消防無人機的應(yīng)用助力消防滅火救援工作

毛勇忠 徐剛 丁晨

[摘 要] 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，無人機的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，在我國交通管理、搶險救援、媒體錄制、消防滅火等領(lǐng)域得到了較大的應(yīng)用，其中無人機在消防領(lǐng)域的應(yīng)用潛力較大。在處置高層建筑火災(zāi)、化學(xué)危險品泄漏以及洪澇等自然災(zāi)害事故中，因消防員無法靠近或進入到災(zāi)害事故現(xiàn)場，一定程度上影響了救援工作，使消防部隊面臨著嚴峻的考驗。文章即是對無人機在消防滅火救援工作當(dāng)中的運用進行研究，探討了無人機的原理和技術(shù)優(yōu)勢，同時對其在消防滅火工作中的實際應(yīng)用進行了闡述，并說明了未來我國消防工作對無人機技術(shù)的應(yīng)用要求。

[關(guān)鍵詞] 無人機；消防；滅火救援

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 23. 074

[中圖分類號] TU998；V294.2 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）23- 0176- 03

1 引 言

在我國各領(lǐng)域信息化建設(shè)飛速發(fā)展的形勢下，數(shù)字城市、數(shù)字油田、數(shù)字消防等數(shù)字化建設(shè)進程明顯加快，并已經(jīng)取得一定的成果。無人機技術(shù)的開發(fā)已經(jīng)經(jīng)歷了近十年的時間，在各行各業(yè)當(dāng)中都發(fā)揮著重要的推動作用，尤其近幾年在消防無人機技術(shù)領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展，如何有效、快速、準確地開展這項工作就成為現(xiàn)代消防工作的主要研究課題，以便進一步保證廣大群眾的生命安全。

2 無人機是什么

無人機是無人駕駛飛機的簡稱（Unmanned Aerial Vehicle），是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機，包括無人直升機、固定翼機、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機。廣義地看也包括臨近空間飛行器（20～100公里空域），如平流層飛艇、高空氣球、太陽能無人機等。從某種角度來看，無人機可以在無人駕駛的條件下完成復(fù)雜空中飛行任務(wù)和各種負載任務(wù)，可以被視為“空中機器人”。

3 消防無人機的工作原理

消防無人機工作的主要原理在于利用直升機旋翼的空氣動力學(xué)原理，使得無人機能夠?qū)崿F(xiàn)直升直降，隨時空中停留，飛行角度自由靈活，一般由飛機平臺系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)組成。利用搭載的視頻攝像頭還可以對周圍環(huán)境圖像進行捕捉，無線圖像傳輸功能將環(huán)境圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲僮髋_和監(jiān)控器上，借以實現(xiàn)人工遠程操作的目的，同時，彌補了衛(wèi)星遙感經(jīng)常因云層遮擋獲取不到影像缺點，解決了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感重訪周期過長，應(yīng)急不及時等問題（如圖1所示）。

4 我國現(xiàn)代無人機技術(shù)的優(yōu)勢

4.1 靈活的機動性

我國目前應(yīng)用較廣的無人機均為輕小型無人機，其一般重量均在116千克以下，僅需要1～2 個人操作即可完成。在道路不暢或環(huán)境較為復(fù)雜的地區(qū)，可以采用徒步攜帶的方式，并且起飛條件無要求，在各地形都可以升空，甚至可以利用手掌作為支點升空。在飛行過程中，其機體飛行方向容易掌握，轉(zhuǎn)彎的半徑較小，機動性極強，反應(yīng)靈敏，可以配合周圍環(huán)境變換不同的飛行角度。

4.2 開闊的視野范圍

無人機上一般會攜帶廣角攝像機，這一設(shè)備主要就是對周圍環(huán)境畫面進行捕捉，部分無人機搭載的攝像頭為360°旋轉(zhuǎn)，而部分則可同時搭載數(shù)個攝像頭，完成無死角觀察，尤其是在低空飛行時，其攝像頭的分辨率極高。在特殊環(huán)境下，例如洞穴、坍塌房屋、夜間等，還可以為攝像頭配備紅外夜視裝置，使其能夠在不同的環(huán)境當(dāng)中完成搜救和搶險的工作。

4.3 搜救的可靠性

在傳統(tǒng)搜救技術(shù)下，面對暴雨、高溫、泥石流等惡劣天氣，或者含有劇毒氣體、易爆、易坍塌等現(xiàn)場時，其搜救效率極低。而無人機則可以不懼這些惡劣因素的影響，全天候?qū)λ丫痊F(xiàn)場進行觀察，并且完全保證了搜救人員的安全。

