多旋翼無人機在城市消防滅火救援中的應用

■ 谷天培 保定市消防救援支隊唐縣消防救援大隊

研究多旋翼無人機在城市消防滅火救援中的應用，需明確多旋翼無人機的基本概念、應用方式，結合當前城市消防滅火救援現狀、客觀所需來實現多旋翼無人機的靈活使用，并建議消防滅火救援部門結合當地火災情形、救援所需來購置對應的多旋翼無人機設備，并對消防員進行無人機拋投物資、無人機水上拋投牽引、無人機破窗彈瞄準+ 向前噴粉和水、無人機破窗彈瞄準+ 拉水帶滅火等科目系統培訓，提升其無人機操作水平，使其能靈活地操作無人機來達到對應的救援目標。

一、多旋翼無人機的概念

多旋翼無人機是由不低于3 個的旋轉機翼提供飛行動力的無人駕駛飛行器，借助軸上電動機帶動，旋翼在轉動時形成升推力，其與普通直升機有所不同，總軸距處于固定狀態，可通過改變不同旋翼轉速來調整飛行軌跡。多旋翼無人機多是執行一些數機協同、航跡跟隨的命令，應用到的飛行器控制技術是空間分布、飛行姿態的電子敏感閉環控制，在城市消防滅火救援中實現多旋翼無人機的應用，主要是與消防救援傳輸系統、單兵設備、應急布控設施等搭配使用，以此來達到對應的救援目的[1]。

二、多旋翼無人機在城市消防滅火救援中的應用優勢

結合無人機旋轉機翼安裝位置、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，優勢主要體現在以下數點：其一，結構簡單、操作方便。多旋翼無人機動力系統借助電機與槳直接連接，通過無人機上的正迎角旋翼來制造向上的動力，再向不同方向轉動克服反扭力；因各個旋翼朝著不同方向轉動，使得總扭矩在0 時，實現懸停導航；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安裝調試、外部裝備使用與空間移動等。其二，機動靈活，不受場合限制。多旋翼無人機著陸、升空都比較容易，在城市出現火災時，某些廢墟位置難以提供對應的工作條件，可讓無人機在手掌上完成升空、著陸，且在城市各個復雜的地理環境中，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的救援任務。其三，穩定性高。多旋翼無人機通常是選擇定制無刷電機、高功率鋰聚合物電池、電子調速設備等來提供動力，在增加機翼數量時，安全性、可靠性也會得到提升，在相關企業對8 旋翼、6 旋翼無人機進行破壞性試驗后得出結論：在破壞一兩個旋翼后，仍可保持無人機穩定運行。其四，可替換性高。因無人機材料重心居中，且是按照模塊化中心設計，多旋翼無人機在需要時可直接拆裝外部裝備，并以環境、任務差異為標準，選擇更加合適的外部結構，具備相應卸載功能的器具，從而實現消防救援過程中“一機在手、別無他求”的功能性效果，保證救援工作的穩定展開[2]。

三、多旋翼無人機在城市消防滅火救援中的應用途徑

實現多旋翼無人機在城市消防滅火救援中的應用，涉及多個方面的內容，就以下數點展開論述與分析：

（一）多旋翼無人機系統功能設定

民用多旋翼無人機在無線視頻傳輸技術、運載能力、操作控制水平持續上升的背景下，可用環境以及執行任務的種類在逐年增多。結合消防滅火救援工作切實所需，可實現無人機搭載、地面指揮的協同作用。應用在城市消防滅火救援中的多旋翼無人機系統，在進行功能設定時，主要包括連個模塊：其一，多旋翼無人機裝載平臺。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、測風溫采集功能。其二，多旋翼無人機地面控制平臺。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、方向預警、溫度走勢。通過多旋翼無人機裝載平臺、多旋翼無人機地面控制平臺的配合使用，實現對無人機的靈活操控，達到對應的救援目的[3]。

（二）火場偵查

在城市出現火災情況時，可選擇以多旋翼無人機來展開實時災情偵察、輔助災情偵察，一些小型多旋翼無人機可在復雜地形、災情現場，以定點定位、全方位、全視角來展開靈活偵查；尤其是在急難險重的環境下，消防人員進入會面臨較大的危險，且難以達到理想的偵查效果，造成對火災具體情況的不了解，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，可充分利用其體積小、操作靈活、對飛行環境要求低的特點，操作無人機進入火場的各個區域，拍攝火災集中蔓延區域，將拍攝的圖像通過無線網絡直接傳輸到消防控制中心，便于現場指揮員對火災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，可通過無人機來完成近距離、多角度、快速的偵查，并可對重點險情區域展開西鄉偵測，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量、具體分布位置，通過無人機的語音功能，提示被困人員正確的逃生路徑、自我保護方法，并按照輕重緩急分配好消防人員力量。通過有效、實時的火場偵查，提升對火災蔓延形勢的把握，利于指揮人員結合實際情況來調整救援方略，以此來達到更好的救援效果[4]。

