作者簡(jiǎn)介：

鄧錫華（1990- ），男，漢族，廣西合浦人，本科，初級(jí)專業(yè)技術(shù)職務(wù)，研究方向：滅火救援指揮。

摘要：

盡管多旋翼無人機(jī)在高層建筑滅火救援中具有諸多優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用仍面臨諸多技術(shù)和操作挑戰(zhàn)，如飛行穩(wěn)定性、載重能力、與傳統(tǒng)救援力量的協(xié)同問題等。因此，探討和優(yōu)化多旋翼無人機(jī)在高層建筑滅火救援中的應(yīng)用策略，不僅能夠提升無人機(jī)的實(shí)際應(yīng)用效果，也對(duì)推動(dòng)無人機(jī)技術(shù)在更廣泛公共安全領(lǐng)域中的應(yīng)用具有重要意義。本文將深入分析多旋翼無人機(jī)在高層建筑滅火救援中的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討存在的主要問題，并圍繞如何優(yōu)化其應(yīng)用策略進(jìn)行詳細(xì)論述。通過對(duì)無人機(jī)操作效率、環(huán)境適應(yīng)性、救援有效性提升策略的探討，旨在為高層建筑滅火救援提供更為科學(xué)、有效的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：高層建筑；滅火救援；多旋翼無人機(jī)

引言

在現(xiàn)代城市化進(jìn)程中，高層建筑迅速增多，成為城市天際線的重要組成部分。然而，這些高聳入云的建筑在帶來視覺沖擊和利用空間的同時(shí)，也極大增加了滅火救援難度。由于高層建筑特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和高度因素，傳統(tǒng)的消防方式在應(yīng)對(duì)高層火災(zāi)時(shí)面臨著響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、滅火難度大、救援資源分配復(fù)雜等多重挑戰(zhàn)。因此，如何有效提升高層建筑的滅火救援效率，降低火災(zāi)損失，保障人員安全，已成為消防科技發(fā)展中亟待解決的問題。

一、滅火與救援任務(wù)的基本需求

（一）滅火任務(wù)需求

在高層建筑的滅火行動(dòng)中，多旋翼無人機(jī)需滿足特定的性能標(biāo)準(zhǔn)，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的火場(chǎng)環(huán)境。高層建筑火災(zāi)的特殊性在于火源位于較高樓層，無人機(jī)需要具備良好的飛行高度和穩(wěn)定性，以便快速定位火源。為了高效撲滅火災(zāi)，無人機(jī)須配備能夠精確投放的滅火裝備，如水或泡沫彈。這些裝備應(yīng)具備足夠的滅火能力，確保在初期就能盡快控制火勢(shì)。高層建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多旋翼無人機(jī)在執(zhí)行滅火任務(wù)時(shí)還應(yīng)能自動(dòng)識(shí)別并避開障礙，如未燃燒的建筑部分和建筑外部的障礙物。這需要無人機(jī)搭載先進(jìn)的傳感器和實(shí)施復(fù)雜的算法來處理飛行路徑。無人機(jī)的設(shè)計(jì)還需考慮到持續(xù)作業(yè)的能力，因高層建筑火災(zāi)的滅火工作往往不是短時(shí)行動(dòng)，這要求無人機(jī)系統(tǒng)能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定運(yùn)行，甚至進(jìn)行快速的能量補(bǔ)給或更換設(shè)備，確保連續(xù)作業(yè)的需求得以滿足。

