多旋翼無(wú)人機(jī)在滅火救援領(lǐng)域中的作用拓展

吳楠WU Nan

（江北區(qū)消防支隊(duì)，重慶400026）

1 多旋翼無(wú)人機(jī)總論

1.1 多旋翼無(wú)人機(jī)的基本概念 無(wú)人機(jī)是指機(jī)上不搭載駕駛員的飛行器。按照技術(shù)來(lái)劃分，現(xiàn)代無(wú)人飛行器可分為固定翼無(wú)人機(jī)、單旋翼無(wú)人直升機(jī)、多旋翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)、撲翼式微型無(wú)人機(jī)6 大類。其中多旋翼無(wú)人機(jī)（Multi rotor UAV，簡(jiǎn)稱為MUA）由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格相對(duì)低廉的特點(diǎn)，在各領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。其優(yōu)勢(shì)還在于能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降、空中懸停、低空飛行和原地回轉(zhuǎn)等，相對(duì)于單旋翼無(wú)人直升機(jī)有懸停更穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，使其在滅火救援領(lǐng)域有其他類型無(wú)人機(jī)無(wú)法替代的作用。

1.2 多旋翼無(wú)人機(jī)的初步分類 當(dāng)前在滅火救援領(lǐng)域使用最為廣泛，最方便攜帶操作且綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益最為合理的，一般為4 至8 旋翼的X 型微型（或輕型）電動(dòng)（油動(dòng)）多旋翼無(wú)人機(jī)，本文將以此為對(duì)象展開(kāi)討論。

1.3 多旋翼無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)概況 多旋翼無(wú)人機(jī)的基本構(gòu)成部件為電動(dòng)機(jī)（油動(dòng)機(jī)）、電子調(diào)速器、電調(diào)連接板、槳葉、鋰電池（或燃料箱）、機(jī)架和飛行控制系統(tǒng)，并根據(jù)其不同的使用功能可搭載相應(yīng)的設(shè)備。不論是重新設(shè)計(jì)適用于滅火救援行動(dòng)的專用機(jī)型或在現(xiàn)有機(jī)型上進(jìn)行改裝都應(yīng)遵循整體布局的基本要求和原理。

2 多旋翼無(wú)人機(jī)在滅火救援領(lǐng)域中的效能缺陷

2.1 負(fù)重缺陷 由于其特殊的槳葉構(gòu)造和動(dòng)力結(jié)構(gòu)，使普通大中型多旋翼無(wú)人機(jī)的額定載重在處于2～20kg 之間，常用的較小型號(hào)機(jī)型只能載重500～800g，更小機(jī)型根本不能載重，這就決定了在多旋翼無(wú)人機(jī)的作用拓展上不能運(yùn)載較重的裝備。

2.2 續(xù)航缺陷 多旋翼無(wú)人機(jī)在運(yùn)行中必須通過(guò)消耗效率來(lái)實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)變飛行姿態(tài)，當(dāng)今能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)小時(shí)飛行時(shí)間的多旋翼無(wú)人機(jī)如我國(guó)研制的HYDrone-1800 多旋翼無(wú)人機(jī)則采用的氫燃料電池，由于其造價(jià)等方面的問(wèn)題還未能全面應(yīng)用到各領(lǐng)域。綜上所述，多旋翼無(wú)人機(jī)電池續(xù)航的缺陷較為明顯，常用機(jī)型續(xù)航時(shí)間一般在20～25min左右，載重懸停時(shí)間一般不超過(guò)15min。

2.3 氣象缺陷 多旋翼無(wú)人機(jī)至少在三種氣象條件下不適宜飛行：一是三級(jí)以上的風(fēng)；二是下雨天；三是正午陽(yáng)光普照時(shí)。以上氣象條件會(huì)對(duì)飛機(jī)造成失控、短路、干擾信號(hào)等問(wèn)題，從而影響飛行質(zhì)量甚至出現(xiàn)墜機(jī)等事故。

