多旋翼無(wú)人機(jī)在城市消防滅火救援中的應(yīng)用

■ 谷天培 保定市消防救援支隊(duì)唐縣消防救援大隊(duì)

研究多旋翼無(wú)人機(jī)在城市消防滅火救援中的應(yīng)用，需明確多旋翼無(wú)人機(jī)的基本概念、應(yīng)用方式，結(jié)合當(dāng)前城市消防滅火救援現(xiàn)狀、客觀所需來(lái)實(shí)現(xiàn)多旋翼無(wú)人機(jī)的靈活使用，并建議消防滅火救援部門結(jié)合當(dāng)?shù)鼗馂?zāi)情形、救援所需來(lái)購(gòu)置對(duì)應(yīng)的多旋翼無(wú)人機(jī)設(shè)備，并對(duì)消防員進(jìn)行無(wú)人機(jī)拋投物資、無(wú)人機(jī)水上拋投牽引、無(wú)人機(jī)破窗彈瞄準(zhǔn)+ 向前噴粉和水、無(wú)人機(jī)破窗彈瞄準(zhǔn)+ 拉水帶滅火等科目系統(tǒng)培訓(xùn)，提升其無(wú)人機(jī)操作水平，使其能靈活地操作無(wú)人機(jī)來(lái)達(dá)到對(duì)應(yīng)的救援目標(biāo)。

一、多旋翼無(wú)人機(jī)的概念

多旋翼無(wú)人機(jī)是由不低于3 個(gè)的旋轉(zhuǎn)機(jī)翼提供飛行動(dòng)力的無(wú)人駕駛飛行器，借助軸上電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，旋翼在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成升推力，其與普通直升機(jī)有所不同，總軸距處于固定狀態(tài)，可通過(guò)改變不同旋翼轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整飛行軌跡。多旋翼無(wú)人機(jī)多是執(zhí)行一些數(shù)機(jī)協(xié)同、航跡跟隨的命令，應(yīng)用到的飛行器控制技術(shù)是空間分布、飛行姿態(tài)的電子敏感閉環(huán)控制，在城市消防滅火救援中實(shí)現(xiàn)多旋翼無(wú)人機(jī)的應(yīng)用，主要是與消防救援傳輸系統(tǒng)、單兵設(shè)備、應(yīng)急布控設(shè)施等搭配使用，以此來(lái)達(dá)到對(duì)應(yīng)的救援目的[1]。

二、多旋翼無(wú)人機(jī)在城市消防滅火救援中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

結(jié)合無(wú)人機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)翼安裝位置、空間布局，其形狀可分為H 型、Y 型、X 型、“+”型等多種模式，對(duì)比其他飛行器來(lái)說(shuō)，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下數(shù)點(diǎn)：其一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。多旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)借助電機(jī)與槳直接連接，通過(guò)無(wú)人機(jī)上的正迎角旋翼來(lái)制造向上的動(dòng)力，再向不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)克服反扭力；因各個(gè)旋翼朝著不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得總扭矩在0 時(shí)，實(shí)現(xiàn)懸停導(dǎo)航；該種飛行器與其他類型的飛行器控制過(guò)程繁瑣異常不用，其只需1 ～2 名操作人員即可完整無(wú)人機(jī)安裝調(diào)試、外部裝備使用與空間移動(dòng)等。其二，機(jī)動(dòng)靈活，不受場(chǎng)合限制。多旋翼無(wú)人機(jī)著陸、升空都比較容易，在城市出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，某些廢墟位置難以提供對(duì)應(yīng)的工作條件，可讓無(wú)人機(jī)在手掌上完成升空、著陸，且在城市各個(gè)復(fù)雜的地理環(huán)境中，不論是接頭小巷，還是建筑密集的水泥叢林，都可按照操作人員的指令來(lái)完成相應(yīng)的救援任務(wù)。其三，穩(wěn)定性高。多旋翼無(wú)人機(jī)通常是選擇定制無(wú)刷電機(jī)、高功率鋰聚合物電池、電子調(diào)速設(shè)備等來(lái)提供動(dòng)力，在增加機(jī)翼數(shù)量時(shí)，安全性、可靠性也會(huì)得到提升，在相關(guān)企業(yè)對(duì)8 旋翼、6 旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行破壞性試驗(yàn)后得出結(jié)論：在破壞一兩個(gè)旋翼后，仍可保持無(wú)人機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。其四，可替換性高。因無(wú)人機(jī)材料重心居中，且是按照模塊化中心設(shè)計(jì)，多旋翼無(wú)人機(jī)在需要時(shí)可直接拆裝外部裝備，并以環(huán)境、任務(wù)差異為標(biāo)準(zhǔn)，選擇更加合適的外部結(jié)構(gòu)，具備相應(yīng)卸載功能的器具，從而實(shí)現(xiàn)消防救援過(guò)程中“一機(jī)在手、別無(wú)他求”的功能性效果，保證救援工作的穩(wěn)定展開[2]。

