多旋翼無人機在滅火救援領域中的作用拓展

吳楠WU Nan

（江北區消防支隊，重慶400026）

1 多旋翼無人機總論

1.1 多旋翼無人機的基本概念 無人機是指機上不搭載駕駛員的飛行器。按照技術來劃分，現代無人飛行器可分為固定翼無人機、單旋翼無人直升機、多旋翼無人機、無人飛艇、無人傘翼機、撲翼式微型無人機6 大類。其中多旋翼無人機（Multi rotor UAV，簡稱為MUA）由于其結構簡單、價格相對低廉的特點，在各領域廣泛運用。其優勢還在于能夠實現垂直起降、空中懸停、低空飛行和原地回轉等，相對于單旋翼無人直升機有懸停更穩定的優勢，使其在滅火救援領域有其他類型無人機無法替代的作用。

1.2 多旋翼無人機的初步分類 當前在滅火救援領域使用最為廣泛，最方便攜帶操作且綜合考慮經濟效益最為合理的，一般為4 至8 旋翼的X 型微型（或輕型）電動（油動）多旋翼無人機，本文將以此為對象展開討論。

1.3 多旋翼無人機的結構概況 多旋翼無人機的基本構成部件為電動機（油動機）、電子調速器、電調連接板、槳葉、鋰電池（或燃料箱）、機架和飛行控制系統，并根據其不同的使用功能可搭載相應的設備。不論是重新設計適用于滅火救援行動的專用機型或在現有機型上進行改裝都應遵循整體布局的基本要求和原理。

2 多旋翼無人機在滅火救援領域中的效能缺陷

2.1 負重缺陷 由于其特殊的槳葉構造和動力結構，使普通大中型多旋翼無人機的額定載重在處于2～20kg 之間，常用的較小型號機型只能載重500～800g，更小機型根本不能載重，這就決定了在多旋翼無人機的作用拓展上不能運載較重的裝備。

2.2 續航缺陷 多旋翼無人機在運行中必須通過消耗效率來實現快速轉變飛行姿態，當今能夠實現數小時飛行時間的多旋翼無人機如我國研制的HYDrone-1800 多旋翼無人機則采用的氫燃料電池，由于其造價等方面的問題還未能全面應用到各領域。綜上所述，多旋翼無人機電池續航的缺陷較為明顯，常用機型續航時間一般在20～25min左右，載重懸停時間一般不超過15min。

2.3 氣象缺陷 多旋翼無人機至少在三種氣象條件下不適宜飛行：一是三級以上的風；二是下雨天；三是正午陽光普照時。以上氣象條件會對飛機造成失控、短路、干擾信號等問題，從而影響飛行質量甚至出現墜機等事故。

2.4 安全缺陷 雖然時至今日還沒有相關部門和行業對多旋翼無人機的安全性能進行準確的數據評估，也沒有墜機率的相關統計數據，但從平時掌握的情況看，墜機問題仍較為常見。雖然目前生產的多旋翼無人機普遍都配備自動返功能，但由于信號中斷、電池故障、操作不當或其他不可抗外力等引起的墜機在各品牌中都存在。

3 多旋翼無人機在滅火救援領域中的主要功能

3.1 視覺功能 當前將多旋翼無人機用于輔助開展滅火救援，主要體現在災情偵查、監控追蹤和決策輔助等方面。災情偵查主要是通過多視角觀察快速掌握火場的基本情況、人員和易燃可燃物受災情況、受災建筑情況、人員被困地形等，通過4G 網絡進行實時傳輸，對戰斗展開提供參考。監控追蹤主要是通過多旋翼無人機對火場進行長時間、長距離觀察，掌握災情的發展蔓延趨勢和滅火救援的執行情況。決策輔助主要是可通過4G 網絡連接火場傳輸系統將現場視頻傳輸到各級指揮部，輔助指揮部對下一步行動進行決策。但類似作用都較為初級，均是利用現有多旋翼無人機自帶原始功能進行的發散式利用，并未對機體進行深入的開發利用。

3.2 單一型負重功能 指在多旋翼無人機的額定載重量范圍內攜帶滅火救援相關裝備進行傳遞，開辟新的運輸路線，或者提升滅火救援效率。單一負重功能的實現需要對機體進行較為簡單的改裝，通過加裝掛鉤、吊籃、攜行箱等實現負重。

3.2.1 攜帶消防裝備 攜帶救援繩索、消防員個人防護部件、其他較小的特種裝備等實現其功能。如在江河和山地救援中，由于受地形、視線和技術等方面的影響，且為了提高救援的一次性成功率，用多旋翼無人機運送救援繩索的輔繩顯然比用拋投器更加精準可靠。再如消防員在特殊環境下如建筑外墻、江面河面等進行作業時亟需使用某種器材，也可由多旋翼無人機進行運送。

3.2.2 攜帶逃生器材 可提前設計制作好 “無人機逃生攜行包”，內裝逃生所需的繩索、緩降器、防煙面罩、救生衣、純凈水、使用說明書等物，對災害現場的被困人員進行輸送。如載重量有限可根據現場情況分包裝運，分清輕重緩急。

3.2.3 運載逃生人員 其基本要求是必須使用大型多旋翼載人無人機。如我國億航公司生產的“億航184”8 旋翼無人機可載1 人，續航時間23min，巡航速度可達100km/h，設有獨立載人機艙，能夠代替直升機完成被困人員的營救和疏散行動。但目前載人機在安全層面和操作的合法性層面還沒有得到認可，國內外大量載人機還停留在研發實驗階段，并沒有大規模投放市場。

