滅火救援行動(dòng)中無(wú)人機(jī)安全飛行技術(shù)研究

摘要：文章圍繞氣象、空間、電磁三類因素對(duì)消防無(wú)人機(jī)安全飛行的影響及應(yīng)對(duì)技術(shù)措施進(jìn)行了分析，對(duì)飛行中的安全問(wèn)題提出了應(yīng)對(duì)建議。

關(guān)鍵詞：消防；無(wú)人機(jī)；作戰(zhàn)訓(xùn)練安全；評(píng)估；管理

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.02.007

中圖分類號(hào)：V 19，TN 92" " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）02-00-03

Research on Safe Flight Technology of UAV in Fire Fighting and Rescue Operation

YANG Haocheng

（Kunming Training Corps of Fire Rescue Bureau， Kunming 650208， China）

Abstract： The author analyzes the impact of meteorological， space and electromagnetic factors on the safe flight of fire UAV and the corresponding technical measures， and puts forward suggestions on the safety problems in flight.

Key words： fire protection; UAV; operational training security; assessment; administration

1" 影響無(wú)人機(jī)飛行安全的因素

1.1 微波電磁環(huán)境

大多數(shù)無(wú)人機(jī)的操控及數(shù)據(jù)傳輸都通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行，無(wú)線電波在開(kāi)放的空間環(huán)境中傳播，受到多種因素的影響，可能造成無(wú)人機(jī)通信不暢、失控、丟失甚至墜毀，嚴(yán)重影響飛行安全，可能導(dǎo)致人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失等嚴(yán)重后果。因此在進(jìn)行飛行前，做好應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備，詳見(jiàn)表1。

無(wú)人機(jī)通信使用的無(wú)線電波面臨的干擾主要為同頻干擾、鄰道干擾及互調(diào)干擾。目前，消防救援隊(duì)伍配備最多的無(wú)人機(jī)及其遙控器均工作在2.4 GHz、5.8 GHz微波頻段，其中，2.4 GHz頻段與遍布城市的無(wú)線路由器及藍(lán)牙設(shè)備的頻段完全重疊，5.8 GHz頻段與雙頻或三頻無(wú)線路由器部分重疊；Wi-Fi及藍(lán)牙設(shè)備雖發(fā)射功率較低，但數(shù)量龐大分布廣泛密集，同一現(xiàn)場(chǎng)還可能出現(xiàn)多架無(wú)人機(jī)同時(shí)工作。另外，除中國(guó)廣電外其他三大電信運(yùn)營(yíng)商的4G TD-LTE頻段也鄰近2.4 GHz頻段且通信基站功率相對(duì)較大，一些大功率無(wú)線電發(fā)射設(shè)備如廣播電視塔、雷達(dá)以及高壓電線等，或是在有金屬礦藏的地方，均可能對(duì)無(wú)人機(jī)無(wú)線電波信號(hào)造成干擾，從而影響無(wú)人機(jī)操控。此外，還要考慮同一現(xiàn)場(chǎng)多架無(wú)人機(jī)同時(shí)作業(yè)的情況下，無(wú)人機(jī)之間相互干擾的可能性，控制同一現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)作業(yè)的無(wú)人機(jī)數(shù)量[1]。

1.2 空間環(huán)境

在到達(dá)任務(wù)區(qū)后，消防無(wú)人機(jī)操作手應(yīng)在飛行前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的空間環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，查找危險(xiǎn)因素，分析風(fēng)險(xiǎn)隱患，并在執(zhí)行飛行的過(guò)程中盡量避開(kāi)。

目前，消防救援隊(duì)伍配備的無(wú)人機(jī)雙向控制及圖傳信道頻率主要為2.4 GHz及5.8 GHz頻段，該頻段無(wú)線電波屬于微波中的厘米波段，此波段的無(wú)線電波傳輸以視距直線傳輸為主，信號(hào)繞過(guò)障礙物能力較差，此時(shí)無(wú)人機(jī)若飛到高樓、山丘后，甚至稍大一些的廣告牌后都可能造成與地面通信信號(hào)中斷，所以無(wú)人機(jī)操作手應(yīng)盡量選擇能同時(shí)目視起降場(chǎng)及飛行任務(wù)區(qū)的安全開(kāi)闊地點(diǎn)操控?zé)o人機(jī)。無(wú)人機(jī)航線應(yīng)盡量避開(kāi)地面人員、裝備密集區(qū)，保持安全高度。金屬對(duì)無(wú)線電波具有反射作用，有些金屬物體雖體積不大，但是同樣對(duì)無(wú)線電波的傳播有很大的影響，可能導(dǎo)致在其后部形成信號(hào)盲區(qū)，飛行中應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，不做無(wú)謂的冒險(xiǎn)嘗試，如圖1所示。

