息,实现对灾害现场视频监控信息、联动报警信息、主动灭火设备信息等消防物联网信息的实时接收。

(5)将火灾理论模型开发为软件代码。利用经典池火模型Thomas经验公式、点火源计算法、Mudan计算法编写出用于确定人员安全距离与罐区危险范围的程序,并且实现火灾理论模型在软件中的三维展示。系统内嵌油灌厂区火灾救援理论。依据所划定危险范围,科学化部署救援力量,辅助制定救援决策。

(6)应急救援软件嵌套整套科学救援流程。软件将从消控室警报、消防队接警、出警、火场信息获取、消防救援力量部署这一系列的科学救援决策流程转变为功能模块,辅助消防人员开展每一步的救援工作,提供指挥便利,提高作战能力。


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标签:  消防无人机
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