淺析多旋翼無人機在消防中的應用

摘要：隨著經濟發展速度的加快，我國消防部門承擔的滅火救援任務也變得更加艱巨，尤其是在當前高層建筑火災和易爆易燃危險品火災事故處理中，由于消防員難以靠近和到達災害事故現場，因此利用多旋翼無人機將有效完成救援工作任務。無人機因為其突出的影響，在各個領域都有著相當廣泛的應用。在消防救援過程之中，利用無人機可以更好地掌握現場情況，為現場科學決策指揮和事后調查提供有力支持。在文中就對多旋翼無人機在消防中的應用進行探討。

關鍵詞：消防救援;多旋翼無人機;事故調查

今年11月9日，習近平總書記向國家綜合性消防救援隊伍授旗并致訓詞，消防隊伍從火災防控走向“綜合性、全災種、大應急”防災減災救災新征程，為提升應對“全災種”防治能力，先進特種器材的應用受到了廣泛的關注，多旋翼無人機在消防救援中的作用逐步提升，2015年8月天津塘沽特大火災爆炸事故現場偵查、災情動態及后期調查和2018年山東壽光水災中央新聞實時播報的災情現場圖像視頻等等都是由多旋翼無人機拍攝獲得，為現場科學決策指揮和事后調查提供了重要數據。

1 多旋翼無人機控制原理與優點

1.1多旋翼無人機控制原理

多旋翼無人機也叫作多旋翼飛行器，屬于設有超過3個旋翼軸的特殊直升機，各軸上電動機轉動將促使旋翼形成升推力，且旋翼總距是固定的，與常見直升機不一樣，不能進行改變。旋翼之間相對轉速的改變能夠讓單軸推進力大小出現變化，這樣可以達到對飛行器運行軌跡控制的目的。多旋翼飛行器作為一種特殊航空器比空氣要重，各旋翼和空氣相對運動形成的反作用力，能夠產生空中飛行所需的升力，與固定翼航空器是相對關系[1]。多旋翼無人機具備多種功能，主要包括多機編隊、軌跡跟蹤等，重點是實現穩定與快速的姿態控制，并能夠精準進行位置控制。多旋翼飛行控制一般具備飛行器姿態控制回路和飛行器位置控制回路。因為姿態模式頻帶較寬、運動速率較快，因此姿態控制回路設計成了內回路，而位置運動模式頻帶較窄、運動速度較慢，其設計成了外回路。

1.2多旋翼無人機優點

多旋翼無人機是多組動力系統構成的飛行平臺，從旋翼數量上分，主要包括三旋翼、四旋翼、六旋翼和八旋翼等，從結構與分布上分則包括“+”型、“Y”型、“X”型和“H”型等。其優點在于：第一，結構簡單，易于操控。多旋翼無人機動力系統通過電機與槳直接連接，且可以獲得多個正迎角旋翼帶來的升力，根據不同方向的轉動，可以讓反扭力得到有效克服。多旋翼朝著各個方面轉動，其扭矩為零，導航模式能夠完成撒手懸停，便于進行手控，也降低了無人機駕駛員練習難度[2]。第二，機動靈活。多旋翼無人機對起降場要求不高，進入現場后短時間內能夠準備好并起飛，由于其具備純垂直起降的性能，能夠在復雜場地起飛和回收，不需事先對地形進行勘察。第三，安全可靠。多旋翼無人機通常選擇定制高品質無刷電機和電子調速設備，安裝有高功率鋰聚合物電池，從而可以獲得強勁的動力。

2 多旋翼無人機在消防中的應用

2.1監督檢查

多旋翼無人機搭載相應攝像頭，發揮“天眼”功能，攝取大型重點單位的平面圖、二維圖、周邊水源道路圖，在實施監督檢查時加快檢查效率，提高檢查質量，“天眼”高空拍攝的視頻資料清晰直觀且十分全面，再使用軟件合成編輯，詳細標識出單位周邊毗鄰建筑、疏散通道位置、適合消防車輛展開作業位置、周邊水源及室內外消火栓等信息，豐富預案內容的直觀性、準確性和實效性，進一步完善了滅火救援數字化預案[3]。利用多旋翼無人機“天眼”航拍，可實時全面監測高層及超高層建筑，高效發現和消除火情隱患，有效實時監控現場火情，規范存儲現場圖像，多點存儲消防檢查記錄，通過航拍視頻結合其他消防監控系統，實現高效監督檢查和為智能化監督檢查做好數據基礎。