在高樓之間、山區(qū)的峽谷等地點(diǎn)，因地形地物影響容易出現(xiàn)風(fēng)速風(fēng)向突變，形成局部強(qiáng)風(fēng)，無(wú)人機(jī)飛經(jīng)此類區(qū)域時(shí)容易出現(xiàn)突然偏離航線、突然加速或減速、難以操控的現(xiàn)象，對(duì)此無(wú)人機(jī)操作手應(yīng)選擇合適的航線，集中精力謹(jǐn)慎操作。

在燃燒的火場(chǎng)特別是化工企業(yè)類火災(zāi)的現(xiàn)場(chǎng)上空飛行時(shí)，要注意保持安全高度，除了保證目視無(wú)人機(jī)高于火焰，還應(yīng)考慮輻射熱及火場(chǎng)上方空氣受熱運(yùn)動(dòng)的影響。

當(dāng)需要執(zhí)行室內(nèi)、地下等環(huán)境的偵察飛行任務(wù)時(shí)，無(wú)人機(jī)因無(wú)法接收衛(wèi)星定位信號(hào)，可能無(wú)法自主懸停，無(wú)人機(jī)操作手如未經(jīng)充分訓(xùn)練，則難以勝任工作。在飛行時(shí)，應(yīng)為無(wú)人機(jī)加裝保護(hù)罩并使用視覺(jué)定位來(lái)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行輔助穩(wěn)定，盡量不要關(guān)閉避障功能，以直線飛行，當(dāng)需轉(zhuǎn)向時(shí)要先懸停再轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向后觀察清楚才能繼續(xù)前飛，操作要緩慢輕柔，在飛行中如遇碰撞應(yīng)及時(shí)修正，輕柔調(diào)整無(wú)人機(jī)姿態(tài)動(dòng)作，使其保持穩(wěn)定。如遇無(wú)人機(jī)下視定位不可用等情況，無(wú)人機(jī)將進(jìn)入純姿態(tài)模式飛行，此時(shí)操控難度很大，如未經(jīng)充分訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)不足，應(yīng)放棄飛行任務(wù)。飛行結(jié)束后要對(duì)碰撞情況進(jìn)行檢查，并及時(shí)維修更換損壞的部件。當(dāng)前已有可在室內(nèi)、地下自主飛行的無(wú)人機(jī)在研及推出，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，室內(nèi)、地下等復(fù)雜環(huán)境下的偵察可依托此類無(wú)人機(jī)開(kāi)展[2]。

1.3 氣象環(huán)境

在飛行前，無(wú)人機(jī)操作手應(yīng)通過(guò)多種渠道獲取任務(wù)區(qū)氣象信息，對(duì)滅火救援現(xiàn)場(chǎng)是否能夠飛行進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估主要考慮降雨（雪）、風(fēng)力、能見(jiàn)度、氣溫等因素。

在降雨的天氣條件下，應(yīng)首先確認(rèn)無(wú)人機(jī)是否具有防雨能力及最大防雨等級(jí)，可以通過(guò)查閱無(wú)人機(jī)說(shuō)明文件或詢問(wèn)無(wú)人機(jī)廠家等方式進(jìn)行。

風(fēng)力對(duì)無(wú)人機(jī)飛行安全的影響很大，無(wú)人機(jī)操作手應(yīng)了解任務(wù)區(qū)的風(fēng)力情況，對(duì)照無(wú)人機(jī)的最大抗風(fēng)能力等級(jí)評(píng)估能否安全飛行，見(jiàn)表2。

一般來(lái)說(shuō)，在風(fēng)力低于5級(jí)的情況下，目前消防救援隊(duì)伍配備的無(wú)人機(jī)基本都可以安全飛行，但是在飛行時(shí)要注意，在高樓間及峽谷等地形環(huán)境下經(jīng)常容易產(chǎn)生較強(qiáng)的風(fēng)力，可能導(dǎo)致飛行事故。在風(fēng)力達(dá)到6級(jí)時(shí)不建議無(wú)人機(jī)執(zhí)行飛行任務(wù)，當(dāng)超過(guò)6級(jí)時(shí)應(yīng)放棄飛行任務(wù)。在飛行中當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)大提示或無(wú)人機(jī)姿態(tài)不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎操控?zé)o人機(jī)，檢查剩余電量，做好返航降落準(zhǔn)備，難以穩(wěn)定控制時(shí)立即返航。

