無(wú)人機(jī)在消防滅火救援工作中的應(yīng)用

■韓曉光 鄂爾多斯市杭錦旗消防救援大隊(duì)

在21世紀(jì)初，部分國(guó)家就開(kāi)始嘗試?yán)脽o(wú)人設(shè)備輔助進(jìn)行救援，但是由于技術(shù)限制，大部分無(wú)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(wú)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(guò)，無(wú)人機(jī)的作用不止于此，還需要消防人員充分發(fā)揮出無(wú)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(wú)人機(jī)技術(shù)的概念

與傳統(tǒng)飛行器不同的是，無(wú)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(wú)人機(jī)的體積也得以縮小。在現(xiàn)代技術(shù)的加持下，無(wú)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(wú)人機(jī)型號(hào)中，無(wú)人機(jī)還可以搭載專業(yè)的探測(cè)設(shè)備，從而能夠完成較為簡(jiǎn)單的探測(cè)任務(wù)，比如紅外測(cè)距、高清攝像等。在部分環(huán)境中，無(wú)人機(jī)的小巧靈便也能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)探測(cè)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(wú)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(shuō)建筑本身會(huì)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(kāi)，但火災(zāi)出現(xiàn)后，建筑類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大變化，若不能提前對(duì)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(kāi)。無(wú)人機(jī)可以利用其小巧輕便的優(yōu)勢(shì)直接進(jìn)入建筑內(nèi)部，并能夠通過(guò)自身的攜帶裝置輔助進(jìn)行消防路線圖的繪制。而且無(wú)人機(jī)可以有效避免高溫對(duì)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(cè)距設(shè)備對(duì)地面條件有一定的限制，而無(wú)人機(jī)的滯空能力可以有效擺脫地面環(huán)境對(duì)測(cè)距儀器的約束。而且，無(wú)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(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)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(wú)人機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)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(zhǎng)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(guò)，較長(zhǎng)的救援準(zhǔn)備時(shí)間也會(huì)增加受困人員二次遇險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，火災(zāi)也會(huì)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(wú)人機(jī)為受災(zāi)人員運(yùn)輸簡(jiǎn)單的水、氧氣等基礎(chǔ)資源，從而為救援爭(zhēng)取足夠的時(shí)間。尤其是在地下建筑的火災(zāi)救援中，無(wú)人機(jī)更能夠發(fā)揮主體本身的飛行、靈巧優(yōu)勢(shì)，降低救援人員的救援壓力，同時(shí)也能夠增加社會(huì)人員的被救援信心[3]。

（三）利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的信號(hào)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(duì)待救人員的信號(hào)追蹤也相對(duì)較為困難。雖然說(shuō)部分救援隊(duì)在進(jìn)行救援活動(dòng)時(shí)會(huì)利用大型信號(hào)捕獲裝置來(lái)確定待救人員的位置，但高溫、復(fù)雜的墻體結(jié)構(gòu)會(huì)影響信號(hào)的捕獲質(zhì)量，從而使救援人員出現(xiàn)信號(hào)誤判的行為。雖然說(shuō)無(wú)人機(jī)一定程度上也會(huì)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(huì)較小，這也有利于對(duì)救援信號(hào)的捕獲[4]。

（四）利用無(wú)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(duì)較為集中。而森林火災(zāi)則會(huì)迅速蔓延，燃燒規(guī)模也相對(duì)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(wú)人機(jī)后，無(wú)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(guò)機(jī)體識(shí)別的設(shè)備來(lái)判斷火災(zāi)發(fā)生類型，從而制定出對(duì)應(yīng)的消防計(jì)劃。

（五）利用無(wú)人機(jī)完成簡(jiǎn)單作業(yè)

上文也說(shuō)到，技術(shù)的積累使得無(wú)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(jiǎn)單的救援作業(yè)。比如在建筑內(nèi)部電源的切斷上，無(wú)人機(jī)的附帶設(shè)備就可以直接對(duì)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(wú)人機(jī)可以執(zhí)行同一任務(wù)，這也使得無(wú)人機(jī)的作業(yè)能力得到了巨大提升。而在部分型號(hào)的無(wú)人機(jī)中，其甚至開(kāi)始具備簡(jiǎn)單的火災(zāi)處理能力[6]。

三、無(wú)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(wú)人機(jī)的動(dòng)力來(lái)源基本上都為電能，而電能的儲(chǔ)存本身依靠電池，這導(dǎo)致無(wú)人機(jī)的應(yīng)用面臨如下困難：

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

在無(wú)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(wèn)題。如果電池重量過(guò)大，則會(huì)影響到飛行的靈活性和動(dòng)力需求。實(shí)際上，大多數(shù)無(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)作業(yè)的可行性[7]。除了高溫以外，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)還會(huì)存在著大量的電磁信號(hào)干擾，這也會(huì)對(duì)無(wú)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(zhǎng)距離操作時(shí)信號(hào)容易受到影響

