消防無(wú)人機(jī)的應(yīng)用助力消防滅火救援工作

毛勇忠 徐剛 丁晨

[摘 要] 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，無(wú)人機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，在我國(guó)交通管理、搶險(xiǎn)救援、媒體錄制、消防滅火等領(lǐng)域得到了較大的應(yīng)用，其中無(wú)人機(jī)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用潛力較大。在處置高層建筑火災(zāi)、化學(xué)危險(xiǎn)品泄漏以及洪澇等自然災(zāi)害事故中，因消防員無(wú)法靠近或進(jìn)入到災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)，一定程度上影響了救援工作，使消防部隊(duì)面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。文章即是對(duì)無(wú)人機(jī)在消防滅火救援工作當(dāng)中的運(yùn)用進(jìn)行研究，探討了無(wú)人機(jī)的原理和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)其在消防滅火工作中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了闡述，并說(shuō)明了未來(lái)我國(guó)消防工作對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用要求。

[關(guān)鍵詞] 無(wú)人機(jī)；消防；滅火救援

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 23. 074

[中圖分類號(hào)] TU998；V294.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2018）23- 0176- 03

1 引 言

在我國(guó)各領(lǐng)域信息化建設(shè)飛速發(fā)展的形勢(shì)下，數(shù)字城市、數(shù)字油田、數(shù)字消防等數(shù)字化建設(shè)進(jìn)程明顯加快，并已經(jīng)取得一定的成果。無(wú)人機(jī)技術(shù)的開發(fā)已經(jīng)經(jīng)歷了近十年的時(shí)間，在各行各業(yè)當(dāng)中都發(fā)揮著重要的推動(dòng)作用，尤其近幾年在消防無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展，如何有效、快速、準(zhǔn)確地開展這項(xiàng)工作就成為現(xiàn)代消防工作的主要研究課題，以便進(jìn)一步保證廣大群眾的生命安全。

2 無(wú)人機(jī)是什么

無(wú)人機(jī)是無(wú)人駕駛飛機(jī)的簡(jiǎn)稱（Unmanned Aerial Vehicle），是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機(jī)，包括無(wú)人直升機(jī)、固定翼機(jī)、多旋翼飛行器、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)。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(yáng)能無(wú)人機(jī)等。從某種角度來(lái)看，無(wú)人機(jī)可以在無(wú)人駕駛的條件下完成復(fù)雜空中飛行任務(wù)和各種負(fù)載任務(wù)，可以被視為“空中機(jī)器人”。

3 消防無(wú)人機(jī)的工作原理

消防無(wú)人機(jī)工作的主要原理在于利用直升機(jī)旋翼的空氣動(dòng)力學(xué)原理，使得無(wú)人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)直升直降，隨時(shí)空中停留，飛行角度自由靈活，一般由飛機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)組成。利用搭載的視頻攝像頭還可以對(duì)周圍環(huán)境圖像進(jìn)行捕捉，無(wú)線圖像傳輸功能將環(huán)境圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲僮髋_(tái)和監(jiān)控器上，借以實(shí)現(xiàn)人工遠(yuǎn)程操作的目的，同時(shí)，彌補(bǔ)了衛(wèi)星遙感經(jīng)常因云層遮擋獲取不到影像缺點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感重訪周期過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)急不及時(shí)等問(wèn)題（如圖1所示）。

4 我國(guó)現(xiàn)代無(wú)人機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

4.1 靈活的機(jī)動(dòng)性

我國(guó)目前應(yīng)用較廣的無(wú)人機(jī)均為輕小型無(wú)人機(jī)，其一般重量均在116千克以下，僅需要1～2 個(gè)人操作即可完成。在道路不暢或環(huán)境較為復(fù)雜的地區(qū)，可以采用徒步攜帶的方式，并且起飛條件無(wú)要求，在各地形都可以升空，甚至可以利用手掌作為支點(diǎn)升空。在飛行過(guò)程中，其機(jī)體飛行方向容易掌握，轉(zhuǎn)彎的半徑較小，機(jī)動(dòng)性極強(qiáng)，反應(yīng)靈敏，可以配合周圍環(huán)境變換不同的飛行角度。

4.2 開闊的視野范圍

無(wú)人機(jī)上一般會(huì)攜帶廣角攝像機(jī)，這一設(shè)備主要就是對(duì)周圍環(huán)境畫面進(jìn)行捕捉，部分無(wú)人機(jī)搭載的攝像頭為360°旋轉(zhuǎn)，而部分則可同時(shí)搭載數(shù)個(gè)攝像頭，完成無(wú)死角觀察，尤其是在低空飛行時(shí)，其攝像頭的分辨率極高。在特殊環(huán)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(huán)境當(dāng)中完成搜救和搶險(xiǎn)的工作。

