■ 谷天培 保定市消防救援支隊(duì)唐縣消防救援大隊(duì)

研究多旋翼無人機(jī)在城市消防滅火救援中的應(yīng)用，需明確多旋翼無人機(jī)的基本概念、應(yīng)用方式，結(jié)合當(dāng)前城市消防滅火救援現(xiàn)狀、客觀所需來實(shí)現(xiàn)多旋翼無人機(jī)的靈活使用，并建議消防滅火救援部門結(jié)合當(dāng)?shù)鼗馂?zāi)情形、救援所需來購置對應(yīng)的多旋翼無人機(jī)設(shè)備，并對消防員進(jìn)行無人機(jī)拋投物資、無人機(jī)水上拋投牽引、無人機(jī)破窗彈瞄準(zhǔn)+ 向前噴粉和水、無人機(jī)破窗彈瞄準(zhǔn)+ 拉水帶滅火等科目系統(tǒng)培訓(xùn)，提升其無人機(jī)操作水平，使其能靈活地操作無人機(jī)來達(dá)到對應(yīng)的救援目標(biāo)。

一、多旋翼無人機(jī)的概念

多旋翼無人機(jī)是由不低于3 個的旋轉(zhuǎn)機(jī)翼提供飛行動力的無人駕駛飛行器，借助軸上電動機(jī)帶動，旋翼在轉(zhuǎn)動時形成升推力，其與普通直升機(jī)有所不同，總軸距處于固定狀態(tài)，可通過改變不同旋翼轉(zhuǎn)速來調(diào)整飛行軌跡。多旋翼無人機(jī)多是執(zhí)行一些數(shù)機(jī)協(xié)同、航跡跟隨的命令，應(yīng)用到的飛行器控制技術(shù)是空間分布、飛行姿態(tài)的電子敏感閉環(huán)控制，在城市消防滅火救援中實(shí)現(xiàn)多旋翼無人機(jī)的應(yīng)用，主要是與消防救援傳輸系統(tǒng)、單兵設(shè)備、應(yīng)急布控設(shè)施等搭配使用，以此來達(dá)到對應(yīng)的救援目的[1]。

二、多旋翼無人機(jī)在城市消防滅火救援中的應(yīng)用優(yōu)勢

結(jié)合無人機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)翼安裝位置、空間布局，其形狀可分為H 型、Y 型、X 型、“+”型等多種模式，對比其他飛行器來說，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下數(shù)點(diǎn)：其一，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。多旋翼無人機(jī)動力系統(tǒng)借助電機(jī)與槳直接連接，通過無人機(jī)上的正迎角旋翼來制造向上的動力，再向不同方向轉(zhuǎn)動克服反扭力；因各個旋翼朝著不同方向轉(zhuǎn)動，使得總扭矩在0 時，實(shí)現(xiàn)懸停導(dǎo)航；該種飛行器與其他類型的飛行器控制過程繁瑣異常不用，其只需1 ～2 名操作人員即可完整無人機(jī)安裝調(diào)試、外部裝備使用與空間移動等。其二，機(jī)動靈活，不受場合限制。多旋翼無人機(jī)著陸、升空都比較容易，在城市出現(xiàn)火災(zāi)時，某些廢墟位置難以提供對應(yīng)的工作條件，可讓無人機(jī)在手掌上完成升空、著陸，且在城市各個復(fù)雜的地理環(huán)境中，不論是接頭小巷，還是建筑密集的水泥叢林，都可按照操作人員的指令來完成相應(yīng)的救援任務(wù)。其三，穩(wěn)定性高。多旋翼無人機(jī)通常是選擇定制無刷電機(jī)、高功率鋰聚合物電池、電子調(diào)速設(shè)備等來提供動力，在增加機(jī)翼數(shù)量時，安全性、可靠性也會得到提升，在相關(guān)企業(yè)對8 旋翼、6 旋翼無人機(jī)進(jìn)行破壞性試驗(yàn)后得出結(jié)論：在破壞一兩個旋翼后，仍可保持無人機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。其四，可替換性高。因無人機(jī)材料重心居中，且是按照模塊化中心設(shè)計(jì)，多旋翼無人機(jī)在需要時可直接拆裝外部裝備，并以環(huán)境、任務(wù)差異為標(biāo)準(zhǔn)，選擇更加合適的外部結(jié)構(gòu)，具備相應(yīng)卸載功能的器具，從而實(shí)現(xiàn)消防救援過程中“一機(jī)在手、別無他求”的功能性效果，保證救援工作的穩(wěn)定展開[2]。