三、多旋翼無(wú)人機(jī)在城市消防滅火救援中的應(yīng)用途徑

實(shí)現(xiàn)多旋翼無(wú)人機(jī)在城市消防滅火救援中的應(yīng)用，涉及多個(gè)方面的內(nèi)容，就以下數(shù)點(diǎn)展開論述與分析：

（一）多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)功能設(shè)定

民用多旋翼無(wú)人機(jī)在無(wú)線視頻傳輸技術(shù)、運(yùn)載能力、操作控制水平持續(xù)上升的背景下，可用環(huán)境以及執(zhí)行任務(wù)的種類在逐年增多。結(jié)合消防滅火救援工作切實(shí)所需，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)搭載、地面指揮的協(xié)同作用。應(yīng)用在城市消防滅火救援中的多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，在進(jìn)行功能設(shè)定時(shí)，主要包括連個(gè)模塊：其一，多旋翼無(wú)人機(jī)裝載平臺(tái)。包括：音頻采集、音頻輸出功能；視頻采集功能；裝載有滅火彈、救援工具、聚光照明燈；具備GPS 采集、測(cè)風(fēng)溫采集功能。其二，多旋翼無(wú)人機(jī)地面控制平臺(tái)。包括：音頻播放、音頻采集；視頻顯示、視頻保存；投彈控制、投放控制、燈光控制；地圖顯示、軌跡顯示、方向預(yù)警、溫度走勢(shì)。通過(guò)多旋翼無(wú)人機(jī)裝載平臺(tái)、多旋翼無(wú)人機(jī)地面控制平臺(tái)的配合使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的靈活操控，達(dá)到對(duì)應(yīng)的救援目的[3]。

（二）火場(chǎng)偵查

在城市出現(xiàn)火災(zāi)情況時(shí)，可選擇以多旋翼無(wú)人機(jī)來(lái)展開實(shí)時(shí)災(zāi)情偵察、輔助災(zāi)情偵察，一些小型多旋翼無(wú)人機(jī)可在復(fù)雜地形、災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)，以定點(diǎn)定位、全方位、全視角來(lái)展開靈活偵查；尤其是在急難險(xiǎn)重的環(huán)境下，消防人員進(jìn)入會(huì)面臨較大的危險(xiǎn)，且難以達(dá)到理想的偵查效果，造成對(duì)火災(zāi)具體情況的不了解，很難展開具體的救援工作。針對(duì)該種情況，引入小型多旋翼無(wú)人機(jī)，可充分利用其體積小、操作靈活、對(duì)飛行環(huán)境要求低的特點(diǎn)，操作無(wú)人機(jī)進(jìn)入火場(chǎng)的各個(gè)區(qū)域，拍攝火災(zāi)集中蔓延區(qū)域，將拍攝的圖像通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)直接傳輸?shù)较揽刂浦行模阌诂F(xiàn)場(chǎng)指揮員對(duì)火災(zāi)形勢(shì)有一個(gè)大致的把握，尤其是針對(duì)?；贰⒏邔咏ㄖ?、大空間大跨度等類型的火災(zāi)，可通過(guò)無(wú)人機(jī)來(lái)完成近距離、多角度、快速的偵查，并可對(duì)重點(diǎn)險(xiǎn)情區(qū)域展開西鄉(xiāng)偵測(cè)，判斷有無(wú)爆炸物存在、爆炸的可能性；還可了解被困人員的數(shù)量、具體分布位置，通過(guò)無(wú)人機(jī)的語(yǔ)音功能，提示被困人員正確的逃生路徑、自我保護(hù)方法，并按照輕重緩急分配好消防人員力量。通過(guò)有效、實(shí)時(shí)的火場(chǎng)偵查，提升對(duì)火災(zāi)蔓延形勢(shì)的把握，利于指揮人員結(jié)合實(shí)際情況來(lái)調(diào)整救援方略，以此來(lái)達(dá)到更好的救援效果[4]。