（二）救援任務(wù)需求

在救援任務(wù)中，多旋翼無人機(jī)必須適應(yīng)復(fù)雜的救援環(huán)境并有效支援地面救援團(tuán)隊(duì)。在高層建筑救援操作中，無人機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵角色是評(píng)估火場(chǎng)情況及搜尋被困人員。無人機(jī)裝備的熱成像相機(jī)可以穿透煙霧進(jìn)行熱源定位，快速發(fā)現(xiàn)被困人員位置，并通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸指導(dǎo)消防人員進(jìn)行精確救援。在多旋翼無人機(jī)設(shè)計(jì)中，需要加入高性能的通信設(shè)備，保證在復(fù)雜環(huán)境中的信號(hào)穩(wěn)定，確保信息傳遞的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。救援無人機(jī)還應(yīng)具備一定的物理攜帶能力，如能夠攜帶繩索、急救醫(yī)療包等救援物資直接輸送至需要位置，這種物資的快速投送可以在黃金救援時(shí)間內(nèi)提供必要的生存支持[1]。為了使無人機(jī)能在更廣泛的場(chǎng)景下運(yùn)作，其設(shè)計(jì)還必須兼顧到夜間操作功能，如應(yīng)裝備夜視系統(tǒng)，確保在光線不足的環(huán)境下也能有效執(zhí)行救援任務(wù)。從操作策略上講，救援無人機(jī)在部署過程中需優(yōu)先考慮飛行的安全性和效率，以便在確保救援質(zhì)量的同時(shí)，最大限度減少對(duì)人員的風(fēng)險(xiǎn)暴露。

二、無人機(jī)的技術(shù)要求

（一）載重與飛行能力

在高層建筑滅火救援中，多旋翼無人機(jī)的載重與飛行能力是決定其實(shí)用性的關(guān)鍵因素。對(duì)于載重能力，無人機(jī)需要能夠攜帶足夠的滅火劑如水或泡沫以及必要的救援裝備如繩索和急救包。這不僅要求無人機(jī)具備較高的起飛重量，還要有穩(wěn)定攜帶這些重物飛行的能力。無人機(jī)的飛行能力直接影響滅火與救援效率和安全性。飛行速度和高度必須能夠快速響應(yīng)救援命令，同時(shí)到達(dá)高層建筑的各個(gè)救援或滅火點(diǎn)。良好的飛行能力還包括較長(zhǎng)的持續(xù)飛行時(shí)間，這對(duì)于大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的滅火救援行動(dòng)尤為關(guān)鍵。無人機(jī)的設(shè)計(jì)必須兼顧這些方面，確保在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，既能快速到達(dá)事發(fā)地點(diǎn)，又能在完成任務(wù)后安全返回。

（二）穩(wěn)定性與操控性

多旋翼無人機(jī)在執(zhí)行高層建筑的滅火與救援任務(wù)時(shí)，其穩(wěn)定性與操控性顯得尤為重要。穩(wěn)定性不僅關(guān)系到無人機(jī)在高風(fēng)速環(huán)境中的飛行效果，也直接影響到滅火和救援物資投放的準(zhǔn)確性。一個(gè)高度穩(wěn)定的無人機(jī)系統(tǒng)可以有效抵抗突如其來的風(fēng)速變化及其他環(huán)境因素的干擾，保證任務(wù)順利完成。優(yōu)秀的操控性使操作者能夠精確控制無人機(jī)的每一個(gè)動(dòng)作，在復(fù)雜的城市高層環(huán)境中，精確進(jìn)行滅火劑投放或救援物資空投。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，無人機(jī)的設(shè)計(jì)需要包含高度靈敏的飛行控制系統(tǒng)和先進(jìn)的飛行動(dòng)態(tài)處理技術(shù)。通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，無人機(jī)可以在復(fù)雜的高層建筑群中，保持高度的操作精度和飛行安全[2]。

（三）通信與導(dǎo)航系統(tǒng)

通信與導(dǎo)航系統(tǒng)是多旋翼無人機(jī)執(zhí)行高層建筑滅火和救援任務(wù)中不可或缺的技術(shù)要素。一個(gè)高效的通信系統(tǒng)保證無人機(jī)與操作中心之間的信息實(shí)時(shí)傳輸。無論是視頻、熱成像還是其他關(guān)鍵數(shù)據(jù)，都能夠無延遲地傳回指揮中心，為救援決策提供支持。無人機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)必須足夠精確，以便在復(fù)雜的城市環(huán)境中精準(zhǔn)定位，避開潛在的障礙物，快速、準(zhǔn)確到達(dá)指定位置。在高層建筑密集的環(huán)境下，衛(wèi)星定位信號(hào)會(huì)受到干擾，因此無人機(jī)還需要配備多模式的定位技術(shù)，如視覺輔助導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等，以保證在衛(wèi)星定位信號(hào)不佳的情況下仍能保持高效的導(dǎo)航能力。通過這些先進(jìn)的技術(shù)，無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境中的高度自主性和任務(wù)執(zhí)行的高效性。