4.3 搜救的可靠性

在傳統(tǒng)搜救技術(shù)下，面對(duì)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(xiàn)場(chǎng)時(shí)，其搜救效率極低。而無(wú)人機(jī)則可以不懼這些惡劣因素的影響，全天候?qū)λ丫痊F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(wú)人機(jī)廠商讓一鍵起飛、降落、返航、巡航這些功能逐步實(shí)現(xiàn)。2016年3月1日，國(guó)內(nèi)某知名無(wú)人機(jī)廠商在美國(guó)紐約舉行新品發(fā)布會(huì)，發(fā)布了精靈系列新品無(wú)人機(jī)，首次加入的“障礙感知”、“智能跟隨”、“指點(diǎn)飛行”三項(xiàng)創(chuàng)新功能成為最大亮點(diǎn)，讓無(wú)人機(jī)真正地與人工智能進(jìn)行了結(jié)合。

環(huán)境感知與避障（見(jiàn)圖2）：前視障礙物感知系統(tǒng)集成先進(jìn)的傳感器與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，讓無(wú)人機(jī)具備了感知和主動(dòng)避障能力。全新視覺(jué)下視定位系統(tǒng)有效距離達(dá)10米，比上一代提升3倍以上，讓你在室內(nèi)等無(wú)GPS信號(hào)的環(huán)境下也能精準(zhǔn)懸停、穩(wěn)定飛行。

視覺(jué)追蹤（見(jiàn)圖3）：先進(jìn)的圖像識(shí)別技術(shù)讓無(wú)人機(jī)成為你的個(gè)人攝影師，它能識(shí)別和追蹤相機(jī)畫面中的拍攝對(duì)象，并將其鎖定在畫面中央。輕推搖桿就能實(shí)現(xiàn)環(huán)繞，或者拖動(dòng)跟隨對(duì)象重新構(gòu)圖，航拍更加靈活便捷。

指點(diǎn)飛行（見(jiàn)圖4）：無(wú)須掌握熟練的飛行技巧也能隨心飛行，只需點(diǎn)擊屏幕，無(wú)人機(jī)就能向你選擇的方向自主飛行，并自動(dòng)繞開障礙。通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)或返航鍵，還能實(shí)現(xiàn)避障返航，讓飛行器更安全地返回你身邊。

5 無(wú)人機(jī)技術(shù)在消防滅火救援中的應(yīng)用

5.1 災(zāi)情偵查的應(yīng)用

在地震、洪澇或火災(zāi)等災(zāi)情發(fā)生時(shí)，無(wú)人機(jī)可以無(wú)視地形、環(huán)境等條件開展偵查工作，尤其是對(duì)于一些危險(xiǎn)性較高的災(zāi)害區(qū)域，人員不能進(jìn)入，偵查根本無(wú)法有效開展，就必須借助無(wú)人機(jī)迅速展開偵查，第一時(shí)間查出災(zāi)害事故的主要原因，以便指揮員做出正確決策。能夠有效規(guī)避人員傷亡，既能避免人進(jìn)入有毒、易燃易爆等危險(xiǎn)環(huán)境中，又能全面、細(xì)致掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。

同時(shí)，無(wú)人機(jī)本身配備有高效數(shù)據(jù)傳輸功能，對(duì)于災(zāi)害先創(chuàng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)都能夠準(zhǔn)確傳輸回操縱臺(tái)，即便是進(jìn)入到充滿毒氣和易爆物品的環(huán)境當(dāng)中，其偵查效果也不會(huì)受到任何影響。另外，無(wú)人機(jī)上還可以搭載溫度測(cè)量、風(fēng)速測(cè)量等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可以對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行量化分析。

5.2 災(zāi)情監(jiān)控的應(yīng)用

在通常情況下，重大災(zāi)害的現(xiàn)場(chǎng)情況瞬息萬(wàn)變，如果不能夠及時(shí)獲得有效的數(shù)據(jù)，就可能會(huì)延誤救援時(shí)機(jī)或造成救援失誤等情況。利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控追蹤，將災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的變化情況實(shí)時(shí)反饋回控制中心，提升指揮員對(duì)消防員的高效部署，便于各級(jí)指揮部及時(shí)掌握動(dòng)態(tài)災(zāi)害情況，從而做出快速、準(zhǔn)確的對(duì)策，最大限度地減少災(zāi)害損失（如圖5所示）。

5.3 輔助救援的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)在攜帶和使用當(dāng)中具有極強(qiáng)的靈活性，除了其飛行操作靈活性以外，無(wú)人機(jī)上可搭載的設(shè)備種類也比較豐富，除了常規(guī)的攝像頭、擴(kuò)音設(shè)備、語(yǔ)言通話等設(shè)備，方便指揮員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)救援人員發(fā)布命令，還可搭載救生衣、救生圈、泡沫彈進(jìn)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(shè)備等，進(jìn)行輔助滅火救援的災(zāi)害處理。

同時(shí)，無(wú)人機(jī)在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)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(guān)人員按照通道進(jìn)行逃離，確保了救援人員和被困人員的生命安全。

6 未來(lái)消防滅火救援工作對(duì)于無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用要求