（三）提供連續(xù)動(dòng)態(tài)保障

消防人員在進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)后，會(huì)面臨各個(gè)方面的危險(xiǎn)因素，比如爆炸、毒氣泄漏、建筑倒塌等，因個(gè)人視野的局限性，使得很多消防員在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)難以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并規(guī)避危險(xiǎn)因素，而在引入多旋翼無(wú)人機(jī)后，可提前為消防人員“鋪好道路”，預(yù)先按照救援路線到達(dá)指定地點(diǎn)，拍攝動(dòng)態(tài)畫面，或者是直接與指揮中心連線，結(jié)合無(wú)人機(jī)全方位的監(jiān)測(cè)畫面來(lái)判斷當(dāng)?shù)鼐謩?shì)，從而對(duì)火災(zāi)蔓延方向進(jìn)行提前預(yù)測(cè)，并指揮消防人員隨時(shí)調(diào)整救援路線，并對(duì)可能發(fā)生的危險(xiǎn)進(jìn)行提前干預(yù)或者規(guī)避，最大程度地保障消防人員的生命安全，并有效提升救援效果，為消防救災(zāi)提供連續(xù)動(dòng)態(tài)保障。此外，在火災(zāi)比較嚴(yán)峻的現(xiàn)場(chǎng)，各種通信方式可能會(huì)隨時(shí)中斷，可將多旋翼無(wú)人機(jī)來(lái)充當(dāng)臨時(shí)通信臺(tái)，為火災(zāi)內(nèi)外搭建信息通道，保持消防員、受災(zāi)群眾、指揮中心一直處于信息互通的狀態(tài)，可就救援中的諸多問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的溝通，發(fā)揮指揮中心的統(tǒng)籌兼顧、全面指導(dǎo)作用，為消防員、受災(zāi)群眾多加一層安全保障。

（四）空中實(shí)時(shí)偵查

多旋翼無(wú)人機(jī)具體工作模式可由操作人員設(shè)置，以“掃描式”來(lái)完成災(zāi)情的實(shí)時(shí)偵查，借助對(duì)多層、高層建筑的多方位、多角度監(jiān)控，可直接觀察、拍攝處于萌芽階段的災(zāi)情危險(xiǎn)，亦能拍攝火災(zāi)中期救援現(xiàn)場(chǎng)視頻；以安裝在飛行器上的ROM 硬件來(lái)存儲(chǔ)各個(gè)階段的火情視頻、圖像文件，在其他消防、安防監(jiān)控系統(tǒng)中直接接入空中監(jiān)察數(shù)據(jù)流，通過(guò)地面智能控制中心來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)海量文件、圖片、視頻的檢索與調(diào)閱，再以工業(yè)級(jí)PDA 來(lái)完成部分操作、遠(yuǎn)程查閱，開闊偵查視野，保證偵查效果；同時(shí)，可通過(guò)旋翼無(wú)人機(jī)來(lái)定期檢查各處火災(zāi)易發(fā)、頻發(fā)的城市樓宇，檢查其消防安全相關(guān)工作有無(wú)做到位，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)災(zāi)情的提前發(fā)現(xiàn)與及時(shí)干預(yù)，保證城市安全[5]。

（五）輔助救援

多旋翼無(wú)人機(jī)可根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的具體形勢(shì)安裝對(duì)應(yīng)的設(shè)備來(lái)參與輔助性救援，從以下數(shù)點(diǎn)舉例分析：其一，裝備聲光吊艙。借助對(duì)講機(jī)、擴(kuò)音器對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)區(qū)域喊話，以此來(lái)穩(wěn)定受災(zāi)群眾情緒，避免其在慌亂、緊急情況下做出錯(cuò)誤的反應(yīng)，并向其傳遞有用信息，比如告知大樓整體結(jié)構(gòu)、消防器材、逃生通道方向與位置、救援團(tuán)隊(duì)到達(dá)時(shí)間等，讓被困人員在緊急狀況下實(shí)施自救。其二，裝備生命探測(cè)儀。在大型建筑出現(xiàn)火災(zāi)問(wèn)題時(shí)，很多時(shí)候難以及時(shí)撲滅，并可能會(huì)造成建筑倒塌，單靠人力搜救，可能會(huì)錯(cuò)過(guò)最佳救援時(shí)間。針對(duì)該種情況，可裝備生命探測(cè)儀，構(gòu)建一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的生命探測(cè)系統(tǒng)，其包括多旋翼無(wú)人機(jī)、生命探測(cè)儀、與探測(cè)儀連接的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償裝置，以此來(lái)解決以往無(wú)人機(jī)救援過(guò)程中飛行階段難以探測(cè)生命痕跡的弊端，由運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償裝置根據(jù)所述多旋翼無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)位置信息對(duì)所述生命探測(cè)雷達(dá)裝置的雷達(dá)探測(cè)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，讓無(wú)人機(jī)在各個(gè)狀態(tài)下皆能實(shí)時(shí)探測(cè)災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的生命痕跡，提升救援效果。其三，裝備小型滅火裝置。一些大型的多旋翼無(wú)人機(jī)可裝備滅火裝置，在火災(zāi)出現(xiàn)初期階段，可由操作人員直接遙控?zé)o人機(jī)到達(dá)火災(zāi)比較嚴(yán)峻的區(qū)域，投放激光滅火彈，以此來(lái)及時(shí)控制災(zāi)情，在裝備滅火裝置時(shí)需考慮多個(gè)方面的影響因素，比如無(wú)人機(jī)的承重能力、承重對(duì)續(xù)航可能產(chǎn)生的影響等，確保在裝備小型滅火裝置后，不會(huì)影響無(wú)人機(jī)的靈活程度。其四，裝備拋投器。裝備拋投器，并在拋投器上懸掛飲用水、食物、安全繩、防毒面具等，能夠提升被困人員的生存率，并可降低消防人員的負(fù)擔(dān)，讓消防人員能在降低負(fù)載的情況下迅速達(dá)到災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)施救援[6]。