三、無人機(jī)在滅火救援中的優(yōu)化策略

（一）提升無人機(jī)的操作效率

1.優(yōu)化飛行路線規(guī)劃

為了在高層建筑滅火救援中提升多旋翼無人機(jī)的操作效率，飛行路線的優(yōu)化顯得尤為關(guān)鍵。這種優(yōu)化涉及到算法的改進(jìn)和數(shù)據(jù)的整合，目的是縮短無人機(jī)從起飛到達(dá)火場(chǎng)的時(shí)間，確保其能夠迅速有效投入救援和滅火操作。通過整合地理信息系統(tǒng)（GIS）、實(shí)時(shí)天氣更新和動(dòng)態(tài)障礙數(shù)據(jù)，無人機(jī)的飛行路線可以實(shí)時(shí)調(diào)整，避開建筑、高壓線等潛在障礙，同時(shí)根據(jù)風(fēng)向風(fēng)速的變化動(dòng)態(tài)選擇最佳飛行路徑。這不僅提升了無人機(jī)到達(dá)火場(chǎng)的速度，也減少了由于飛行中意外碰撞或誤操作引發(fā)的額外損失。飛行路線規(guī)劃的優(yōu)化還涵蓋預(yù)設(shè)多個(gè)備選路線，確保在一條路線因突發(fā)情況變得不可行時(shí)，無人機(jī)可以即刻切換到其他預(yù)設(shè)路線，保證任務(wù)的連續(xù)性和安全性[3]。使用高級(jí)的飛行控制軟件，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)歷史飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，無人機(jī)的飛行路徑規(guī)劃將更加智能化，極大提升滅火救援的響應(yīng)速度和操作效率。

2.提高滅火劑投放精度

在多旋翼無人機(jī)的滅火任務(wù)中，提高滅火劑投放精度是提升操作效率的關(guān)鍵措施之一。這需要無人機(jī)系統(tǒng)具備高精度的定位技術(shù)和精確的投放機(jī)制。首先，無人機(jī)應(yīng)配備先進(jìn)的傳感器，如高分辨率相機(jī)和激光測(cè)距儀，以精確測(cè)定無人機(jī)到火源的距離和位置?；谶@些數(shù)據(jù)，無人機(jī)可以計(jì)算出最佳的投放點(diǎn)和投放角度，確保滅火劑能夠準(zhǔn)確到達(dá)火焰集中的區(qū)域。對(duì)無人機(jī)投放系統(tǒng)的機(jī)械精度進(jìn)行優(yōu)化也十分必要，包括改進(jìn)滅火劑罐的開啟機(jī)制和控制系統(tǒng)，使之能在飛行中精確控制滅火劑的釋放量和釋放速度。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，無人機(jī)的飛控系統(tǒng)還需集成高級(jí)算法，以實(shí)時(shí)計(jì)算和調(diào)整飛行狀態(tài)，對(duì)抗因風(fēng)力和機(jī)動(dòng)性導(dǎo)致的投放誤差，確保滅火劑的每次投放都達(dá)到預(yù)期精度。通過這些技術(shù)的集成和優(yōu)化，無人機(jī)在滅火操作中的效率和成功率將顯著提升，大幅度減少高層建筑火災(zāi)損失和風(fēng)險(xiǎn)。