在有煙霧的情況下，操作無(wú)人機(jī)飛行時(shí)能見(jiàn)度會(huì)變差，在含金屬粉塵的濃煙中無(wú)線信號(hào)傳輸也會(huì)受到嚴(yán)重影響，故應(yīng)盡量避免在煙霧等能見(jiàn)度差的環(huán)境中飛行。當(dāng)確實(shí)需要飛行時(shí)，應(yīng)保持無(wú)人機(jī)各類超聲、光學(xué)傳感器正常工作，謹(jǐn)慎輕柔操作。

氣溫對(duì)無(wú)人機(jī)飛行也有很大影響。首先是使用蓄電池作為動(dòng)力源的無(wú)人機(jī)，電池多為鋰電池，大多數(shù)無(wú)人機(jī)工作環(huán)境溫度為-20～40℃，溫度對(duì)鋰電池的充放電性能的影響很大，隨著溫度降低，電池內(nèi)阻增加，容量下降。以25℃時(shí)無(wú)人機(jī)鋰電池儲(chǔ)能量為參照標(biāo)準(zhǔn)，一般來(lái)說(shuō)，電池充滿后，在氣溫降到0℃時(shí)，可用電量約為25℃時(shí)的2/3；在-10℃時(shí)可用電量約為25℃時(shí)的1/2；在-20℃時(shí)可用電量約為25℃時(shí)的1/3；在-30℃時(shí)可用電量約為25℃時(shí)的1/9。低溫可直接造成無(wú)人機(jī)工作時(shí)間明顯縮短，故在低溫條件下無(wú)人機(jī)執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)要同時(shí)配備燃油發(fā)電機(jī)、快充、排充和電池保溫箱等，并按不低于1：4的比例帶足備用電池，還可考慮對(duì)電池進(jìn)行加、預(yù)熱。此外低溫還會(huì)造成無(wú)人機(jī)表面及旋翼結(jié)冰，影響飛行安全。當(dāng)從低溫的地方進(jìn)入溫度較高的地方時(shí)，無(wú)人機(jī)表面會(huì)產(chǎn)生凝露或結(jié)霧，應(yīng)采用吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行處理。在高于40℃的條件下，應(yīng)盡量避免飛行，若確需執(zhí)行飛行任務(wù)，應(yīng)盡量避免烈日暴曬，保證散熱孔清潔通風(fēng)，縮短飛行時(shí)間，并對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行間歇飛行降溫，同時(shí)避免猛烈操作，防止放電電流過(guò)大使得電池發(fā)熱嚴(yán)重。在飛行中如出現(xiàn)設(shè)備發(fā)燙、數(shù)據(jù)處理頻率下降、相關(guān)操控卡頓等情況，或提示設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行并出現(xiàn)圖傳卡頓的現(xiàn)象，建議停飛并對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行冷卻。

2" 無(wú)人機(jī)飛行安全

2.1 飛行準(zhǔn)備及起降

在對(duì)飛行任務(wù)區(qū)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估確認(rèn)可以飛行后，消防無(wú)人機(jī)操作手才可以起降無(wú)人機(jī)，按照評(píng)估的情況做好安全飛行工作。因無(wú)人機(jī)操作手在飛行時(shí)專注于操控?zé)o人機(jī)，所以在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中應(yīng)設(shè)置安全員和觀察員（可兼任），負(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)操作手及周邊環(huán)境安全保障工作。在群眾較多的現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)人機(jī)起降過(guò)程中需特別注意防止小孩及寵物突然靠近，對(duì)無(wú)人機(jī)起降造成干擾甚至導(dǎo)致人員受傷或無(wú)人機(jī)損毀。當(dāng)無(wú)人機(jī)在飛行中發(fā)生故障或事故時(shí)，首先要確保人員安全，盡量避免傷及人員。

2.2 飛行控制

無(wú)人機(jī)操作手應(yīng)時(shí)刻清楚掌握無(wú)人機(jī)姿態(tài)、飛行時(shí)間、位置及狀態(tài)，確保所剩電量足夠安全返航。在飛行中如出現(xiàn)圖像卡頓、丟失，說(shuō)明信號(hào)可能被遮擋或干擾，必要時(shí)應(yīng)及時(shí)切換操控地點(diǎn)，盡量保持無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中與操作手之間無(wú)遮擋，并適時(shí)調(diào)整遙控器天線姿態(tài)以使信號(hào)主要輻射方向?qū)?zhǔn)無(wú)人機(jī)。在執(zhí)行超視距飛行時(shí)，應(yīng)設(shè)法設(shè)置信號(hào)中繼或配置4G控制模塊，信號(hào)中繼應(yīng)處于操作手與無(wú)人機(jī)之間均無(wú)遮擋的位置。當(dāng)使用4G控制模塊輔助操控時(shí)，因網(wǎng)絡(luò)延遲，無(wú)人機(jī)回傳的圖像及對(duì)無(wú)人機(jī)發(fā)出的操控指令可能存在一定滯后，故應(yīng)避免大動(dòng)作飛行并盡快恢復(fù)遙控器無(wú)線電波直接控制。