四、多旋翼無(wú)人機(jī)在城市消防滅火救援中的應(yīng)用前景

科學(xué)技術(shù)、信息化技術(shù)的迅速發(fā)展，使得多旋翼無(wú)人機(jī)的整體結(jié)構(gòu)、應(yīng)用性能得以優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)了在城市消防救援中的廣范圍應(yīng)用。在今后的發(fā)展中可向以下多個(gè)方向拓展：

（一）提升無(wú)人機(jī)運(yùn)載能力

無(wú)人機(jī)本身的運(yùn)載能力很大程度上決定了其實(shí)施消防滅火救援的能力，因此未來(lái)無(wú)人機(jī)的發(fā)展方向之一即通過(guò)各種途徑來(lái)提升其本身的運(yùn)載能力，如以色列無(wú)人機(jī)公司開發(fā)的無(wú)人飛行平臺(tái)，其已經(jīng)具備了初步的載人能力，可用于特定區(qū)域的滅火救援任務(wù)，能夠承載大重量的滅火裝備，并在關(guān)鍵時(shí)刻救助災(zāi)民，降低受災(zāi)人員的生命、財(cái)產(chǎn)損失。

（二）實(shí)時(shí)傳輸與判斷高危環(huán)境信息

無(wú)人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)會(huì)面臨各種各樣的環(huán)境，比如有毒、可燃、腐蝕氣體等，要求無(wú)人機(jī)在面對(duì)特殊環(huán)境時(shí)能具備基本的抵抗能力，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)情的有效檢查與監(jiān)督，獲取災(zāi)情變化情況與隱患數(shù)據(jù)，將重要信息借助數(shù)據(jù)云、無(wú)線傳輸?shù)降孛婵刂浦行?，以便及時(shí)提出對(duì)應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略。

（三）滅火救援主力

航空裝備水平不斷提升，使得多旋翼無(wú)人機(jī)的整體性能得以優(yōu)化，不論是荷載能力，還是偵查能力、輔助救援能力等都得到了長(zhǎng)足的提升，逐漸發(fā)展為消防人員滅火救援的主力設(shè)備，以長(zhǎng)沙市云智航科技有限公司自主研發(fā)的旋翼無(wú)人機(jī)云智航“空中水炮”為例，其是一種留式大載重多旋翼無(wú)人機(jī)，通過(guò)地面高壓水泵大載重?zé)o人機(jī)平臺(tái)承載水槍、水管飛往高層起火處直接噴灑滅火，系留供電方式能夠保證滅火無(wú)人機(jī)持續(xù)飛行作業(yè)，無(wú)人機(jī)搭載水帶以3 米/ 秒的速度快速升空，抵達(dá)近高層火源處持續(xù)噴灑滅火水劑直到火源撲滅，在滅火救援中起到了關(guān)鍵的作用。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上，進(jìn)入新時(shí)期以后，城市化進(jìn)程進(jìn)一步加快，更多的高樓大廈投入建設(shè)，為保證城市的安全穩(wěn)定發(fā)展，有必要針對(duì)當(dāng)前頻發(fā)的火災(zāi)問(wèn)題加強(qiáng)消防滅火救援工作，在該種背景下，很多消防滅火救援部門開始嘗試性地在救援工作中引入多旋翼無(wú)人機(jī)裝備，借助該項(xiàng)裝備靈活度高、操作簡(jiǎn)便等特性來(lái)提升救援效率、效果，保障民眾的生命與財(cái)產(chǎn)安全。