信號(hào)接收與操作精度有著較強(qiáng)的綁定關(guān)系，而在長(zhǎng)距離操作時(shí)，無(wú)人機(jī)的精度控制問(wèn)題也會(huì)暴露無(wú)遺。比如在森林火災(zāi)的探測(cè)中，大多數(shù)無(wú)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(wú)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(lái)看，無(wú)人機(jī)的操作過(guò)程主要分為以下幾個(gè)階段：第一，現(xiàn)場(chǎng)信息處理階段。此階段主要是消防人員通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)救援現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行判斷，從而快速?zèng)Q定無(wú)人機(jī)的下部分操作。第二，無(wú)人機(jī)信號(hào)反饋階段。此階段主要是無(wú)人機(jī)對(duì)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(wú)人機(jī)向消防人員的信號(hào)傳輸以及消防人員向無(wú)人機(jī)信號(hào)的傳輸都會(huì)出現(xiàn)較大延遲，而這些延遲會(huì)直接體現(xiàn)在飛行動(dòng)作中。如果無(wú)人機(jī)上安裝有輔助測(cè)量裝置，那么也會(huì)影響到輔助測(cè)量裝置的測(cè)量精度。

3.合作救援能力較差

在大部分的救援活動(dòng)中，一架無(wú)人機(jī)很難滿足救援需求，所以通常需要多個(gè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行合作作業(yè)。但即便是使用相同型號(hào)的無(wú)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(chǎng)的救援需求。

四、無(wú)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(wú)人機(jī)的電池問(wèn)題

無(wú)人機(jī)電池方面的問(wèn)題會(huì)直接影響到無(wú)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(duì)電池問(wèn)題進(jìn)行解決：

1.模塊化電池設(shè)計(jì)

電池直接影響到無(wú)人機(jī)的動(dòng)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(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出功率來(lái)保證飛行的穩(wěn)定性，而較大的電池?fù)p耗也可以通過(guò)更大的電池部件來(lái)進(jìn)行能源供給。除此之外，當(dāng)無(wú)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(huì)影響電池的使用狀態(tài)，所以電池倉(cāng)附近可以使用降溫材料來(lái)降低火災(zāi)高溫對(duì)電池倉(cāng)的影響。當(dāng)然，電池本身也可以使用耐高溫設(shè)計(jì)，不過(guò)成本會(huì)相對(duì)較高。

3.新型電池技術(shù)

雖然說(shuō)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(huì)很快面世，這就需要消防人員積極將其應(yīng)用在無(wú)人機(jī)的飛行技術(shù)中，對(duì)無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行再次調(diào)整，從而使無(wú)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(huì)自動(dòng)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(wú)人機(jī)在短時(shí)間內(nèi)的無(wú)限續(xù)航，從而為救援工作爭(zhēng)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(wú)人機(jī)物資搭載都通過(guò)框體來(lái)進(jìn)行，而框體的不穩(wěn)定性會(huì)直接影響到無(wú)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(lái)能夠提高各類物資的緊急配送效率，二來(lái)也能夠提高無(wú)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(duì)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(wú)人機(jī)工程設(shè)備的搭載主要為測(cè)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(wú)人機(jī)，從而代替消防人員的簡(jiǎn)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(wú)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(wú)人機(jī)還可以安裝引導(dǎo)裝置，一來(lái)能夠?qū)κ芾藛T進(jìn)行心理安慰；二來(lái)還可以對(duì)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(wú)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(wú)人機(jī)組來(lái)配合進(jìn)行作業(yè)，從而使中型設(shè)備也能夠迅速入場(chǎng)，以滿足各種救援任務(wù)的需要。不過(guò)聯(lián)合作業(yè)設(shè)備的安裝需要注意以下幾點(diǎn)：（1）信號(hào)的穩(wěn)定性處理。同類型設(shè)備或者是不同無(wú)人機(jī)設(shè)備的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生一定干擾，所以要盡可能使用專用通道信號(hào)，以保證信號(hào)接收的穩(wěn)定性[9]。而對(duì)于共同作業(yè)任務(wù)，則可以使用共同信號(hào)，不過(guò)這要求無(wú)人機(jī)要對(duì)自己的飛行位置、飛行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)判斷，從而使其能夠?qū)餐盘?hào)進(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(dòng)態(tài)卡扣來(lái)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(guò)自動(dòng)信息處理技術(shù)來(lái)自動(dòng)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(duì)于大部分外部設(shè)備來(lái)講，無(wú)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(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)人員可以嘗試將無(wú)人機(jī)與其他設(shè)備進(jìn)行融合，并為其開(kāi)展專屬的監(jiān)控、測(cè)量模式，從而使無(wú)人機(jī)能夠真正發(fā)揮作用，而并非僅僅是作為一個(gè)動(dòng)態(tài)卡扣。

（三）加強(qiáng)無(wú)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(wú)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(wú)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(duì)無(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)信號(hào)的傳輸穩(wěn)定，并影響飛行動(dòng)作的表現(xiàn)情況，是無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)中的重要組成部分。因此，無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)人員需要加強(qiáng)對(duì)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(duì)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(yǔ)

總而言之，無(wú)人機(jī)在未來(lái)救援中的救援任務(wù)會(huì)越來(lái)越多，且任務(wù)類型也會(huì)多種多樣，這不僅需要消防人員及時(shí)進(jìn)行無(wú)人機(jī)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)化，還需要提高自身的無(wú)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(wú)人機(jī)更多的重視，從而為其提供更多的價(jià)值施展舞臺(tái)。