2.4 安全缺陷 雖然時(shí)至今日還沒(méi)有相關(guān)部門(mén)和行業(yè)對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)的安全性能進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)評(píng)估，也沒(méi)有墜機(jī)率的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但從平時(shí)掌握的情況看，墜機(jī)問(wèn)題仍較為常見(jiàn)。雖然目前生產(chǎn)的多旋翼無(wú)人機(jī)普遍都配備自動(dòng)返功能，但由于信號(hào)中斷、電池故障、操作不當(dāng)或其他不可抗外力等引起的墜機(jī)在各品牌中都存在。

3 多旋翼無(wú)人機(jī)在滅火救援領(lǐng)域中的主要功能

3.1 視覺(jué)功能 當(dāng)前將多旋翼無(wú)人機(jī)用于輔助開(kāi)展滅火救援，主要體現(xiàn)在災(zāi)情偵查、監(jiān)控追蹤和決策輔助等方面。災(zāi)情偵查主要是通過(guò)多視角觀察快速掌握火場(chǎng)的基本情況、人員和易燃可燃物受災(zāi)情況、受災(zāi)建筑情況、人員被困地形等，通過(guò)4G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，對(duì)戰(zhàn)斗展開(kāi)提供參考。監(jiān)控追蹤主要是通過(guò)多旋翼無(wú)人機(jī)對(duì)火場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離觀察，掌握災(zāi)情的發(fā)展蔓延趨勢(shì)和滅火救援的執(zhí)行情況。決策輔助主要是可通過(guò)4G 網(wǎng)絡(luò)連接火場(chǎng)傳輸系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)視頻傳輸?shù)礁骷?jí)指揮部，輔助指揮部對(duì)下一步行動(dòng)進(jìn)行決策。但類似作用都較為初級(jí)，均是利用現(xiàn)有多旋翼無(wú)人機(jī)自帶原始功能進(jìn)行的發(fā)散式利用，并未對(duì)機(jī)體進(jìn)行深入的開(kāi)發(fā)利用。

3.2 單一型負(fù)重功能 指在多旋翼無(wú)人機(jī)的額定載重量范圍內(nèi)攜帶滅火救援相關(guān)裝備進(jìn)行傳遞，開(kāi)辟新的運(yùn)輸路線，或者提升滅火救援效率。單一負(fù)重功能的實(shí)現(xiàn)需要對(duì)機(jī)體進(jìn)行較為簡(jiǎn)單的改裝，通過(guò)加裝掛鉤、吊籃、攜行箱等實(shí)現(xiàn)負(fù)重。

3.2.1 攜帶消防裝備 攜帶救援繩索、消防員個(gè)人防護(hù)部件、其他較小的特種裝備等實(shí)現(xiàn)其功能。如在江河和山地救援中，由于受地形、視線和技術(shù)等方面的影響，且為了提高救援的一次性成功率，用多旋翼無(wú)人機(jī)運(yùn)送救援繩索的輔繩顯然比用拋投器更加精準(zhǔn)可靠。再如消防員在特殊環(huán)境下如建筑外墻、江面河面等進(jìn)行作業(yè)時(shí)亟需使用某種器材，也可由多旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行運(yùn)送。

3.2.2 攜帶逃生器材 可提前設(shè)計(jì)制作好 “無(wú)人機(jī)逃生攜行包”，內(nèi)裝逃生所需的繩索、緩降器、防煙面罩、救生衣、純凈水、使用說(shuō)明書(shū)等物，對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的被困人員進(jìn)行輸送。如載重量有限可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分包裝運(yùn)，分清輕重緩急。

3.2.3 運(yùn)載逃生人員 其基本要求是必須使用大型多旋翼載人無(wú)人機(jī)。如我國(guó)億航公司生產(chǎn)的“億航184”8 旋翼無(wú)人機(jī)可載1 人，續(xù)航時(shí)間23min，巡航速度可達(dá)100km/h，設(shè)有獨(dú)立載人機(jī)艙，能夠代替直升機(jī)完成被困人員的營(yíng)救和疏散行動(dòng)。但目前載人機(jī)在安全層面和操作的合法性層面還沒(méi)有得到認(rèn)可，國(guó)內(nèi)外大量載人機(jī)還停留在研發(fā)實(shí)驗(yàn)階段，并沒(méi)有大規(guī)模投放市場(chǎng)。