三、多旋翼無人機(jī)在城市消防滅火救援中的應(yīng)用途徑

實(shí)現(xiàn)多旋翼無人機(jī)在城市消防滅火救援中的應(yīng)用，涉及多個方面的內(nèi)容，就以下數(shù)點(diǎn)展開論述與分析：

（一）多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)功能設(shè)定

民用多旋翼無人機(jī)在無線視頻傳輸技術(shù)、運(yùn)載能力、操作控制水平持續(xù)上升的背景下，可用環(huán)境以及執(zhí)行任務(wù)的種類在逐年增多。結(jié)合消防滅火救援工作切實(shí)所需，可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)搭載、地面指揮的協(xié)同作用。應(yīng)用在城市消防滅火救援中的多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，在進(jìn)行功能設(shè)定時，主要包括連個模塊：其一，多旋翼無人機(jī)裝載平臺。包括：音頻采集、音頻輸出功能；視頻采集功能；裝載有滅火彈、救援工具、聚光照明燈；具備GPS 采集、測風(fēng)溫采集功能。其二，多旋翼無人機(jī)地面控制平臺。包括：音頻播放、音頻采集；視頻顯示、視頻保存；投彈控制、投放控制、燈光控制；地圖顯示、軌跡顯示、方向預(yù)警、溫度走勢。通過多旋翼無人機(jī)裝載平臺、多旋翼無人機(jī)地面控制平臺的配合使用，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的靈活操控，達(dá)到對應(yīng)的救援目的[3]。

（二）火場偵查

在城市出現(xiàn)火災(zāi)情況時，可選擇以多旋翼無人機(jī)來展開實(shí)時災(zāi)情偵察、輔助災(zāi)情偵察，一些小型多旋翼無人機(jī)可在復(fù)雜地形、災(zāi)情現(xiàn)場，以定點(diǎn)定位、全方位、全視角來展開靈活偵查；尤其是在急難險(xiǎn)重的環(huán)境下，消防人員進(jìn)入會面臨較大的危險(xiǎn)，且難以達(dá)到理想的偵查效果，造成對火災(zāi)具體情況的不了解，很難展開具體的救援工作。針對該種情況，引入小型多旋翼無人機(jī)，可充分利用其體積小、操作靈活、對飛行環(huán)境要求低的特點(diǎn)，操作無人機(jī)進(jìn)入火場的各個區(qū)域，拍攝火災(zāi)集中蔓延區(qū)域，將拍攝的圖像通過無線網(wǎng)絡(luò)直接傳輸?shù)较揽刂浦行?，便于現(xiàn)場指揮員對火災(zāi)形勢有一個大致的把握，尤其是針對?；?、高層建筑、大空間大跨度等類型的火災(zāi)，可通過無人機(jī)來完成近距離、多角度、快速的偵查，并可對重點(diǎn)險(xiǎn)情區(qū)域展開西鄉(xiāng)偵測，判斷有無爆炸物存在、爆炸的可能性；還可了解被困人員的數(shù)量、具體分布位置，通過無人機(jī)的語音功能，提示被困人員正確的逃生路徑、自我保護(hù)方法，并按照輕重緩急分配好消防人員力量。通過有效、實(shí)時的火場偵查，提升對火災(zāi)蔓延形勢的把握，利于指揮人員結(jié)合實(shí)際情況來調(diào)整救援方略，以此來達(dá)到更好的救援效果[4]。