4.4 操作的智能化

這幾年各種無人機廠商讓一鍵起飛、降落、返航、巡航這些功能逐步實現(xiàn)。2016年3月1日，國內(nèi)某知名無人機廠商在美國紐約舉行新品發(fā)布會，發(fā)布了精靈系列新品無人機，首次加入的“障礙感知”、“智能跟隨”、“指點飛行”三項創(chuàng)新功能成為最大亮點，讓無人機真正地與人工智能進行了結(jié)合。

環(huán)境感知與避障（見圖2）：前視障礙物感知系統(tǒng)集成先進的傳感器與計算機視覺技術(shù)，讓無人機具備了感知和主動避障能力。全新視覺下視定位系統(tǒng)有效距離達10米，比上一代提升3倍以上，讓你在室內(nèi)等無GPS信號的環(huán)境下也能精準懸停、穩(wěn)定飛行。

視覺追蹤（見圖3）：先進的圖像識別技術(shù)讓無人機成為你的個人攝影師，它能識別和追蹤相機畫面中的拍攝對象，并將其鎖定在畫面中央。輕推搖桿就能實現(xiàn)環(huán)繞，或者拖動跟隨對象重新構(gòu)圖，航拍更加靈活便捷。

指點飛行（見圖4）：無須掌握熟練的飛行技巧也能隨心飛行，只需點擊屏幕，無人機就能向你選擇的方向自主飛行，并自動繞開障礙。通過系統(tǒng)平臺或返航鍵，還能實現(xiàn)避障返航，讓飛行器更安全地返回你身邊。

5 無人機技術(shù)在消防滅火救援中的應(yīng)用

5.1 災(zāi)情偵查的應(yīng)用

在地震、洪澇或火災(zāi)等災(zāi)情發(fā)生時，無人機可以無視地形、環(huán)境等條件開展偵查工作，尤其是對于一些危險性較高的災(zāi)害區(qū)域，人員不能進入，偵查根本無法有效開展，就必須借助無人機迅速展開偵查，第一時間查出災(zāi)害事故的主要原因，以便指揮員做出正確決策。能夠有效規(guī)避人員傷亡，既能避免人進入有毒、易燃易爆等危險環(huán)境中，又能全面、細致掌握現(xiàn)場情況。

同時，無人機本身配備有高效數(shù)據(jù)傳輸功能，對于災(zāi)害先創(chuàng)的各項數(shù)據(jù)都能夠準確傳輸回操縱臺，即便是進入到充滿毒氣和易爆物品的環(huán)境當(dāng)中，其偵查效果也不會受到任何影響。另外，無人機上還可以搭載溫度測量、風(fēng)速測量等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可以對災(zāi)害現(xiàn)場進行量化分析。

5.2 災(zāi)情監(jiān)控的應(yīng)用

在通常情況下，重大災(zāi)害的現(xiàn)場情況瞬息萬變，如果不能夠及時獲得有效的數(shù)據(jù)，就可能會延誤救援時機或造成救援失誤等情況。利用無人機進行災(zāi)情現(xiàn)場的實時監(jiān)控追蹤，將災(zāi)害現(xiàn)場的變化情況實時反饋回控制中心，提升指揮員對消防員的高效部署，便于各級指揮部及時掌握動態(tài)災(zāi)害情況，從而做出快速、準確的對策，最大限度地減少災(zāi)害損失（如圖5所示）。

5.3 輔助救援的應(yīng)用

無人機在攜帶和使用當(dāng)中具有極強的靈活性，除了其飛行操作靈活性以外，無人機上可搭載的設(shè)備種類也比較豐富，除了常規(guī)的攝像頭、擴音設(shè)備、語言通話等設(shè)備，方便指揮員對現(xiàn)場救援人員發(fā)布命令，還可搭載救生衣、救生圈、泡沫彈進行空投、輔助搭建水上索道（空中索道）、高山搜索可搭載紅外設(shè)備等，進行輔助滅火救援的災(zāi)害處理。

同時，無人機在對現(xiàn)場地形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)搜集之后，指揮中心人員就可以為救援人員選擇一條最合理的救援和逃生通道，并指揮相關(guān)人員按照通道進行逃離，確保了救援人員和被困人員的生命安全。

