無人機(jī)在消防滅火救援工作中的應(yīng)用

韓曉光

摘要：近年來，很多地方將無人機(jī)應(yīng)用至消防救援當(dāng)中。為了提高消防救援的救援效率，文章從無人機(jī)的角度入手，詳細(xì)闡述了無人機(jī)在未來消防救援中的發(fā)展趨勢，希望能夠?yàn)楝F(xiàn)階段的消防救援工作提供新的思路。

關(guān)鍵詞：城市消防;無人機(jī)應(yīng)用;滅火救援

在21世紀(jì)初，部分國家就開始嘗試?yán)脽o人設(shè)備輔助進(jìn)行救援，但是由于技術(shù)限制，大部分無人設(shè)備都為地面機(jī)械，作用十分有限。隨著20年的技術(shù)積累，再加上無人機(jī)航拍技術(shù)的逐漸成熟，為消防救援的災(zāi)情探查、災(zāi)情監(jiān)控提供了基礎(chǔ)的信息保障。不過，無人機(jī)的作用不止于此，還需要消防人員充分發(fā)揮出無人機(jī)的價(jià)值，盡可能地實(shí)現(xiàn)消防救援的信息化和智能化，以達(dá)到縮短救援時(shí)間的目的。

一、無人機(jī)技術(shù)的概念

與傳統(tǒng)飛行器不同的是，無人機(jī)技術(shù)不需要駕駛員直接進(jìn)入機(jī)體操控。因此，無人機(jī)的體積也得以縮小。在現(xiàn)代技術(shù)的加持下，無人機(jī)的飛行高度、操作精度都得到了顯著提高[1]。在部分無人機(jī)型號中，無人機(jī)還可以搭載專業(yè)的探測設(shè)備，從而能夠完成較為簡單的探測任務(wù)，比如紅外測距、高清攝像等。在部分環(huán)境中，無人機(jī)的小巧靈便也能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)探測的缺點(diǎn)，從而使相關(guān)人員能夠得到更加精確的數(shù)據(jù)。

二、無人機(jī)在消防救援中的作用

（一）輔助繪制消防救援路線圖

在現(xiàn)代建筑中，雖然說建筑本身會留有原設(shè)計(jì)圖以方便后期各種救援維護(hù)工作的展開，但火災(zāi)出現(xiàn)后，建筑類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較大變化，若不能提前對建筑內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行信息收集，那么將直接影響到后期救援工作的展開。無人機(jī)可以利用其小巧輕便的優(yōu)勢直接進(jìn)入建筑內(nèi)部，并能夠通過自身的攜帶裝置輔助進(jìn)行消防路線圖的繪制。而且無人機(jī)可以有效避免高溫對繪圖精度的干擾，從而使路線圖的繪制能夠更加精確。同時(shí)，傳統(tǒng)地面繪圖測距設(shè)備對地面條件有一定的限制，而無人機(jī)的滯空能力可以有效擺脫地面環(huán)境對測距儀器的約束。而且，無人機(jī)的各角度浮空也有利于路線圖繪制人員從多個(gè)角度對火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行判斷，從而制定出更加適合的火災(zāi)救援計(jì)劃[2]。

（二）利用無人機(jī)進(jìn)行簡單的物資運(yùn)輸

在復(fù)雜的建筑救援中，消防人員需要較長的時(shí)間進(jìn)行救援準(zhǔn)備，從而保證救援任務(wù)的安全可靠。不過，較長的救援準(zhǔn)備時(shí)間也會增加受困人員二次遇險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，火災(zāi)也會增加受困人員的體力損耗。這種情況下，救援人員就可以利用無人機(jī)為受災(zāi)人員運(yùn)輸簡單的水、氧氣等基礎(chǔ)資源，從而為救援爭取足夠的時(shí)間。尤其是在地下建筑的火災(zāi)救援中，無人機(jī)更能夠發(fā)揮主體本身的飛行、靈巧優(yōu)勢，降低救援人員的救援壓力，同時(shí)也能夠增加社會人員的被救援信心[3]。

（三）利用無人機(jī)進(jìn)行簡單的信號追蹤

在火災(zāi)救援中，由于建筑物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以對待救人員的信號追蹤也相對較為困難。雖然說部分救援隊(duì)在進(jìn)行救援活動時(shí)會利用大型信號捕獲裝置來確定待救人員的位置，但高溫、復(fù)雜的墻體結(jié)構(gòu)會影響信號的捕獲質(zhì)量，從而使救援人員出現(xiàn)信號誤判的行為。雖然說無人機(jī)一定程度上也會受到高溫和復(fù)雜墻體的影響，但由于其可以直接飛入建筑內(nèi)部，所以其受到的影響也會較小，這也有利于對救援信號的捕獲[4]。