（三）提供連續動態保障

消防人員在進入火災現場后，會面臨各個方面的危險因素，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現場難以及時地發現并規避危險因素，而在引入多旋翼無人機后，可提前為消防人員“鋪好道路”，預先按照救援路線到達指定地點，拍攝動態畫面，或者是直接與指揮中心連線，結合無人機全方位的監測畫面來判斷當地局勢，從而對火災蔓延方向進行提前預測，并指揮消防人員隨時調整救援路線，并對可能發生的危險進行提前干預或者規避，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，為消防救災提供連續動態保障。此外，在火災比較嚴峻的現場，各種通信方式可能會隨時中斷，可將多旋翼無人機來充當臨時通信臺，為火災內外搭建信息通道，保持消防員、受災群眾、指揮中心一直處于信息互通的狀態，可就救援中的諸多問題進行及時的溝通，發揮指揮中心的統籌兼顧、全面指導作用，為消防員、受災群眾多加一層安全保障。

（四）空中實時偵查

多旋翼無人機具體工作模式可由操作人員設置，以“掃描式”來完成災情的實時偵查，借助對多層、高層建筑的多方位、多角度監控，可直接觀察、拍攝處于萌芽階段的災情危險，亦能拍攝火災中期救援現場視頻；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、安防監控系統中直接接入空中監察數據流，通過地面智能控制中心來實現對海量文件、圖片、視頻的檢索與調閱，再以工業級PDA 來完成部分操作、遠程查閱，開闊偵查視野，保證偵查效果；同時，可通過旋翼無人機來定期檢查各處火災易發、頻發的城市樓宇，檢查其消防安全相關工作有無做到位，以此來實現對火災災情的提前發現與及時干預，保證城市安全[5]。

（五）輔助救援

多旋翼無人機可根據火災現場的具體形勢安裝對應的設備來參與輔助性救援，從以下數點舉例分析：其一，裝備聲光吊艙。借助對講機、擴音器對火災現場各個區域喊話，以此來穩定受災群眾情緒，避免其在慌亂、緊急情況下做出錯誤的反應，并向其傳遞有用信息，比如告知大樓整體結構、消防器材、逃生通道方向與位置、救援團隊到達時間等，讓被困人員在緊急狀況下實施自救。其二，裝備生命探測儀。在大型建筑出現火災問題時，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，構建一種基于多旋翼無人機的生命探測系統，其包括多旋翼無人機、生命探測儀、與探測儀連接的運動補償裝置，以此來解決以往無人機救援過程中飛行階段難以探測生命痕跡的弊端，由運動補償裝置根據所述多旋翼無人機的實時位置信息對所述生命探測雷達裝置的雷達探測信號進行運動補償，讓無人機在各個狀態下皆能實時探測災情現場可能出現的生命痕跡，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可裝備滅火裝置，在火災出現初期階段，可由操作人員直接遙控無人機到達火災比較嚴峻的區域，投放激光滅火彈，以此來及時控制災情，在裝備滅火裝置時需考慮多個方面的影響因素，比如無人機的承重能力、承重對續航可能產生的影響等，確保在裝備小型滅火裝置后，不會影響無人機的靈活程度。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擔，讓消防人員能在降低負載的情況下迅速達到災情現場，實施救援[6]。

四、多旋翼無人機在城市消防滅火救援中的應用前景

科學技術、信息化技術的迅速發展，使得多旋翼無人機的整體結構、應用性能得以優化，并實現了在城市消防救援中的廣范圍應用。在今后的發展中可向以下多個方向拓展：

（一）提升無人機運載能力

無人機本身的運載能力很大程度上決定了其實施消防滅火救援的能力，因此未來無人機的發展方向之一即通過各種途徑來提升其本身的運載能力，如以色列無人機公司開發的無人飛行平臺，其已經具備了初步的載人能力，可用于特定區域的滅火救援任務，能夠承載大重量的滅火裝備，并在關鍵時刻救助災民，降低受災人員的生命、財產損失。

（二）實時傳輸與判斷高危環境信息

無人機在執行任務時會面臨各種各樣的環境，比如有毒、可燃、腐蝕氣體等，要求無人機在面對特殊環境時能具備基本的抵抗能力，并可實現對災情的有效檢查與監督，獲取災情變化情況與隱患數據，將重要信息借助數據云、無線傳輸到地面控制中心，以便及時提出對應的應對策略。

（三）滅火救援主力

航空裝備水平不斷提升，使得多旋翼無人機的整體性能得以優化，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，逐漸發展為消防人員滅火救援的主力設備，以長沙市云智航科技有限公司自主研發的旋翼無人機云智航“空中水炮”為例，其是一種留式大載重多旋翼無人機，通過地面高壓水泵大載重無人機平臺承載水槍、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持續飛行作業，無人機搭載水帶以3 米/ 秒的速度快速升空，抵達近高層火源處持續噴灑滅火水劑直到火源撲滅，在滅火救援中起到了關鍵的作用。

五、結語

綜上，進入新時期以后，城市化進程進一步加快，更多的高樓大廈投入建設，為保證城市的安全穩定發展，有必要針對當前頻發的火災問題加強消防滅火救援工作，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裝備，借助該項裝備靈活度高、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產安全。