（三）提供連續(xù)動態(tài)保障

消防人員在進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場后，會面臨各個方面的危險(xiǎn)因素，比如爆炸、毒氣泄漏、建筑倒塌等，因個人視野的局限性，使得很多消防員在火災(zāi)現(xiàn)場難以及時地發(fā)現(xiàn)并規(guī)避危險(xiǎn)因素，而在引入多旋翼無人機(jī)后，可提前為消防人員“鋪好道路”，預(yù)先按照救援路線到達(dá)指定地點(diǎn)，拍攝動態(tài)畫面，或者是直接與指揮中心連線，結(jié)合無人機(jī)全方位的監(jiān)測畫面來判斷當(dāng)?shù)鼐謩荩瑥亩鴮馂?zāi)蔓延方向進(jìn)行提前預(yù)測，并指揮消防人員隨時調(diào)整救援路線，并對可能發(fā)生的危險(xiǎn)進(jìn)行提前干預(yù)或者規(guī)避，最大程度地保障消防人員的生命安全，并有效提升救援效果，為消防救災(zāi)提供連續(xù)動態(tài)保障。此外，在火災(zāi)比較嚴(yán)峻的現(xiàn)場，各種通信方式可能會隨時中斷，可將多旋翼無人機(jī)來充當(dāng)臨時通信臺，為火災(zāi)內(nèi)外搭建信息通道，保持消防員、受災(zāi)群眾、指揮中心一直處于信息互通的狀態(tài)，可就救援中的諸多問題進(jìn)行及時的溝通，發(fā)揮指揮中心的統(tǒng)籌兼顧、全面指導(dǎo)作用，為消防員、受災(zāi)群眾多加一層安全保障。

（四）空中實(shí)時偵查

多旋翼無人機(jī)具體工作模式可由操作人員設(shè)置，以“掃描式”來完成災(zāi)情的實(shí)時偵查，借助對多層、高層建筑的多方位、多角度監(jiān)控，可直接觀察、拍攝處于萌芽階段的災(zāi)情危險(xiǎn)，亦能拍攝火災(zāi)中期救援現(xiàn)場視頻；以安裝在飛行器上的ROM 硬件來存儲各個階段的火情視頻、圖像文件，在其他消防、安防監(jiān)控系統(tǒng)中直接接入空中監(jiān)察數(shù)據(jù)流，通過地面智能控制中心來實(shí)現(xiàn)對海量文件、圖片、視頻的檢索與調(diào)閱，再以工業(yè)級PDA 來完成部分操作、遠(yuǎn)程查閱，開闊偵查視野，保證偵查效果；同時，可通過旋翼無人機(jī)來定期檢查各處火災(zāi)易發(fā)、頻發(fā)的城市樓宇，檢查其消防安全相關(guān)工作有無做到位，以此來實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)災(zāi)情的提前發(fā)現(xiàn)與及時干預(yù)，保證城市安全[5]。

（五）輔助救援

多旋翼無人機(jī)可根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場的具體形勢安裝對應(yīng)的設(shè)備來參與輔助性救援，從以下數(shù)點(diǎn)舉例分析：其一，裝備聲光吊艙。借助對講機(jī)、擴(kuò)音器對火災(zāi)現(xiàn)場各個區(qū)域喊話，以此來穩(wěn)定受災(zāi)群眾情緒，避免其在慌亂、緊急情況下做出錯誤的反應(yīng)，并向其傳遞有用信息，比如告知大樓整體結(jié)構(gòu)、消防器材、逃生通道方向與位置、救援團(tuán)隊(duì)到達(dá)時間等，讓被困人員在緊急狀況下實(shí)施自救。其二，裝備生命探測儀。在大型建筑出現(xiàn)火災(zāi)問題時，很多時候難以及時撲滅，并可能會造成建筑倒塌，單靠人力搜救，可能會錯過最佳救援時間。針對該種情況，可裝備生命探測儀，構(gòu)建一種基于多旋翼無人機(jī)的生命探測系統(tǒng)，其包括多旋翼無人機(jī)、生命探測儀、與探測儀連接的運(yùn)動補(bǔ)償裝置，以此來解決以往無人機(jī)救援過程中飛行階段難以探測生命痕跡的弊端，由運(yùn)動補(bǔ)償裝置根據(jù)所述多旋翼無人機(jī)的實(shí)時位置信息對所述生命探測雷達(dá)裝置的雷達(dá)探測信號進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償，讓無人機(jī)在各個狀態(tài)下皆能實(shí)時探測災(zāi)情現(xiàn)場可能出現(xiàn)的生命痕跡，提升救援效果。其三，裝備小型滅火裝置。一些大型的多旋翼無人機(jī)可裝備滅火裝置，在火災(zāi)出現(xiàn)初期階段，可由操作人員直接遙控?zé)o人機(jī)到達(dá)火災(zāi)比較嚴(yán)峻的區(qū)域，投放激光滅火彈，以此來及時控制災(zāi)情，在裝備滅火裝置時需考慮多個方面的影響因素，比如無人機(jī)的承重能力、承重對續(xù)航可能產(chǎn)生的影響等，確保在裝備小型滅火裝置后，不會影響無人機(jī)的靈活程度。其四，裝備拋投器。裝備拋投器，并在拋投器上懸掛飲用水、食物、安全繩、防毒面具等，能夠提升被困人員的生存率，并可降低消防人員的負(fù)擔(dān)，讓消防人員能在降低負(fù)載的情況下迅速達(dá)到災(zāi)情現(xiàn)場，實(shí)施救援[6]。

