無人機在消防應(yīng)急救援中的應(yīng)用研究

趙民生

摘要：消防救援部門擔(dān)負著各種災(zāi)害事故的搶險救援工作，承擔(dān)著防范化解重大安全風(fēng)險的重要職責(zé)，如何全面提升綜合救援能力，更好地完成黨和人民交付的各類任務(wù)是消防救援隊伍亟待解決的問題。而消防無人機由于自身特有的優(yōu)勢極大地提高了救援效率，能夠解決消防救援工作中面臨的困難，在消防救援工作中發(fā)揮著重要作用。

關(guān)鍵詞：無人機；消防；應(yīng)急救援

消防救援隊伍擔(dān)負著守護人民群眾生命財產(chǎn)安全的重要使命。建設(shè)一支職業(yè)化的消防救援隊伍是立足我國基本國情和各類災(zāi)害事故特點，構(gòu)建新時代新時期國家應(yīng)急救援體系的一項重要舉措。我國火災(zāi)事故具有分布地域廣、災(zāi)害種類多、發(fā)生頻率大、救援難度大、人員傷亡多、造成損失大、不確定性和突發(fā)性等特點，火災(zāi)等危險事故一旦發(fā)生，想要在短時間內(nèi)快速撲救難度很大，給消防救援工作帶來了困難。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，消防救援工作迎來了新的機遇。無人機具有機動靈活、操作簡單、視野全面、安全可靠、可選擇性強、運行維護成本低、飛行高度低、機動性強、執(zhí)行任務(wù)能力強等優(yōu)勢，能夠準確捕獲滅火救援現(xiàn)場的影像數(shù)據(jù)資源，為救援工作的開展提供可靠數(shù)據(jù)支撐，能夠滿足不同消防應(yīng)急救援工作需求，普遍受到消防救援人員的青睞。

1 無人機國內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢分析

隨著科技進步，無人系統(tǒng)裝備不斷完善，其在多種行業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用。無人機因其在空中飛行可以到達一些人類不易到達的地方，擁有一些獨特的視角，所以常常被應(yīng)用于災(zāi)難救援等領(lǐng)域。

1.1? 國內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀

2011年，南非Mn Naidoo公司針對災(zāi)難發(fā)生時急需機器人協(xié)作進行有效的搜索和救援這一場景，設(shè)計了一種基于四旋翼平臺的應(yīng)急救援無人機，能夠在災(zāi)難發(fā)生后快速部署到現(xiàn)場為災(zāi)難救助提供可靠的數(shù)據(jù)[1]。2019年，阿爾及利亞的Omar Sami Oubbati研究了利用無人機為城市中的救援車提供引導(dǎo)服務(wù)，在災(zāi)難發(fā)生之后為救援車輛尋找最優(yōu)路徑使其能夠更快到達救援現(xiàn)場[2-3]。2020年，澳大利亞山火爆發(fā)，該國救援隊使用無人機測量過火面積及火災(zāi)提前預(yù)警。2011年，日本核事故后使用無人機偵察核泄漏情況[4-5]。

無人機在我國的各類災(zāi)害救援中得到了廣泛應(yīng)用，2008年，汶川地震后中科院遙感應(yīng)用研究所的周潔萍等人利用飛象1號無人機在云下低空飛行。遙感圖像成為獲取地震災(zāi)區(qū)受災(zāi)信息的重要手段，為抗震救災(zāi)提供了可靠、直觀、及時的地面數(shù)據(jù)。在天津濱海新區(qū)爆炸事故和2018年黑龍江哈爾濱北龍溫泉酒店火災(zāi)、2018年廣東省清遠KTV火災(zāi)、2019年四川涼山原始森林火災(zāi)、2019年江蘇響水爆炸事故等救援中，消防救援部門利用無人機對事故現(xiàn)場進行高空偵察了解現(xiàn)場災(zāi)情，為救援人員提供救援依據(jù)。在2018年山東壽光洪災(zāi)、2021年河南鄭州洪水等自然災(zāi)害應(yīng)對中，無人機為消防救援人員指揮決策提供了有力的信息支撐[6]。

