无人机三维建模在复杂火场重构中的应用研究

复杂火场具有火势蔓延迅速、现场环境恶劣、危险因素众多等特点，给消防救援工作带来了极大的困难。及时、准确地获取火场内部信息，对于制定科学合理的救援方案、保障救援人员安全以及提高救援效率至关重要。传统的火场信息获取方式，如人工勘查、地面传感器监测等，存在获取信息有限、时效性差、危险性高等问题。无人机三维建模技术的出现，为复杂火场重构提供了一种全新的、高效的解决方案。

一、复杂火场重构的意义与挑战

（一）意义

复杂火场重构能够直观地呈现火场的三维空间结构，包括建筑物的布局、火势蔓延的范围、障碍物的分布等信息。这有助于消防指挥人员全面了解火场情况，合理调配救援力量，制定针对性的救援策略。同时，对于救援人员而言，提前了解火场内部环境可以降低进入火场的风险，提高救援行动的安全性。

（二）挑战

复杂火场环境复杂多变，存在高温、浓烟、强电磁干扰等因素，对数据采集设备的性能和稳定性提出了很高的要求。此外，火场内部结构复杂，可能存在建筑物倒塌、通道堵塞等情况，增加了数据采集的难度。而且，为了实现火场的实时重构，需要快速、准确地处理大量的三维数据，这对数据处理算法和计算能力也是一个巨大的挑战。

二、无人机三维建模技术原理与关键环节

（一）技术原理

无人机三维建模技术主要基于摄影测量和计算机视觉原理。通过无人机搭载的高分辨率相机或激光雷达等传感器，从不同角度对火场进行数据采集，获取火场的多视角图像或点云数据。然后，利用特定的算法对这些数据进行处理和分析，提取出场景中的特征点，通过特征匹配和三角测量等方法计算出特征点的三维坐标，最终构建出火场的三维模型。

（二）关键环节

在火场环境建模工作中，有几个关键环节需重点关注。首先是无人机平台选择，这需紧密结合火场环境特点与建模需求。无人机的载重能力、续航时间、飞行稳定性以及抗干扰能力等都是关键考量因素。例如，在复杂多变的火场环境中，为确保能顺利完成数据采集任务，应优先挑选具备良好防护性能且续航时间较长的无人机，以此保障其在恶劣条件下仍能稳定作业。其次是数据采集方法，倾斜摄影测量与激光雷达扫描是常用的两种手段。倾斜摄影测量借助无人机搭载多个不同角度的相机，同步获取地面垂直与倾斜影像，能迅速获取丰富的纹理信息，为建模提供基础数据。激光雷达扫描则是通过发射激光束并测量反射光时间来获取目标物体距离信息，具有高精度、高效率的特点，尤其适用于对火场内部结构进行细致探测，为准确还原火场情况提供有力支持。最后是三维建模算法，当前常用的有基于特征匹配的算法和基于深度学习的算法。前者通过提取图像特征点并匹配不同视角图像中的特征点来构建三维模型，后者则利用神经网络自动学习图像特征与三维结构信息，具有更强的适应性与准确性，为火场三维建模提供了坚实的技术保障。

三、无人机三维建模在复杂火场重构中的应用方式

（一）火场态势感知

无人机三维建模可以实时构建火场的三维模型，直观地展示火势的蔓延趋势、烟雾的扩散范围以及火场内部的温度分布等信息。消防指挥人员可以通过查看三维模型，快速了解火场的整体态势，及时发现潜在的危险区域，为救援决策提供有力支持[1]。

（二）救援路径规划

基于构建的三维火场模型，可以利用路径规划算法为救援人员规划出安全、高效的救援路径。考虑到火场内部的障碍物、危险区域以及救援目标的位置，规划出的路径能够最大程度地避开危险，提高救援行动的成功率 [2]。

（三）火场模拟与预测

结合气象数据、建筑物结构信息等，利用三维火场模型可以进行火场模拟与预测。通过模拟火势在不同条件下的蔓延过程，预测火场的发展趋势，为提前制定应对措施提供依据[3]。

四、无人机三维建模在复杂火场重构中的应用优势

（一）高效性

无人机具有灵活机动的特点，能够快速到达火场并展开数据采集工作。

相比传统的数据采集方式，大大缩短了信息获取的时间，能够及时为救援决策提供支持。

（二）安全性

无人机在火场救援中能发挥重要的安全保障作用。它无需救援人员进入危险区域，凭借自身优势便可完成数据采集任务。如此一来，救援人员不必直接暴露于高温、浓烟等恶劣环境，生命安全得到了切实有效的保障。

（三）全面性

无人机三维建模在火场信息获取上优势显著。借助多视角数据采集方式，它能够全面覆盖火场，精准获取建筑物内部结构细节，还能洞察隐蔽区域的火情态势。这些全方位信息，为救援人员制定科学救援方案提供了更全面、可靠的参考依据。

五、应用中存在的问题与未来发展方向

（一）存在的问题

无人机三维建模在复杂火场重构应用中面临诸多问题。数据精度与完整性方面，复杂火场内烟雾弥漫、高温肆虐，这些恶劣因素会对传感器性能产生干扰，致使采集到的数据出现精度误差，甚至部分数据缺失，进而拉低三维模型质量。实时性上，尽管无人机数据采集迅速，但三维建模涉及的数据处理与模型构建环节耗时较长，难以契合火场救援对实时性的严苛需求。通信与协同领域，复杂火场环境可能干扰无人机与地面控制站的通信，影响数据传输和指令下达；多架无人机协同作业时，任务分配与数据融合等问题也亟待解决。

（二）未来发展方向

未来，无人机三维建模在复杂火场重构领域将聚焦多方面发展。在数据层面，致力于研发更先进的传感器与数据处理算法，以提升传感器在火场恶劣环境下的性能表现，增强对采集数据中缺失部分的修复与补充能力，提高数据精度与完整性。在实时性方面，通过优化三维建模算法，并运用并行计算、分布式处理等技术手段，加速数据处理与模型构建进程，力求实现更接近实时的火场重构。同时，加强通信与协同能力，研发抗干扰性更强的通信技术，构建高效的多无人机协同作业机制，达成无人机间的信息共享与任务协同。

六、结论

无人机三维建模技术在复杂火场重构中具有重要的应用价值，能够为消防救援工作提供全面、准确、实时的火场信息，提高救援效率和安全性。尽管目前该技术在应用中还存在一些问题，但随着技术的不断发展和完善，相信其在复杂火场救援领域将发挥越来越重要的作用。未来的研究应着重解决数据精度、实时性和通信协同等方面的问题，推动无人机三维建模技术在复杂火场重构中的广泛应用。

参考文献

[1] 桑东升. 消防无人机在城市灭火救援中的应用 [J]. 今日消防, 2025,10 (02): 43-45.

[2] 张壮 . 无人机通信技术在火场监测与救援中的应用 [J]. 今日消防 ,2024, 9 (12): 37-39.

[3] 张晶 . 灭火救援中无人机的优势与应用 [J]. 消防界 ( 电子版 ), 2022,8 (23): 76-78.