多旋翼無人機在滅火和搶險救援領域中的實踐運用

摘要：本文在結合消防救援隊伍作戰(zhàn)經驗，分析了多旋翼無人機在滅火作業(yè)、搶險救援過程中的適用場景，進行了適用性探討，對個別運用場景提出了具體方案，探討了無人機在滅火和救援任務中需要改進和加強的方向，簡要提出了無人機裝備應用于消防救援隊伍的建議。

關鍵詞：多旋翼無人機;滅火;搶險救援

中圖分類號：TU998.13+2? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2021）03-0025-02

當前，無人機在火災及各類救援過程中的應用可以為消防指戰(zhàn)員提供現場信息等諸多輔助，將無人機作為消防救援隊伍的常備救援裝備，會是未來滅火和救援裝備轉型升級的方向，也是國家綜合性消防救援隊伍適應“全災種”“大應急”的任務需要。

一、多旋翼無人機在火災救援過程中的應用場景

現場偵查。在現場偵查階段，特別是火勢較大的大跨度大空間、高層、地下空間等環(huán)境下，采用人工偵查的方式危險系數較大、效率較低，難以全面?zhèn)刹橐詫馂默F場的整體情況作出最佳判斷。采用多旋翼無人機偵查作業(yè)的方式，可以充分利用其體積較小、飛行環(huán)境要求較低、操作靈活的特點，通過對于現場的勘察，將現場環(huán)境圖像通過無線網絡實時傳輸至消防指戰(zhàn)員處，可以較為整體地對現場環(huán)境有一個把握[1]。特別是針對大跨度大空間、高層建筑、危化品等類別的火災，可利用無人機進行快速、多角度、近距離的偵查。還可以對重點險情區(qū)域實施細項偵測，綜合判斷是否有爆燃物存在的可能、是否有被困人員及其具體位置等重要信息。

救援疏散。救援疏散是火災救援任務的重要環(huán)節(jié)之一。往往面對火災事故時，由于種種原因，會有周圍群眾的不理性行為發(fā)生，如貿然返回火場或由于群眾性恐慌情緒慌張中選擇錯誤的疏散路線造成的其他危險等發(fā)生，如果不能及時發(fā)現并采取措施，會大大提升火災救援的難度。特別是對于未設置消防廣播的場所，通過加載模塊的方式搭載擴音設備，無人機在火災救援中也可以扮演一個傳遞信息的作用，在必要時可以通過機載的擴音器對于周圍群眾作出指示，緩解群眾的緊張情緒，并能對合理疏散群眾的工作起到良好的輔助作用。

滅火作業(yè)。在滅火作業(yè)過程中，可利用多旋翼無人機靈活起降的特點，輔助或直接參與滅火作業(yè)。除了對火場情況和救援過程的偵查、對火場中進行小規(guī)模的必要工具運輸等傳統(tǒng)外圍輔助應用外，無人機還可以嘗試在更多的使用場景下發(fā)揮作用。在火災救援過程中，煙霧是火災現場的危險源之一?；馂闹幸驘熿F窒息死亡的案例高于直接因燃燒致死的案例。尤其是現代裝修裝飾材料燃燒后會產生大量有毒有害煙氣，同時消耗氧氣，極其不利于人員逃生和救援。此時若建筑物的機械排煙系統(tǒng)故障或排煙效果不理想，伴隨產生的濃煙會增大救援難度和危險。此種情況下，就可以采用無人機搭載破拆工具，在玻璃幕墻、窗戶等薄弱處進行破拆，從而實現排煙效果。特別是在高層建筑或大跨度穹頂需要破拆排煙時，可通過上述途徑快速實施爆破。無人機也可以實現直接地參與滅火作業(yè)，如在高層建筑的滅火環(huán)境下，可以由有較大起飛動力的多旋翼無人機承載小型滅火彈，直接定點投送滅火藥劑或阻燃液體，阻斷火源與氧氣的接觸環(huán)境，達到定點火災撲救的目的[2]。