1.2? 無人機的發(fā)展趨勢

目前，歐美等發(fā)達國家的科研機構(gòu)研發(fā)無人機，團隊數(shù)量達到53個，全球無人機生產(chǎn)廠商數(shù)量高達721家。近年來，用于商業(yè)和個人的無人機需求量大漲，無人機整體市場發(fā)展迅速。無人機分為軍用無人機和民用無人機兩大類，其中用于偵察、作戰(zhàn)、運輸物資等的軍用無人機數(shù)量在全球占89%，用于航拍、農(nóng)業(yè)植保、電力航巡等的民用無人機在全球占據(jù)11%。

隨著小米、騰訊等互聯(lián)網(wǎng)巨頭以及蘋果、華為等智能手機巨頭紛紛計劃或者已經(jīng)進入無人機市場，大量無人機創(chuàng)業(yè)公司介入消費級市場。消防救援無人機的發(fā)展趨勢主要有以下4個方面：

第一，機身的隱身化。雷達吸波材料、低噪聲發(fā)動機、防紅外輻射的發(fā)動機燃料等先進隱身技術(shù)和手段將大量用于新型消防救援無人機。

第二，追求高空長航時。利用太陽能來提供動力，保證消防救援無人機能夠飛到最高空并能夠在不同高度上停留幾個月，可以持續(xù)進行情報收集與戰(zhàn)時的觀察任務(wù)。

第三，智能化水平提高。目前的消防救援無人機主要是用人工來控制，這樣很容易受到電磁的攻擊，未來的消防救援無人機既可以用于人工對它實行遠程控制，也可以自主運行，在遇到突發(fā)狀況時，消防救援無人機可以按照預(yù)先編制好的程序、算法技術(shù)，依靠豐富的傳感器和任務(wù)設(shè)備躲避危險，在脫離遠程指揮的情況下來完成任務(wù)。在完成滅火任務(wù)的過程中，消防救援無人機能夠搭載紅外探測設(shè)備，獲取火場救援場面完整的圖像和溫濕度狀態(tài)，并及時發(fā)現(xiàn)可能存在的暗火，協(xié)助留守人員清理火場、防止復(fù)燃，保障工作人員人身安全，助力滅火行動取得勝利。

第四，朝著應(yīng)用場景多元化方向發(fā)展。消防救援無人機能夠搭載消防救援設(shè)備、救生繩索等，替代消防救援人員對火災(zāi)現(xiàn)場的火情就行判斷和撲救，并及時向火災(zāi)受困人員投擲安全緊急物資等。

2 無人機的基本概念及特點、作用

2.1? 無人機的基本概念

無人機是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機，是由遙控站管理的航空器。無人機由飛行器、控制站和通信鏈路3個部分組成。無人機具有極大的商業(yè)價值，被廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)遙感、空中測繪、森林防火、高層建筑滅火、旱情檢測、農(nóng)藥播撒、農(nóng)用植保、國土資源行業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、污染源搜索與測繪、火情監(jiān)測、體育直播、監(jiān)獄巡邏監(jiān)控、邊境高空巡邏、貨物運輸、高空拍攝、軍事偵察、海洋環(huán)保監(jiān)測、電力設(shè)備檢測、輸電線路、交通監(jiān)控、人工降雨、航空攝影等很多領(lǐng)域。無人機行業(yè)正在朝著智能化、隱身化、集成化、民用化等趨勢發(fā)展。無人機主要涉及無人機遙感、通信、自主控制、材料等技術(shù)。

消防無人機致力于解決高層建筑消防世界性難題。滅火救援消防無人機見圖1，該無人機具有經(jīng)濟高效的滅火方式，噴射管頭可伸縮，噴射距離大于10m；具有高安全穩(wěn)定性設(shè)計，使用工業(yè)級飛控加雙冗余飛控系統(tǒng)、緊急安全迫降系統(tǒng)；載重大，可負載25kg；滅火精準，無噴射后坐力；可在危險環(huán)境遠程操控，破窗彈可解決消防高車破窗難的問題；可快速投遞物資彈，幫助受困人群自救脫險；還有操作簡單易學(xué)、能耗低、運營成本低的特點。