6.1 對(duì)抗自然環(huán)境的要求

在消防滅火救援工作當(dāng)中，其災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)變化速度較快，同時(shí)較為復(fù)雜，尤其是火災(zāi)和地震現(xiàn)場(chǎng)，其環(huán)境復(fù)雜程度極高，各種因素都有可能導(dǎo)致災(zāi)害擴(kuò)大。無(wú)人機(jī)的技術(shù)必須滿足未來(lái)?yè)岆U(xiǎn)救災(zāi)工作的需求，首先就必須要保證其穩(wěn)定性，對(duì)于風(fēng)、雨、高溫和爆炸的抵抗能力也必須提升，做到6～7級(jí)風(fēng)下穩(wěn)定作業(yè)、陣風(fēng)8級(jí)可以維持，并且完全防雨雪，適應(yīng)溫度-20℃～60℃，這樣就能夠提升無(wú)人機(jī)在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的使用效率，同時(shí)提升其抗煙霧能力，提高攝像機(jī)的分辨度和可視距離，避免火場(chǎng)濃煙造成的視野受阻，影響救災(zāi)工作開展。

6.2 對(duì)兼容性的要求

未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，要滿足裝備和技術(shù)操作的便捷、全面性，應(yīng)大力增加無(wú)人機(jī)搭載的技術(shù)含量，同時(shí)做好技術(shù)兼容開發(fā)。這樣在不同軟件支持的設(shè)備搭載時(shí)才能夠表現(xiàn)出最佳的應(yīng)用效果，使得溫度測(cè)量、風(fēng)速測(cè)量、語(yǔ)音設(shè)備、坐標(biāo)定位等的操作更加快速、準(zhǔn)確，減少輔助系統(tǒng)對(duì)于主系統(tǒng)的干擾，使無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)集成更加全面，處理能力進(jìn)一步提升。

6.3 對(duì)操作人員的要求

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)在我國(guó)作為新興科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，無(wú)人機(jī)的使用也日趨大眾化，國(guó)家對(duì)于無(wú)人機(jī)的飛行管理逐步提出要求。2015年12月民航局發(fā)布《輕小型無(wú)人機(jī)運(yùn)行（試行）規(guī)定》，無(wú)人機(jī)首次擁有自己的“交通法規(guī)”?，F(xiàn)在“交通法規(guī)”配合“駕駛員規(guī)定”，使無(wú)人機(jī)的政策規(guī)定更加全面。同時(shí)規(guī)定無(wú)人機(jī)駕駛員資質(zhì)及訓(xùn)練質(zhì)量管理由中國(guó)航空器擁有者及駕駛員協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱中國(guó)AOPA）負(fù)責(zé)，這意味著無(wú)人機(jī)駕駛必須“持證上崗”。據(jù)了解，首家無(wú)人機(jī)培訓(xùn)中心落戶合肥。

所以，未來(lái)我國(guó)消防部隊(duì)訓(xùn)練當(dāng)中，應(yīng)加入無(wú)人機(jī)技術(shù)訓(xùn)練課程，要求操作人員必須“持證上崗”，并能夠熟練掌握無(wú)人機(jī)的日常維護(hù)、使用方法等技術(shù)，制定系統(tǒng)化的培訓(xùn)體系，形成具有我國(guó)特色的消防救災(zāi)無(wú)人機(jī)隊(duì)伍，提高救災(zāi)效率。

6.4 對(duì)載物能力的要求

考慮到無(wú)人機(jī)今后不僅要搭載音視頻設(shè)備，還可能承載滅火劑、運(yùn)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(yīng)盡可能地提升無(wú)人機(jī)的載物能力，以滿足今后的發(fā)展需要。

6.5 對(duì)續(xù)航能力的要求

目前，市面上的無(wú)人機(jī)主要采用鋰聚合物電池作為主要?jiǎng)恿?，續(xù)航能力一般在20分鐘至30分鐘之間，冬季不超過(guò)15分鐘。這是無(wú)人機(jī)發(fā)展一個(gè)致命的短板，大大限制了消防無(wú)人機(jī)的整體發(fā)展，若要促進(jìn)消防無(wú)人機(jī)的良性發(fā)展，解決無(wú)人機(jī)電池續(xù)航能力問(wèn)題迫在眉睫。據(jù)了解，國(guó)外一些廠商正在逐步研究燃料電池、太陽(yáng)能電池等續(xù)航久的電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋰電池，從而提高無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力。

7 結(jié) 語(yǔ)

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及其在消防部隊(duì)運(yùn)用的日趨成熟，其必將在抗擊各類災(zāi)害過(guò)程中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到無(wú)人機(jī)在滅火救援中的重要作用，逐步裝備無(wú)人機(jī)，保證了危險(xiǎn)、重大災(zāi)害處理效果的同時(shí)，提高了消防人員的安全，從根本上保證人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，更好地完成各類滅火救援和搶險(xiǎn)救災(zāi)任務(wù)。

主要參考文獻(xiàn)

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