2.2救援處置輔助

2.2.1快速提供災害現場信息

大型城市建筑、危化品企業、大跨度結構廠房和重大自然災害等現場，消防指戰員受環境和有毒有害物質的限制，難以近距離開展全局現場偵察，多旋翼無人機作為技術手段，可以承擔攝取現場全景圖像和二維圖像，偵查出重點部位和可疑部位，攝取到大量的圖像資源，再通過多旋翼無人機的通信網絡回傳給地面終端，為消防指揮員決策提供快速、準確、有效的信息，提升隊伍滅火救援實戰能力和指揮決策水平。

2.2.2持續性實施災情監測

在各類快速變化的災害現場，實時監測和跟蹤的過程中，多旋翼無人機其便攜性和先進的遙感、遠程控制、通信、GPS技術以及高分辨率的相機，在大范圍內實現低空進行無人機的勘查救援，在更廣泛的區域長時間監測地面目標，為持續性實施災情監測提供有力保障。

2.2.3多元化提供災害處置手段

多旋翼無人機可以搭載聲光、高清夜視紅外攝像頭、偵檢集成設備，在突發性災害發生時，實現災情偵查、救援路徑規劃、有毒氣體檢測;搭載通信集成設備實現通信中繼作用;搭載拋投裝置用于救援輔助裝備運輸[4]。此外在災害現場，多旋翼無人機配備上紅外偵測設備，回傳偵測區域內攝取的圖像，在通過計算機分析溫度分布圖和表面的溫度場，可以直觀的提供有效數據，使整個災害處置過程中消防指揮員能科學部署處置手段。

2.3災害事故調查

當較大消防救援發生后，救援人員不能抵達災區中心，無法掌握實時資料，多旋翼無人機的應用，有效解決了這一難題。例如在2015年8月12日，天津濱海新區發生的爆炸，現場存有大量危險化學品，爆炸后產生了大量有毒有害氣體，事發后幾天內，利用多旋翼無人機掌握了現場第一手資料，全景圖拍攝獲取災害事故影響范圍、近距離拍攝比對重點部位狀況，為后期的事故調查工作提供了大量的音視頻資料。2018年四川雅安地質災害事故，利用多旋翼無人機全景拍攝獲取泥石流災害范圍、比對事故前后地質變化、推測災害起因等。

3 多旋翼無人機發展趨勢分析

第一，圖傳系統。無人機圖傳系統主要選擇了視頻壓縮技術、信號處理技術、信道編碼技術和調制解調技術，是一種無線電子傳輸設備。圖傳系統如同多旋翼無人機的“眼睛”，高質量圖系統在現階段消防中發揮著極其重要的作用。第二，適應復雜環境。消防現場環境非常惡劣，情況瞬息萬變，就算遇到刮風下雨也需要繼續工作，對此多旋翼無人機也要具備較強的抗風、防水等能力。同時消防現場溫度很高，也有一些腐蝕性物質，這要求多旋翼無人機選擇耐高溫、耐腐蝕的材質。

4 結語

消防隊伍已成為國家綜合性消防救援隊伍，“全災種、大應急”的要求，使得消防隊伍要更全面、更廣泛的應對各類應急救援，大范圍、大距離的救援現場越來越多，僅靠人力已難以滿足現有的需要，多旋翼無人機在消防中應用領域將更加廣泛，大型城市綜合體、超高層建筑、石油化工裝置及其儲罐區、危險化學品園區等火災或爆炸事故，地震、山岳、水域等大型地質災害應急救援。消防救援實戰的現實需求指明了研發具有高效、綜合集成應急救援功能的多旋翼無人機是未來消防科研的主攻方向之一。

參考文獻：

[1]崔彥琛，吳立志，朱紅偉，等.消防無人機偵察功能的應用研究[J].消防技術與產品信息，2018，31（11）：64-68.

[2]李朋飛.無人機在消防救援領域的配備應用[J].電子技術與軟件工程，2018（21）：98.

[3]于力，高明昊，龔杰.國外救援無人機應用需求及發展趨勢分析[J].飛航導彈，2018（04）：33-36.

[4]呂明哲.多旋翼無人機在滅火救援中的應用探析[J].科技創新與應用，2015（33）：297.