6 未來消防滅火救援工作對于無人機技術(shù)的應(yīng)用要求

6.1 對抗自然環(huán)境的要求

在消防滅火救援工作當(dāng)中，其災(zāi)害現(xiàn)場變化速度較快，同時較為復(fù)雜，尤其是火災(zāi)和地震現(xiàn)場，其環(huán)境復(fù)雜程度極高，各種因素都有可能導(dǎo)致災(zāi)害擴大。無人機的技術(shù)必須滿足未來搶險救災(zāi)工作的需求，首先就必須要保證其穩(wěn)定性，對于風(fēng)、雨、高溫和爆炸的抵抗能力也必須提升，做到6～7級風(fēng)下穩(wěn)定作業(yè)、陣風(fēng)8級可以維持，并且完全防雨雪，適應(yīng)溫度-20℃～60℃，這樣就能夠提升無人機在災(zāi)害現(xiàn)場的使用效率，同時提升其抗煙霧能力，提高攝像機的分辨度和可視距離，避免火場濃煙造成的視野受阻，影響救災(zāi)工作開展。

6.2 對兼容性的要求

未來發(fā)展過程中，要滿足裝備和技術(shù)操作的便捷、全面性，應(yīng)大力增加無人機搭載的技術(shù)含量，同時做好技術(shù)兼容開發(fā)。這樣在不同軟件支持的設(shè)備搭載時才能夠表現(xiàn)出最佳的應(yīng)用效果，使得溫度測量、風(fēng)速測量、語音設(shè)備、坐標(biāo)定位等的操作更加快速、準確，減少輔助系統(tǒng)對于主系統(tǒng)的干擾，使無人機的系統(tǒng)集成更加全面，處理能力進一步提升。

6.3 對操作人員的要求

近年來，無人機在我國作為新興科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，無人機的使用也日趨大眾化，國家對于無人機的飛行管理逐步提出要求。2015年12月民航局發(fā)布《輕小型無人機運行（試行）規(guī)定》，無人機首次擁有自己的“交通法規(guī)”。現(xiàn)在“交通法規(guī)”配合“駕駛員規(guī)定”，使無人機的政策規(guī)定更加全面。同時規(guī)定無人機駕駛員資質(zhì)及訓(xùn)練質(zhì)量管理由中國航空器擁有者及駕駛員協(xié)會（簡稱中國AOPA）負責(zé)，這意味著無人機駕駛必須“持證上崗”。據(jù)了解，首家無人機培訓(xùn)中心落戶合肥。

所以，未來我國消防部隊訓(xùn)練當(dāng)中，應(yīng)加入無人機技術(shù)訓(xùn)練課程，要求操作人員必須“持證上崗”，并能夠熟練掌握無人機的日常維護、使用方法等技術(shù)，制定系統(tǒng)化的培訓(xùn)體系，形成具有我國特色的消防救災(zāi)無人機隊伍，提高救災(zāi)效率。

6.4 對載物能力的要求

考慮到無人機今后不僅要搭載音視頻設(shè)備，還可能承載滅火劑、運輸救援器材直接參與到滅火救援工作中，最大限度提高滅火救援效率，所以應(yīng)盡可能地提升無人機的載物能力，以滿足今后的發(fā)展需要。

6.5 對續(xù)航能力的要求

目前，市面上的無人機主要采用鋰聚合物電池作為主要動力，續(xù)航能力一般在20分鐘至30分鐘之間，冬季不超過15分鐘。這是無人機發(fā)展一個致命的短板，大大限制了消防無人機的整體發(fā)展，若要促進消防無人機的良性發(fā)展，解決無人機電池續(xù)航能力問題迫在眉睫。據(jù)了解，國外一些廠商正在逐步研究燃料電池、太陽能電池等續(xù)航久的電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋰電池，從而提高無人機的續(xù)航能力。

7 結(jié) 語

隨著無人機技術(shù)的進一步發(fā)展及其在消防部隊運用的日趨成熟，其必將在抗擊各類災(zāi)害過程中發(fā)揮越來越重要的作用。應(yīng)該充分認識到無人機在滅火救援中的重要作用，逐步裝備無人機，保證了危險、重大災(zāi)害處理效果的同時，提高了消防人員的安全，從根本上保證人民的生命和財產(chǎn)安全，更好地完成各類滅火救援和搶險救災(zāi)任務(wù)。

主要參考文獻

[1]范承嘯，韓俊，熊志軍，等.無人機遙感技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].測繪科學(xué)，2009（5）.

[2]劉剛，許宏健，馬海濤，等.無人機航測系統(tǒng)在應(yīng)急服務(wù)保障中的應(yīng)用與前景[J].測繪與空間地理信息，2011（4）.

[3]康凱.無人機在消防滅火救援工作中的應(yīng)用研究[J].武警學(xué)院學(xué)報，2013（10）.