（四）利用無人機(jī)進(jìn)行大范圍的火災(zāi)搜索

除了城市火災(zāi)，還有多種類型火災(zāi)需要進(jìn)行救援。城市火災(zāi)的規(guī)模通常較小，燃燒也相對較為集中。而森林火災(zāi)則會迅速蔓延，燃燒規(guī)模也相對較大。在此類型的火災(zāi)救援中，消防人員需要精準(zhǔn)定位火災(zāi)發(fā)生位置，以確定火災(zāi)發(fā)生原因[5]。在原因確定后才可以進(jìn)行火災(zāi)控制工作。但由于燃燒規(guī)模較大，所以人工定位相當(dāng)困難。而在利用無人機(jī)后，無人機(jī)的巡航能力能夠幫助消防人員迅速確定火災(zāi)發(fā)源地，并能夠通過機(jī)體識別的設(shè)備來判斷火災(zāi)發(fā)生類型，從而制定出對應(yīng)的消防計(jì)劃。

（五）利用無人機(jī)完成簡單作業(yè)

上文也說到，技術(shù)的積累使得無人機(jī)的操作穩(wěn)定性不斷上升，而機(jī)身的輔助設(shè)備也可以使其完成簡單的救援作業(yè)。比如在建筑內(nèi)部電源的切斷上，無人機(jī)的附帶設(shè)備就可以直接對危險(xiǎn)區(qū)域的電源進(jìn)行緊急處理，這能大大增加救援任務(wù)的安全性。同時(shí)，隨著中樞網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在多個(gè)無人機(jī)可以執(zhí)行同一任務(wù)，這也使得無人機(jī)的作業(yè)能力得到了巨大提升。而在部分型號的無人機(jī)中，其甚至開始具備簡單的火災(zāi)處理能力[6]。

三、無人機(jī)應(yīng)用于火災(zāi)救援中的難點(diǎn)

（一）續(xù)航能力較差

在現(xiàn)階段，無人機(jī)的動力來源基本上都為電能，而電能的儲存本身依靠電池，這導(dǎo)致無人機(jī)的應(yīng)用面臨如下困難：

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

在無人機(jī)設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)人員就需要平衡好電池與其他結(jié)構(gòu)的重量分配問題。如果電池重量過大，則會影響到飛行的靈活性和動力需求。實(shí)際上，大多數(shù)無人機(jī)的設(shè)計(jì)都需要在此方面做出取舍。消防救援型無人機(jī)由于作業(yè)任務(wù)較多，所以更要平衡兩者之間的關(guān)系。

2.電池的穩(wěn)定性

消防作業(yè)需要電池直接與高溫環(huán)境進(jìn)行接觸，而部分電池在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定度較差，甚至?xí)霈F(xiàn)爆炸情況，而這也直接影響到無人機(jī)作業(yè)的可行性[7]。除了高溫以外，火災(zāi)現(xiàn)場還會存在著大量的電磁信號干擾，這也會對無人機(jī)的命令控制系統(tǒng)造成影響。

（二）操作精度還難以滿足救援需求

1.長距離操作時(shí)信號容易受到影響

信號接收與操作精度有著較強(qiáng)的綁定關(guān)系，而在長距離操作時(shí)，無人機(jī)的精度控制問題也會暴露無遺。比如在森林火災(zāi)的探測中，大多數(shù)無人機(jī)并不能一次性完成火災(zāi)巡航，基本上也都需要第2批無人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交接[8]。

2.操作延遲較高

從原理上來看，無人機(jī)的操作過程主要分為以下幾個(gè)階段：第一，現(xiàn)場信息處理階段。此階段主要是消防人員通過無人機(jī)對救援現(xiàn)場進(jìn)行判斷，從而快速決定無人機(jī)的下部分操作。第二，無人機(jī)信號反饋階段。此階段主要是無人機(jī)對消防人員的命令進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)消防任務(wù)的發(fā)布。實(shí)際上，無人機(jī)向消防人員的信號傳輸以及消防人員向無人機(jī)信號的傳輸都會出現(xiàn)較大延遲，而這些延遲會直接體現(xiàn)在飛行動作中。如果無人機(jī)上安裝有輔助測量裝置，那么也會影響到輔助測量裝置的測量精度。

3.合作救援能力較差

在大部分的救援活動中，一架無人機(jī)很難滿足救援需求，所以通常需要多個(gè)無人機(jī)進(jìn)行合作作業(yè)。但即便是使用相同型號的無人機(jī)，其信息處理效率、信息處理質(zhì)量都難以滿足火災(zāi)現(xiàn)場的救援需求。