火場清理。對于在一些例如大跨度大空間、森林滅火作業(yè)等過火面積較大、容易發(fā)生火災復燃的特殊的火災救援任務中，在滅火作業(yè)完成后，對于結果的評估和監(jiān)控也往往較為困難，若采取人工排查不僅工作量大，且目標不明確，效率較低。在這種情況下，無人機也可以有效地發(fā)揮其優(yōu)勢，通過搭載溫感設備或者熱成像檢測設備進行排查，在短時間內較大范圍地監(jiān)測現場情況，提高清理排查的效率。

二、多旋翼無人機在搶險救援過程中的應用

水域救援。在水域救援中，救生器材的精確拋投和牽引繩索的搭建，是開辟救生通道的重要方法，傳統(tǒng)上一般會使用救生拋投器來給被困人員傳遞救生圈。但這種情況下也常會受到射程近、投遞位置不準確等問題的局限，不能快速地營救被困人員。而無人機可以迅速到達被困者的準確位置，精確拋投救生器材，且最遠投放距離可達到1公里，有助于準確高效完成救援任務。

滅蜂救援。目前消防指戰(zhàn)員絕大部分采取的是人工摘除馬蜂窩或利用氣霧殺蟲劑噴射火焰進行燃燒。其有兩大局限：一是不便于清除高空馬蜂窩，比如位于高層建筑屋檐、高大喬木樹冠、樹巔等部分的蜂窩，救援人員不易達到，無法近距離處理;二是安全系數低，無論是高空作業(yè)還是近距離摘取，對救援人員自身的安全均存在較大威脅。近距離摘取時容易被馬蜂蜇，高空作業(yè)時還存在消防指戰(zhàn)員穿著防蜂服時行動不便、通訊不便、容易墜落的危險;利用氣霧殺蟲劑噴射火焰進行燃燒時還存在爆炸危險。利用無人機滅蜂，可最大限度的破解以上局限，極大地降低危險系數，保障施救人員安全，順利完成任務。主要方法：一是利用無人機加載噴火油槍，精準燃燒清除蜂窩;二是對于不便燃燒的場所，如電線、信號塔等設施，可攜帶噴射槍精準注射農藥等滅蜂藥劑，消滅有生馬蜂。此種作業(yè)方式一般兩人一組，要求熟練操作、配合默契，安全上主要注意用油安全和防藥劑中毒。通過實踐，以上方法一般15至20分鐘可完成一個蜂窩處置，具有較高的效率和安全性[3]。

地震和地質災害救援。地震和地質災害救援現場錯綜復雜，地面破壞嚴重，道路阻礙，無人機在此時就有了用武之地。事實上，早在2014年的魯甸地震，由無人機傳回的高分辨率影像圖是我國無人機在地震救援中應用的第一次成功實踐。由無人機勘測現場傳回的三維圖片，可清晰地識別出房屋損毀、山體垮塌滑坡、道路阻毀、水位變化及堰塞湖衍變等情況，能為搶險救援任務的開展提供便利，提供堅實的信息數據支持。同時，無人機還可以完成在地震災區(qū)輔助救援指揮、通信中繼、投放物資設備等傳統(tǒng)上在地震救援中較為困難的工作。伴隨著通信和AI技術的發(fā)展，在未來“無人機+救援機器人”的組合在地震救援中的應用也會成為可能，由無人機搭載輕型救援機器人可以克服震后的復雜環(huán)境，靈活地執(zhí)行任務，提升救援效率[4]。

三、滅火和救援任務對于無人機的發(fā)展要求

由于執(zhí)行滅火和搶險救援任務的特殊性，也對消防用無人機在各項性能等方面提出了高于普通民用無人機的要求，這些同樣是目前的多旋翼無人機急需要加強的方面。

適應復雜惡劣環(huán)境。一是適應火場高溫濃煙環(huán)境。由于消防滅火救援任務所處的環(huán)境是火災現場，無人機執(zhí)行現場低空飛行的偵察任務時，必然會受到高溫環(huán)境的影響，在這種情況下，無人機要想能處于良好的運行狀態(tài)，勢必要有著很強的耐高溫性和防爆性，用耐高溫材料組裝或耐高溫涂層等方法，保障消防用無人機在滅火作業(yè)現場的性能不受環(huán)境影響。二是適應雨中作業(yè)。水域救援的多數情況是暴雨引發(fā)洪水而帶來的救援任務。目前的部分無人機可在小雨中作業(yè)，若能進一步提升抗大雨、暴雨的能力，特別是抗強風能力，其應用前景將更為廣泛。