3.2.4 架設(shè)無(wú)線通信 在受災(zāi)嚴(yán)重、通信信號(hào)中斷的情況下，可利用多旋翼無(wú)人機(jī)在較高點(diǎn)擔(dān)當(dāng)通信中繼，充當(dāng)臨時(shí)轉(zhuǎn)信臺(tái)，建立起無(wú)線通信鏈路。

3.3 復(fù)合型負(fù)重功能 除單一實(shí)現(xiàn)負(fù)重功能外，可通過(guò)深入改造機(jī)體或增加功能性模塊，讓多旋翼無(wú)人機(jī)主動(dòng)參與到直接或間接的滅火救援行動(dòng)中。這就對(duì)研發(fā)能力和工藝水平提出了新的要求，尤其是必須有相應(yīng)的操作系統(tǒng)，后文將具體討論。

3.3.1 直接參與滅火救援行動(dòng) 指多旋翼無(wú)人機(jī)在滅火救援的某一階段直接成為行動(dòng)的實(shí)施主體，如針對(duì)高層建筑火災(zāi)中的初起火點(diǎn)、保護(hù)重點(diǎn)區(qū)域等可采取多旋翼無(wú)人機(jī)投放滅火彈、噴射脈沖水流等進(jìn)行直接滅火。又如在易燃易爆或其他化工泄露現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行堵漏作業(yè)時(shí)可采取多旋翼無(wú)人機(jī)攜帶注入式堵漏器材實(shí)施堵漏任務(wù)。

3.3.2 間接輔助滅火救援行動(dòng) 指多旋翼無(wú)人機(jī)通過(guò)其攜帶的模塊間接為滅火救援行動(dòng)服務(wù)，如在鋼結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)撲救時(shí)可攜帶測(cè)溫儀隨時(shí)掌握建筑外部溫度，從而判斷建筑的穩(wěn)定性。再如可攜帶可燃?xì)怏w探測(cè)儀在易燃易爆或其他化工泄露現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行偵檢，從而避免消防人員進(jìn)入有毒有害或易燃易爆區(qū)域。又如在夜間或斷電環(huán)境下的地下、隧道等零視距情況下通過(guò)裝載紅外線攝像頭可實(shí)施火點(diǎn)探測(cè)、人員搜救等行動(dòng)。

4 多旋翼無(wú)人機(jī)用于滅火救援領(lǐng)域的衍生需求

4.1 體系建設(shè) 使用多旋翼無(wú)人機(jī)應(yīng)建立相對(duì)完善的體系，首先是要有一個(gè)高度智能化的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，建立含有指揮控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路地面終端、地面輔助設(shè)備系統(tǒng)等在內(nèi)的地面站和存放相關(guān)模塊、設(shè)備并具備維修功能的機(jī)庫(kù)等。在飛行機(jī)組建設(shè)方面也要有完整的隊(duì)伍體系，必須明確駕駛員、機(jī)長(zhǎng)、觀測(cè)員、機(jī)修師等崗位人員。

4.2 操作系統(tǒng) 目前各品牌多旋翼無(wú)人機(jī)都搭載了較為成熟的操作系統(tǒng)，能夠輕松完成視頻傳輸、攝影攝像、測(cè)繪等功能。但對(duì)于某一領(lǐng)域的專用機(jī)型來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)商會(huì)根據(jù)其足夠的市場(chǎng)需求和銷量定制操作系統(tǒng)，例如大疆公司在售的農(nóng)業(yè)植保機(jī)因其裝配了農(nóng)林噴灑設(shè)備，基本都采用了A3 飛控系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了專業(yè)的“大疆農(nóng)業(yè)管理平臺(tái)”作為聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。而將多旋翼無(wú)人機(jī)運(yùn)用到滅火救援領(lǐng)域尤其是實(shí)現(xiàn)其復(fù)合型負(fù)重功能時(shí)，由于其操作距離較遠(yuǎn)、功能繁瑣等問(wèn)題，最優(yōu)方案是進(jìn)行專用操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研制，并實(shí)現(xiàn)模塊化專用機(jī)型的量產(chǎn)。