四、無人機(jī)在消防滅火救援工作中的應(yīng)用要點(diǎn)

（一）嘗試避免無人機(jī)的電池問題

無人機(jī)電池方面的問題會直接影響到無人機(jī)的救援質(zhì)量。因此，消防人員可以從以下幾個(gè)角度對電池問題進(jìn)行解決：

1.模塊化電池設(shè)計(jì)

電池直接影響到無人機(jī)的動力輸出，所以在進(jìn)行較大質(zhì)量的外部件安裝時(shí)，就可以通過動態(tài)調(diào)整輸出功率來保證飛行的穩(wěn)定性，而較大的電池?fù)p耗也可以通過更大的電池部件來進(jìn)行能源供給。除此之外，當(dāng)無人機(jī)電量使用完畢時(shí)，模塊化的電池設(shè)計(jì)還可以瞬間完成電能補(bǔ)充，從而縮短救援作業(yè)中的救援真空期。

2.電池隔離技術(shù)

由于高溫會影響電池的使用狀態(tài)，所以電池倉附近可以使用降溫材料來降低火災(zāi)高溫對電池倉的影響。當(dāng)然，電池本身也可以使用耐高溫設(shè)計(jì)，不過成本會相對較高。

3.新型電池技術(shù)

雖然說電池技術(shù)很難取得巨大突破，但從2015年至今，已經(jīng)有了6年多的技術(shù)積累，所以新型的電池技術(shù)也會很快面世，這就需要消防人員積極將其應(yīng)用在無人機(jī)的飛行技術(shù)中，對無人機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行再次調(diào)整，從而使無人機(jī)能夠擁有更好的能源輸出效果。

4.大范圍充電技術(shù)

在手機(jī)科技領(lǐng)域中，部分地區(qū)已經(jīng)提出了整體空間充電的方式。當(dāng)電池處于某個(gè)固定空間中，就會自動完成充電。如果能將其運(yùn)用在火災(zāi)救援中，就能夠?qū)崿F(xiàn)無人機(jī)在短時(shí)間內(nèi)的無限續(xù)航，從而為救援工作爭取更多的有效救援時(shí)間。

（二）搭載更多的外部輔助設(shè)備

1.搭載基本物資

首先，現(xiàn)階段大多數(shù)的無人機(jī)物資搭載都通過框體來進(jìn)行，而框體的不穩(wěn)定性會直接影響到無人機(jī)的飛行狀態(tài)，所以設(shè)計(jì)人員可以設(shè)置物資卡槽，一來能夠提高各類物資的緊急配送效率，二來也能夠提高無人機(jī)的飛行質(zhì)量。同時(shí)，不同物資卡槽也可以及時(shí)對所運(yùn)送物資進(jìn)行區(qū)分，從而提高物資運(yùn)輸質(zhì)量。

2.搭載特殊工程設(shè)備

現(xiàn)階段的無人機(jī)工程設(shè)備的搭載主要為測繪、物資運(yùn)輸，所以設(shè)計(jì)人員還要嘗試將多種設(shè)備配備至無人機(jī)，從而代替消防人員的簡單作業(yè)。比如在火災(zāi)源較小的復(fù)雜建筑中，就可以嘗試直接利用無人機(jī)搭載小型滅火設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的精確撲滅。當(dāng)然，無人機(jī)還可以安裝引導(dǎo)裝置，一來能夠?qū)κ芾藛T進(jìn)行心理安慰;二來還可以對受困人員及時(shí)進(jìn)行行為反饋，從而指導(dǎo)救援作業(yè)的高效進(jìn)行。

3.搭載聯(lián)合作業(yè)設(shè)備

受限于承載能力的影響，大部分無人機(jī)都不支持中型設(shè)備的安裝。因此，消防人員可以嘗試?yán)脽o人機(jī)組來配合進(jìn)行作業(yè)，從而使中型設(shè)備也能夠迅速入場，以滿足各種救援任務(wù)的需要。不過聯(lián)合作業(yè)設(shè)備的安裝需要注意以下幾點(diǎn)：（1）信號的穩(wěn)定性處理。同類型設(shè)備或者是不同無人機(jī)設(shè)備的信號會產(chǎn)生一定干擾，所以要盡可能使用專用通道信號，以保證信號接收的穩(wěn)定性[9]。而對于共同作業(yè)任務(wù)，則可以使用共同信號，不過這要求無人機(jī)要對自己的飛行位置、飛行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)判斷，從而使其能夠?qū)餐盘栠M(jìn)行正確處理。（2）設(shè)備卡槽的安裝。聯(lián)合作業(yè)最重要的就是飛行狀態(tài)下的重心控制，所以分析人員可以使用動態(tài)卡扣來保證飛行狀態(tài)下的重心平穩(wěn)。如果技術(shù)允許，還可以通過自動信息處理技術(shù)來自動進(jìn)行卡扣位置變化，從而進(jìn)一步降低聯(lián)合設(shè)備作業(yè)的壓力。