抗電磁干擾。電磁干擾一直是無人機在飛行過程中的“致命傷”，在電子產品高速發(fā)展的現代，消防任務往往也會在一些電磁干擾較強的區(qū)域進行，會對無人機的行動產生影響。民用無人機一般采用GPS進行導航，模式較為單一，當單一信號受到強干擾時，無人機就會面臨“癱瘓”的風險。故未來應用于火災救援任務的無人機應綜合應用例如GPS、北斗導航、格洛納斯等多頻道的信號，減少因單一衛(wèi)星信號受電磁干擾對于無人機的影響[5]。

高續(xù)航能力?；鸷蛽岆U救援任務經常存在長時間連續(xù)作戰(zhàn)的情況，作業(yè)期間需要無人機全程長時間地執(zhí)行飛行監(jiān)控任務，這又對無人機的續(xù)航能力提出較高的要求。但目前的多旋翼無人機的劣勢就在于其續(xù)航能力較差，多旋翼電驅動無人機實際續(xù)航時間在半小時到1小時之間，油驅動無人機在1-2小時之間，長時間任務的情況下需要多次起降補充油、電，這也影響了其應用于應急救援任務的持續(xù)性、不間斷性。增強多旋翼無人機的續(xù)航能力、嘗試采用混合動力也是在未來多旋翼無人機繼續(xù)發(fā)展的技術提升方向。

四、多旋翼無人機裝備消防隊伍的建議

逐步分級分規(guī)模裝備無人機。多旋翼無人機由于其靈活性和易操作性，可以在滅火和搶險救援中發(fā)揮很大的作用，應用前景良好。但目前消防救援隊伍裝備的無人機數量極少，其實踐運用率也較低，在消防救援隊伍救援裝備轉型升級的大趨勢下，可加快推進多旋翼無人機在消防救援隊伍中的配置，使其成為一種常規(guī)性的救援裝備。在消防救援站（中隊）、大隊、支隊、總隊等不同等級的火災救援任務中相應配置不同規(guī)格型號、數量的無人機，根據區(qū)域任務重點，配備不同的運用功能模塊，做到既能充分利用資源，又能有效地應對不同等級、不同類型的救援任務的需要，保證裝備配備的合理性和實用性。

培養(yǎng)專業(yè)無人機操作手。無人機作為一種科技含量較高的新裝備，在操作、維護、監(jiān)測等方面都需要有專業(yè)的人員去完成，為了讓無人機可以作為一種常規(guī)性救援裝備大范圍裝備至消防救援隊伍，就必須先培訓一支專業(yè)的、技術能力過硬的無人機操作手，滿足復雜情況下的無人機作業(yè)需求。除此之外，還應重視無人機在執(zhí)行任務中的戰(zhàn)術研討，由于我國在火災救援中應用無人機的歷史較短，實戰(zhàn)經驗不充分，在這方面還需要較長時間的實踐積累經驗。

參考文獻：

[1]吳瑞波，程興遠，王征，王霽.淺議多旋翼無人機在城市消防滅火救援中的應用[J].現代制造技術與裝備，2019（06）：147-149.

[2]曹兵.多旋翼無人機在高層建筑消防滅火中的應用[J].智能建筑與智慧城市，2018（05）：42-43.

[3]呂明哲.多旋翼無人機在滅火救援中的應用探析[J].科技創(chuàng)新與應用，2015（33）：297.

[4]邱華.多旋翼無人飛行器在滅火救援現場的應用及展望[J].消防技術與產品信息，2017（02）：47-49.

[5]崔彥琛，吳立志，朱紅偉，崔俊廣.無人機在消防通信中的應用研究[J].消防科學與技術，2019，38（04）：526-529.

作者簡介：夏國森（1986-），男，漢族，本科學歷，四川省南充市蓬安縣消防救援大隊大隊長，長期從事基層消防救援與火災防控工作。