2.3 干擾與失控處置

如果無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中遙控器突然顯示“該地為限飛區(qū)、無(wú)人機(jī)即將降落、無(wú)人機(jī)超距離、無(wú)人機(jī)電量不足（電池充足的情況下）”等彈窗，無(wú)人機(jī)自動(dòng)返航，遙控器顯示GNSS信號(hào)突然丟失等情況，說(shuō)明無(wú)人機(jī)可能遭到反制設(shè)備干擾。此時(shí)無(wú)人機(jī)操作手應(yīng)第一時(shí)間切換到姿態(tài)模式，記錄無(wú)人機(jī)所處大概位置，可嘗試讓無(wú)人機(jī)自主返航，如時(shí)嘗試失敗，應(yīng)全手動(dòng)控制無(wú)人機(jī)返航或飛至信號(hào)正常的位置；如果無(wú)人機(jī)自身帶有4G控制功能且公網(wǎng)正常時(shí)，可通過(guò)4G輔助操控?zé)o人機(jī)；如果無(wú)人機(jī)無(wú)法返航或直接墜落，應(yīng)前往相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行查找，必要時(shí)可請(qǐng)公安機(jī)關(guān)或附近單位及群眾給予協(xié)助。針對(duì)此類情況，平時(shí)應(yīng)加強(qiáng)無(wú)人機(jī)操作手的姿態(tài)模式操控能力及第一視角飛行的基本功訓(xùn)練。

3" 保密與隱私保護(hù)

消防無(wú)人機(jī)在滅火救援行動(dòng)中執(zhí)行飛行偵察和圖像采集任務(wù)時(shí)，有可能會(huì)拍攝到涉及國(guó)家或商業(yè)機(jī)密的場(chǎng)所、內(nèi)容，也可能會(huì)拍到不宜向公眾展示的人員傷亡或涉及公民個(gè)人隱私的圖像。

消防無(wú)人機(jī)操作手應(yīng)加強(qiáng)關(guān)于保密及隱私保護(hù)方面法規(guī)的學(xué)習(xí)，牢固樹(shù)立保密與隱私保護(hù)觀念。在滅火救援現(xiàn)場(chǎng)飛行拍攝的圖像視頻數(shù)據(jù)資料，在歸隊(duì)后應(yīng)及時(shí)整理建檔存放于專用的存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)，交由專人負(fù)責(zé)保管，不得隨意對(duì)外提供。

在可能涉及國(guó)家或商業(yè)秘密的航拍圖像采集傳輸過(guò)程中應(yīng)避免使用公網(wǎng)，不要搭載存儲(chǔ)介質(zhì)起飛，在飛行中也不要執(zhí)行拍照攝像操作，在實(shí)時(shí)視頻傳輸過(guò)程中要限制視頻觀看人員范圍并向相關(guān)人員強(qiáng)調(diào)保密紀(jì)律。在需要采集圖像素材進(jìn)行建模制圖及測(cè)繪標(biāo)注時(shí)，如果涉密，則要注意控制可見(jiàn)人員范圍，同時(shí)妥善保管和處理相關(guān)數(shù)據(jù)及存儲(chǔ)介質(zhì)。在采集和處理涉及公民個(gè)人隱私的圖像時(shí)，同樣要采取有效措施，保護(hù)好公民個(gè)人隱私，避免引起不必要的糾紛。

4" 結(jié)束語(yǔ)

為做好消防無(wú)人機(jī)的安全飛行管理工作，除了無(wú)人機(jī)管理者及操作手要熟悉無(wú)人機(jī)操作及性能，還應(yīng)建立適合各地實(shí)際情況的無(wú)人機(jī)及無(wú)人機(jī)操作手的管理使用方面的制度規(guī)定，使得無(wú)人機(jī)在滅火救援行動(dòng)中的應(yīng)用合法、安全、規(guī)范，并不斷提高應(yīng)用水平，對(duì)消防救援隊(duì)伍完成好各類應(yīng)急救援工作提供有力的支撐。■

參考文獻(xiàn)

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