4.作為其他設(shè)備的前端設(shè)備

對于大部分外部設(shè)備來講，無人機(jī)的存在只是為其數(shù)據(jù)收集提供條件支持，所以很難真正成為其他專業(yè)設(shè)備的前端裝置。因此，無人機(jī)的設(shè)計(jì)人員可以嘗試將無人機(jī)與其他設(shè)備進(jìn)行融合，并為其開展專屬的監(jiān)控、測量模式，從而使無人機(jī)能夠真正發(fā)揮作用，而并非僅僅是作為一個(gè)動態(tài)卡扣。

（三）加強(qiáng)無人機(jī)關(guān)鍵材料的研究

1.機(jī)體材料

機(jī)體材料的性質(zhì)直接影響到無人機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及其他關(guān)鍵部件的位置，所以無人機(jī)設(shè)計(jì)人員要盡可能保證機(jī)體材料的強(qiáng)度和輕質(zhì)，比如可以使用鋁合金、復(fù)合材料以及其他高強(qiáng)度輕質(zhì)材料作為主要機(jī)體材料。如果是在規(guī)模較大的火災(zāi)處理中，比如森林火災(zāi)的處理上，就需要考慮空氣阻力對無人機(jī)的影響，嘗試將碳纖維復(fù)合材料、蜂窩夾層復(fù)合材料、玻璃纖維復(fù)合材料等材料運(yùn)用到飛機(jī)的機(jī)體設(shè)計(jì)中，從而提高無人機(jī)的續(xù)航與飛行穩(wěn)定性。

2.主控芯片的材料設(shè)計(jì)

主控芯片直接關(guān)系著無人機(jī)信號的傳輸穩(wěn)定，并影響飛行動作的表現(xiàn)情況，是無人機(jī)設(shè)計(jì)中的重要組成部分。因此，無人機(jī)設(shè)計(jì)人員需要加強(qiáng)對襯底主要材料的處理，比如嘗試增加硅晶圓的質(zhì)量。而在制作工藝上，要嘗試對傳統(tǒng)的主控芯片處理工藝進(jìn)行改善，并保證制作流程的規(guī)范和制作質(zhì)量。

五、結(jié)語

總而言之，無人機(jī)在未來救援中的救援任務(wù)會越來越多，且任務(wù)類型也會多種多樣，這不僅需要消防人員及時(shí)進(jìn)行無人機(jī)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)化，還需要提高自身的無人機(jī)技術(shù)操作精度，以滿足更多復(fù)雜任務(wù)的需要。當(dāng)然，消防救援團(tuán)隊(duì)也要給予無人機(jī)更多的重視，從而為其提供更多的價(jià)值施展舞臺。

參考文獻(xiàn)：

[1]喬瑛娜.無人機(jī)在消防滅火救援中的應(yīng)用研究[J].今日消防，2020，05（01）：12-13.

[2]劉巧紅.無人機(jī)在消防滅火救援工作中的運(yùn)用實(shí)踐探討[J].消防界（電子版），2020，06（08）：36+38.

[3]朱明.試論無人機(jī)在消防滅火救援中的應(yīng)用[J].今日消防，2020，05（04）：36-37.

[4]范鎮(zhèn).無人機(jī)在消防滅火救援工作中的應(yīng)用思考[J].今日消防，2020，05（05）：6-7.

[5]鄭曦，鄭航.無人機(jī)在消防滅火救援中的應(yīng)用分析[J].低碳世界，2020，10（06）：209-210.

[6]周正超.無人機(jī)在消防滅火救援工作中的運(yùn)用[J].今日消防，2020，05（08）：22-23.

[7]崔建華.無人機(jī)技術(shù)在消防滅火救援中的應(yīng)用探析[J].數(shù)字通信世界，2020（09）：165-166.

[8]高興濤.無人機(jī)在消防滅火救援中的應(yīng)用[J].今日消防，2020，05（09）：22-23.

[9]秦旸.無人機(jī)在消防滅火救援工作中的應(yīng)用[J].化工管理，2021（03）：82-83.