3.2.4 架設無線通信 在受災嚴重、通信信號中斷的情況下，可利用多旋翼無人機在較高點擔當通信中繼，充當臨時轉信臺，建立起無線通信鏈路。

3.3 復合型負重功能 除單一實現負重功能外，可通過深入改造機體或增加功能性模塊，讓多旋翼無人機主動參與到直接或間接的滅火救援行動中。這就對研發能力和工藝水平提出了新的要求，尤其是必須有相應的操作系統，后文將具體討論。

3.3.1 直接參與滅火救援行動 指多旋翼無人機在滅火救援的某一階段直接成為行動的實施主體，如針對高層建筑火災中的初起火點、保護重點區域等可采取多旋翼無人機投放滅火彈、噴射脈沖水流等進行直接滅火。又如在易燃易爆或其他化工泄露現場進行堵漏作業時可采取多旋翼無人機攜帶注入式堵漏器材實施堵漏任務。

3.3.2 間接輔助滅火救援行動 指多旋翼無人機通過其攜帶的模塊間接為滅火救援行動服務，如在鋼結構建筑火災撲救時可攜帶測溫儀隨時掌握建筑外部溫度，從而判斷建筑的穩定性。再如可攜帶可燃氣體探測儀在易燃易爆或其他化工泄露現場進行偵檢，從而避免消防人員進入有毒有害或易燃易爆區域。又如在夜間或斷電環境下的地下、隧道等零視距情況下通過裝載紅外線攝像頭可實施火點探測、人員搜救等行動。

4 多旋翼無人機用于滅火救援領域的衍生需求

4.1 體系建設 使用多旋翼無人機應建立相對完善的體系，首先是要有一個高度智能化的閉環反饋控制系統，建立含有指揮控制系統、數據鏈路地面終端、地面輔助設備系統等在內的地面站和存放相關模塊、設備并具備維修功能的機庫等。在飛行機組建設方面也要有完整的隊伍體系，必須明確駕駛員、機長、觀測員、機修師等崗位人員。

4.2 操作系統 目前各品牌多旋翼無人機都搭載了較為成熟的操作系統，能夠輕松完成視頻傳輸、攝影攝像、測繪等功能。但對于某一領域的專用機型來說，生產商會根據其足夠的市場需求和銷量定制操作系統，例如大疆公司在售的農業植保機因其裝配了農林噴灑設備，基本都采用了A3 飛控系統，并設計了專業的“大疆農業管理平臺”作為聯網操作系統。而將多旋翼無人機運用到滅火救援領域尤其是實現其復合型負重功能時，由于其操作距離較遠、功能繁瑣等問題，最優方案是進行專用操作系統的開發研制，并實現模塊化專用機型的量產。

4.3 人才隊伍 無人機雖名為“無人”，實際還是由人在進行操作。將多旋翼無人機運用到滅火救援領域，其中重要因素就是要建立較為完備的人才隊伍，必須考慮軍地兩方面的需求：一方面要具備全國統一認證的無人機操作資質，即考取民用無人駕駛航空器系統駕駛員合格證（AOPA 合格證）；另一方面要有消防滅火救援方面的知識技能，最好是通過消防員職業鑒定等級考試，并通過實踐逐步走向更高檔次的操作崗位。

4.4 建章立制 目前全國消防部隊還沒有設置無人機操作所涉及的隊、班或崗位，甚至在戰斗編程上都沒有設置無人機操作員，基本都是相關崗位兼顧其職，更沒有相應的管理制度。所以，要推廣并深化無人機在滅火救援領域的應用需要從建章立制入手，形成行之有效的管理和人才培養機制，突出其專業化、單一化程度，保留專業人才和研發力量，為深化無人機在滅火救援領域的應用集聚力量。

4.5 法律問題 無規矩不成方圓，無人機的發展歷程一直就伴隨著相關法律問題的探討和法律條文的出臺。2003 年我國開始施行的《通用航空飛行管制條例》中就明確規定無人機用于民用業務時必須當作通用航空飛機對待。2009 年至2015 年間民航局先后頒布了《民用無人機空中交通管理辦法》等6 部針對民用無人機的管理辦法，對適飛情況和禁飛情況及相關的權責進行了明確規定。2017 年6 月1 日，號稱史上最嚴的《民用無人駕駛航空器實名制登記管理規定》頒布實施，對無人機和操作員進行“雙實名”管理，并嚴格劃定禁飛區。一些生產廠商也積極響應，如大疆公司就裝載了GEO 系統配合民航局對無人機進行區域管理。如要將多旋翼無人機廣泛應用于滅火救援領域就必須要正式法律問題，嚴格按照民航部門的要求進行申報、考證、解碼等手續，杜絕出現“黑飛” 現象。

5 結語

隨著科技的快速發展和全社會對消防工作的高度重視，多旋翼無人機運用到滅火救援領域是大勢所趨，但也要正視機型自身所存在的短板和功能開發必須經歷的過程。只有準確掌握多旋翼無人機的基本原理、市場成熟度和滅火救援工作對其的需求導向，才能乘勢而上、因勢而動，才能繼續拓展多旋翼無人機在滅火救援領域的作用，使其更好服務于滅火救援實踐。