消防無人機的應用助力消防滅火救援工作

毛勇忠 徐剛 丁晨

[摘 要] 現代科學技術飛速發展，無人機的開發和應用已經十分普遍，在我國交通管理、搶險救援、媒體錄制、消防滅火等領域得到了較大的應用，其中無人機在消防領域的應用潛力較大。在處置高層建筑火災、化學危險品泄漏以及洪澇等自然災害事故中，因消防員無法靠近或進入到災害事故現場，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中的運用進行研究，探討了無人機的原理和技術優勢，同時對其在消防滅火工作中的實際應用進行了闡述，并說明了未來我國消防工作對無人機技術的應用要求。

[關鍵詞] 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 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）23- 0176- 03

1 引 言

在我國各領域信息化建設飛速發展的形勢下，數字城市、數字油田、數字消防等數字化建設進程明顯加快，并已經取得一定的成果。無人機技術的開發已經經歷了近十年的時間，在各行各業當中都發揮著重要的推動作用，尤其近幾年在消防無人機技術領域得到了快速的發展，如何有效、快速、準確地開展這項工作就成為現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雜空中飛行任務和各種負載任務，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原理，使得無人機能夠實現直升直降，隨時空中停留，飛行角度自由靈活，一般由飛機平臺系統、信息采集系統和地面控制系統組成。利用搭載的視頻攝像頭還可以對周圍環境圖像進行捕捉，無線圖像傳輸功能將環境圖像數據傳輸到操作臺和監控器上，借以實現人工遠程操作的目的，同時，彌補了衛星遙感經常因云層遮擋獲取不到影像缺點，解決了傳統衛星遙感重訪周期過長，應急不及時等問題（如圖1所示）。

4 我國現代無人機技術的優勢

4.1 靈活的機動性

我國目前應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。在道路不暢或環境較為復雜的地區，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，轉彎的半徑較小，機動性極強，反應靈敏，可以配合周圍環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，這一設備主要就是對周圍環境畫面進行捕捉，部分無人機搭載的攝像頭為360°旋轉，而部分則可同時搭載數個攝像頭，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境當中完成搜救和搶險的工作。

4.3 搜救的可靠性

在傳統搜救技術下，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，全天候對搜救現場進行觀察，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。2016年3月1日，國內某知名無人機廠商在美國紐約舉行新品發布會，發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合。

環境感知與避障（見圖2）：前視障礙物感知系統集成先進的傳感器與計算機視覺技術，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有效距離達10米，比上一代提升3倍以上，讓你在室內等無GPS信號的環境下也能精準懸停、穩定飛行。

視覺追蹤（見圖3）：先進的圖像識別技術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。輕推搖桿就能實現環繞，或者拖動跟隨對象重新構圖，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。通過系統平臺或返航鍵，還能實現避障返航，讓飛行器更安全地返回你身邊。

5 無人機技術在消防滅火救援中的應用

5.1 災情偵查的應用

在地震、洪澇或火災等災情發生時，無人機可以無視地形、環境等條件開展偵查工作，尤其是對于一些危險性較高的災害區域，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，第一時間查出災害事故的主要原因，以便指揮員做出正確決策。能夠有效規避人員傷亡，既能避免人進入有毒、易燃易爆等危險環境中，又能全面、細致掌握現場情況。

同時，無人機本身配備有高效數據傳輸功能，對于災害先創的各項數據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境當中，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、風速測量等數據采集設備，可以對災害現場進行量化分析。

5.2 災情監控的應用

在通常情況下，重大災害的現場情況瞬息萬變，如果不能夠及時獲得有效的數據，就可能會延誤救援時機或造成救援失誤等情況。利用無人機進行災情現場的實時監控追蹤，將災害現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災害情況，從而做出快速、準確的對策，最大限度地減少災害損失（如圖5所示）。

5.3 輔助救援的應用

無人機在攜帶和使用當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備種類也比較豐富，除了常規的攝像頭、擴音設備、語言通話等設備，方便指揮員對現場救援人員發布命令，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備等，進行輔助滅火救援的災害處理。

同時，無人機在對現場地形結構數據搜集之后，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的應用要求

6.1 對抗自然環境的要求

在消防滅火救援工作當中，其災害現場變化速度較快，同時較為復雜，尤其是火災和地震現場，其環境復雜程度極高，各種因素都有可能導致災害擴大。無人機的技術必須滿足未來搶險救災工作的需求，首先就必須要保證其穩定性，對于風、雨、高溫和爆炸的抵抗能力也必須提升，做到6～7級風下穩定作業、陣風8級可以維持，并且完全防雨雪，適應溫度-20℃～60℃，這樣就能夠提升無人機在災害現場的使用效率，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，影響救災工作開展。

6.2 對兼容性的要求

未來發展過程中，要滿足裝備和技術操作的便捷、全面性，應大力增加無人機搭載的技術含量，同時做好技術兼容開發。這樣在不同軟件支持的設備搭載時才能夠表現出最佳的應用效果，使得溫度測量、風速測量、語音設備、坐標定位等的操作更加快速、準確，減少輔助系統對于主系統的干擾，使無人機的系統集成更加全面，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業發展迅速，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月民航局發布《輕小型無人機運行（試行）規定》，無人機首次擁有自己的“交通法規”。現在“交通法規”配合“駕駛員規定”，使無人機的政策規定更加全面。同時規定無人機駕駛員資質及訓練質量管理由中國航空器擁有者及駕駛員協會（簡稱中國AOPA）負責，這意味著無人機駕駛必須“持證上崗”。據了解，首家無人機培訓中心落戶合肥。

所以，未來我國消防部隊訓練當中，應加入無人機技術訓練課程，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，制定系統化的培訓體系，形成具有我國特色的消防救災無人機隊伍，提高救災效率。

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，所以應盡可能地提升無人機的載物能力，以滿足今后的發展需要。

6.5 對續航能力的要求

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。這是無人機發展一個致命的短板，大大限制了消防無人機的整體發展，若要促進消防無人機的良性發展，解決無人機電池續航能力問題迫在眉睫。據了解，國外一些廠商正在逐步研究燃料電池、太陽能電池等續航久的電池代替傳統的鋰電池，從而提高無人機的續航能力。

7 結 語

隨著無人機技術的進一步發展及其在消防部隊運用的日趨成熟，其必將在抗擊各類災害過程中發揮越來越重要的作用。應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安全，更好地完成各類滅火救援和搶險救災任務。

主要參考文獻

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