4.3 人才隊(duì)伍 無(wú)人機(jī)雖名為“無(wú)人”，實(shí)際還是由人在進(jìn)行操作。將多旋翼無(wú)人機(jī)運(yùn)用到滅火救援領(lǐng)域，其中重要因素就是要建立較為完備的人才隊(duì)伍，必須考慮軍地兩方面的需求：一方面要具備全國(guó)統(tǒng)一認(rèn)證的無(wú)人機(jī)操作資質(zhì)，即考取民用無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員合格證（AOPA 合格證）；另一方面要有消防滅火救援方面的知識(shí)技能，最好是通過(guò)消防員職業(yè)鑒定等級(jí)考試，并通過(guò)實(shí)踐逐步走向更高檔次的操作崗位。

4.4 建章立制 目前全國(guó)消防部隊(duì)還沒(méi)有設(shè)置無(wú)人機(jī)操作所涉及的隊(duì)、班或崗位，甚至在戰(zhàn)斗編程上都沒(méi)有設(shè)置無(wú)人機(jī)操作員，基本都是相關(guān)崗位兼顧其職，更沒(méi)有相應(yīng)的管理制度。所以，要推廣并深化無(wú)人機(jī)在滅火救援領(lǐng)域的應(yīng)用需要從建章立制入手，形成行之有效的管理和人才培養(yǎng)機(jī)制，突出其專業(yè)化、單一化程度，保留專業(yè)人才和研發(fā)力量，為深化無(wú)人機(jī)在滅火救援領(lǐng)域的應(yīng)用集聚力量。

4.5 法律問(wèn)題 無(wú)規(guī)矩不成方圓，無(wú)人機(jī)的發(fā)展歷程一直就伴隨著相關(guān)法律問(wèn)題的探討和法律條文的出臺(tái)。2003 年我國(guó)開(kāi)始施行的《通用航空飛行管制條例》中就明確規(guī)定無(wú)人機(jī)用于民用業(yè)務(wù)時(shí)必須當(dāng)作通用航空飛機(jī)對(duì)待。2009 年至2015 年間民航局先后頒布了《民用無(wú)人機(jī)空中交通管理辦法》等6 部針對(duì)民用無(wú)人機(jī)的管理辦法，對(duì)適飛情況和禁飛情況及相關(guān)的權(quán)責(zé)進(jìn)行了明確規(guī)定。2017 年6 月1 日，號(hào)稱史上最嚴(yán)的《民用無(wú)人駕駛航空器實(shí)名制登記管理規(guī)定》頒布實(shí)施，對(duì)無(wú)人機(jī)和操作員進(jìn)行“雙實(shí)名”管理，并嚴(yán)格劃定禁飛區(qū)。一些生產(chǎn)廠商也積極響應(yīng)，如大疆公司就裝載了GEO 系統(tǒng)配合民航局對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行區(qū)域管理。如要將多旋翼無(wú)人機(jī)廣泛應(yīng)用于滅火救援領(lǐng)域就必須要正式法律問(wèn)題，嚴(yán)格按照民航部門(mén)的要求進(jìn)行申報(bào)、考證、解碼等手續(xù)，杜絕出現(xiàn)“黑飛” 現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的快速發(fā)展和全社會(huì)對(duì)消防工作的高度重視，多旋翼無(wú)人機(jī)運(yùn)用到滅火救援領(lǐng)域是大勢(shì)所趨，但也要正視機(jī)型自身所存在的短板和功能開(kāi)發(fā)必須經(jīng)歷的過(guò)程。只有準(zhǔn)確掌握多旋翼無(wú)人機(jī)的基本原理、市場(chǎng)成熟度和滅火救援工作對(duì)其的需求導(dǎo)向，才能乘勢(shì)而上、因勢(shì)而動(dòng)，才能繼續(xù)拓展多旋翼無(wú)人機(jī)在滅火救援領(lǐng)域的作用，使其更好服務(wù)于滅火救援實(shí)踐。