（二）增強(qiáng)無人機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性

1.改進(jìn)無人機(jī)的耐高溫性能

在高層建筑火災(zāi)救援任務(wù)中，無人機(jī)面臨的一個(gè)主要技術(shù)挑戰(zhàn)是如何在高溫環(huán)境下保持正常運(yùn)作。為了增強(qiáng)無人機(jī)的耐高溫性能，必須對(duì)其使用的材料和設(shè)計(jì)進(jìn)行專門改進(jìn)。采用耐高溫的復(fù)合材料制作無人機(jī)外殼，可以有效防止高溫導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形和功能損失。無人機(jī)內(nèi)部電子設(shè)備如傳感器、電池和飛行控制系統(tǒng)等也需進(jìn)行特別設(shè)計(jì)，以耐受高溫帶來的影響。例如，使用硅基半導(dǎo)體材料可以提升電子設(shè)備在極端溫度下的穩(wěn)定性和耐用性。無人機(jī)可以設(shè)計(jì)熱隔離層，這種隔離層能有效隔絕外部高溫，保護(hù)內(nèi)部關(guān)鍵部件不受熱損傷。在軟件層面，增加溫度監(jiān)測(cè)算法，使無人機(jī)能在達(dá)到臨界溫度值時(shí)自動(dòng)調(diào)整飛行高度或返回，避免因過熱造成系統(tǒng)崩潰。通過這些綜合措施，無人機(jī)的耐高溫性能將得到顯著提升，能夠在接近火源的高溫環(huán)境中更安全、更有效執(zhí)行滅火和救援任務(wù)。

2.增強(qiáng)無人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定飛行能力

在多變的高層建筑環(huán)境中，無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性是確保滅火救援成功的關(guān)鍵因素。因此，無人機(jī)需要具備適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境飛行的能力，這依賴于先進(jìn)的飛行控制系統(tǒng)和環(huán)境感知技術(shù)。首先，開發(fā)高度精確的傳感器系統(tǒng)，如激光雷達(dá)（LiDAR）、聲吶和光學(xué)流傳感器，可以幫助無人機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)和分析周圍環(huán)境，如煙霧密度、障礙物位置和風(fēng)速風(fēng)向等因素。這些傳感器提供的數(shù)據(jù)可由飛行控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理，自動(dòng)調(diào)整無人機(jī)的飛行態(tài)勢(shì)，確保其在復(fù)雜環(huán)境中保持穩(wěn)定。采用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)訓(xùn)練無人機(jī)的飛行控制算法，能夠使無人機(jī)在遇到未知環(huán)境因素時(shí)，快速學(xué)習(xí)并適應(yīng)新的飛行條件[4]。無人機(jī)還應(yīng)配備緊急避障功能，當(dāng)感知到突如其來的障礙或強(qiáng)風(fēng)時(shí)，能迅速做出飛行調(diào)整，避免撞擊或失穩(wěn)。通過這些技術(shù)和措施的應(yīng)用，無人機(jī)將能在高層建筑的復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)更為精確和穩(wěn)定的飛行，大大提升其在滅火救援任務(wù)中的性能和安全性。

（三）提高無人機(jī)的救援有效性

1.開發(fā)多功能救援模塊

為了提高無人機(jī)在高層建筑救援中的有效性，開發(fā)配備多功能救援模塊的無人機(jī)變得至關(guān)重要。這類模塊設(shè)計(jì)旨在增強(qiáng)無人機(jī)的適應(yīng)性和多樣性，使其能夠執(zhí)行多種救援任務(wù)。具體來說，救援模塊包括自動(dòng)滅火系統(tǒng)、醫(yī)療急救包投放裝置、生命探測(cè)器以及可部署的通信中繼設(shè)備。滅火系統(tǒng)可以根據(jù)不同類型的火情調(diào)整滅火劑的類型和投放量，提高滅火效率。醫(yī)療急救包投放裝置使無人機(jī)能在關(guān)鍵時(shí)刻向被困者快速提供必要的醫(yī)療支持，如止血帶、燃燒護(hù)理包等緊急醫(yī)療物資。生命探測(cè)器，如紅外熱感攝像系統(tǒng)，能夠在煙霧彌漫的環(huán)境中識(shí)別出人體熱量，為救援人員提供準(zhǔn)確的定位。通信中繼設(shè)備的部署可以在無線信號(hào)不穩(wěn)定的環(huán)境中保障救援通信暢通，確保救援指揮的有效性。通過這些多功能模塊的整合，無人機(jī)將成為災(zāi)難應(yīng)對(duì)中的多面手，能夠在多變的救援場(chǎng)景中發(fā)揮關(guān)鍵作用，提升救援行動(dòng)的響應(yīng)速度和生存率。