四、多旋翼無人機(jī)在城市消防滅火救援中的應(yīng)用前景

科學(xué)技術(shù)、信息化技術(shù)的迅速發(fā)展，使得多旋翼無人機(jī)的整體結(jié)構(gòu)、應(yīng)用性能得以優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)了在城市消防救援中的廣范圍應(yīng)用。在今后的發(fā)展中可向以下多個方向拓展：

（一）提升無人機(jī)運(yùn)載能力

無人機(jī)本身的運(yùn)載能力很大程度上決定了其實(shí)施消防滅火救援的能力，因此未來無人機(jī)的發(fā)展方向之一即通過各種途徑來提升其本身的運(yùn)載能力，如以色列無人機(jī)公司開發(fā)的無人飛行平臺，其已經(jīng)具備了初步的載人能力，可用于特定區(qū)域的滅火救援任務(wù)，能夠承載大重量的滅火裝備，并在關(guān)鍵時刻救助災(zāi)民，降低受災(zāi)人員的生命、財(cái)產(chǎn)損失。

（二）實(shí)時傳輸與判斷高危環(huán)境信息

無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時會面臨各種各樣的環(huán)境，比如有毒、可燃、腐蝕氣體等，要求無人機(jī)在面對特殊環(huán)境時能具備基本的抵抗能力，并可實(shí)現(xiàn)對災(zāi)情的有效檢查與監(jiān)督，獲取災(zāi)情變化情況與隱患數(shù)據(jù)，將重要信息借助數(shù)據(jù)云、無線傳輸?shù)降孛婵刂浦行?，以便及時提出對應(yīng)的應(yīng)對策略。

（三）滅火救援主力

航空裝備水平不斷提升，使得多旋翼無人機(jī)的整體性能得以優(yōu)化，不論是荷載能力，還是偵查能力、輔助救援能力等都得到了長足的提升，逐漸發(fā)展為消防人員滅火救援的主力設(shè)備，以長沙市云智航科技有限公司自主研發(fā)的旋翼無人機(jī)云智航“空中水炮”為例，其是一種留式大載重多旋翼無人機(jī)，通過地面高壓水泵大載重?zé)o人機(jī)平臺承載水槍、水管飛往高層起火處直接噴灑滅火，系留供電方式能夠保證滅火無人機(jī)持續(xù)飛行作業(yè)，無人機(jī)搭載水帶以3 米/ 秒的速度快速升空，抵達(dá)近高層火源處持續(xù)噴灑滅火水劑直到火源撲滅，在滅火救援中起到了關(guān)鍵的作用。

五、結(jié)語

綜上，進(jìn)入新時期以后，城市化進(jìn)程進(jìn)一步加快，更多的高樓大廈投入建設(shè)，為保證城市的安全穩(wěn)定發(fā)展，有必要針對當(dāng)前頻發(fā)的火災(zāi)問題加強(qiáng)消防滅火救援工作，在該種背景下，很多消防滅火救援部門開始嘗試性地在救援工作中引入多旋翼無人機(jī)裝備，借助該項(xiàng)裝備靈活度高、操作簡便等特性來提升救援效率、效果，保障民眾的生命與財(cái)產(chǎn)安全。