2.集成先進(jìn)的救援通信系統(tǒng)

救援任務(wù)中的通信系統(tǒng)對(duì)于協(xié)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)救援行動(dòng)和保證信息流的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。因此，集成先進(jìn)的救援通信系統(tǒng)到多旋翼無人機(jī)中，將極大提升救援操作的整體效率和安全性。這樣的系統(tǒng)應(yīng)涵蓋高頻率的數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠無縫傳輸高清視頻、音頻及大量的傳感器數(shù)據(jù)，及時(shí)反饋火場(chǎng)情況和被困人員信息。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，無人機(jī)需要裝備具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力的硬件，能夠優(yōu)化信號(hào)傳輸和接收的軟件算法。在無人機(jī)的通信系統(tǒng)中，應(yīng)用先進(jìn)的加密技術(shù)，是保證救援行動(dòng)中信息安全的關(guān)鍵[5]。這一系統(tǒng)應(yīng)具備自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能在信號(hào)弱的環(huán)境下自動(dòng)尋找并切換到最優(yōu)的信號(hào)源，確保通信的連續(xù)性和可靠性。救援通信系統(tǒng)還應(yīng)具備與地面救援系統(tǒng)的互操作性，通過標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)無縫的數(shù)據(jù)和信息交換，使地面救援團(tuán)隊(duì)能夠根據(jù)無人機(jī)提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)做出快速而準(zhǔn)確的決策，有效指揮救援行動(dòng)。通過集成這樣的先進(jìn)通信系統(tǒng)，無人機(jī)不僅能提高救援效率，還能增強(qiáng)救援行動(dòng)的戰(zhàn)略性和精確性。

結(jié)語(yǔ)

近年來，隨著無人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，多旋翼無人機(jī)因其機(jī)動(dòng)性高、部署快速且能夠進(jìn)行復(fù)雜操作的特點(diǎn)，逐漸在多種應(yīng)急救援領(lǐng)域中顯示出巨大潛力。特別是在高層建筑火災(zāi)的滅火與救援中，多旋翼無人機(jī)可以快速到達(dá)火場(chǎng)，進(jìn)行災(zāi)情評(píng)估，傳遞實(shí)時(shí)視頻，甚至直接參與滅火和救援行動(dòng)，如投放滅火彈、導(dǎo)引逃生路線等。這些操作原本需要大量人力、物力和時(shí)間投入，現(xiàn)在通過無人機(jī)的介入，可以大幅提升救援效率，降低風(fēng)險(xiǎn)。通過在無人機(jī)系統(tǒng)中集成先進(jìn)的救援通信技術(shù)，能夠確保在緊急救援情況下，指揮中心與現(xiàn)場(chǎng)間的信息流通順暢無阻。這一技術(shù)的應(yīng)用不僅提升了救援行動(dòng)的響應(yīng)速度，也極大增強(qiáng)了災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的情報(bào)收集能力。有效的通信連接確保了多部門協(xié)作的同步性，加強(qiáng)了多角度的災(zāi)害評(píng)估和資源配置效率。因此，無人機(jī)的通信系統(tǒng)升級(jí)是提高城市高層建筑災(zāi)難應(yīng)對(duì)能力的關(guān)鍵措施，對(duì)保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]王蕊.多旋翼無人機(jī)在高層建筑滅火救援中的應(yīng)用與發(fā)展[J].消防界（電子版），2021，7（20）：81+83.

[2]唐曉慶.消防工作中多旋翼無人機(jī)的應(yīng)用探討[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（22）：166-167.

[3]黃贊輝.多旋翼無人機(jī)在高層建筑滅火救援中的應(yīng)用與發(fā)展[J].今日消防，2019，4（03）：14-16.

[4]王海峰.多旋翼無人機(jī)在消防工作中的合理化應(yīng)用[J].消防界（電子版），2017（06）：62.

[5]許濱.淺析小型多旋翼無人機(jī)在消防大中隊(duì)級(jí)滅火救援行動(dòng)及日常工作中的應(yīng)用[J].消防界（電子版），2017（03）：72-73.