2.2? 無人機的特點和作用

無人機具有災(zāi)情偵察、數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控、音視頻傳輸、擴音喊話、實施滅火作業(yè)、輔助救援、應(yīng)急通信照明等功能。其機動靈活不受空間限制，能處理復(fù)雜火場和惡劣救援環(huán)境；功能拓展度高，集中偵察、通信、滅火、救援、照明、運輸?shù)扔猛?；載重大，飛控迅捷，安全穩(wěn)定，滅火方式多樣；操作簡單易學(xué)，能耗低，運營成本低，可靠性高，能夠利用廣角攝像頭對于周圍環(huán)境的圖像進行捕捉。消防無人機在日常消防巡查、災(zāi)情偵查，收集現(xiàn)場關(guān)鍵信息、對災(zāi)情進行實時追蹤、精準滅火、火災(zāi)救援指揮調(diào)度、消防輔助救援等方面起到尤為重要的作用。圖2、圖3分別是無人機在救災(zāi)物資的投送中的應(yīng)用、無人機在消防輔助救援中的應(yīng)用。

同時，無人機也存在一些缺點，比如無人機受天氣影響較大，在海拔3000～4500m的高度上，連續(xù)飛行10～15min后會使飛機受損。無人機的抗風(fēng)和氣流能力較差，在大風(fēng)中容易偏離飛行路線。無人機應(yīng)變能力較差，不能應(yīng)對意外事件的發(fā)生。無人機的機械電子設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，對無人機以及機械設(shè)備都是致命的。

3 無人機應(yīng)用于消防救援工作中的必要性

3.1? 消防救援工作中兩大突出難題

目前，消防救援工作主要面臨著兩大難題：

一是高層建筑消防救援。傳統(tǒng)的消防救援設(shè)備應(yīng)對高層建筑火災(zāi)時存在不足。高層建筑火災(zāi)撲救與人員救援問題成為當(dāng)今消防部門的一個難題。全球消防系統(tǒng)最髙云梯130m，國內(nèi)消防系統(tǒng)最高云梯101m，不能滿足應(yīng)對超高層建筑火災(zāi)的救援需要。二是消防救援中存在“二次傷害事故”，例如危險化工品爆炸等高?；馂?zāi)的不確定性對消防救援人員的生命安全威脅巨大。普通消防車輛噴灑距離有限，需靠近火場作業(yè)，給消防救援人員生命安全帶來極大威脅。另外，在處置山岳、水域救援和山林火災(zāi)時，消防救援人員經(jīng)常面臨著“到不了、靠不上、夠不著”的困境，往往把大量時間和體力用到架設(shè)通道上，容易延誤救援時間和滅火最佳時機。因此，在消防救援工作中需要利用更專業(yè)、更強大、更有效的設(shè)備進行救援。

3.2? 應(yīng)用無人機解決消防救援工作難題的必要性

當(dāng)前，城市人口密集，高層建筑物逐漸增多，易燃易爆危險品時有出現(xiàn)，事故的發(fā)生地點、地形以及環(huán)境決定了救援的難度，事故一旦發(fā)生，對于消防救援人員有非常高的救援風(fēng)險。個別危險區(qū)域救援人員無法到達，如何在最短的時間內(nèi)最大效率完成救援任務(wù)是擺在消防救援人員和科研人員面前亟待解決的難題。同時，城市一旦發(fā)生大型地質(zhì)災(zāi)難需要應(yīng)急救援，城市中的高樓大廈勢必對高空大型無人機的視野造成遮擋，難以探明具體的受災(zāi)情況，發(fā)現(xiàn)被困人員。通過無人機的應(yīng)用能夠完成災(zāi)情偵察和現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息收集，實施行之有效的救援策略，保證消防救援人員的生命安全，對救援方案制定的可行性、科學(xué)性提供了支持和保障，具有重大的應(yīng)用價值。

4 結(jié)語

無人機技術(shù)是一種新型的飛行技術(shù)，無人機具有操作靈活、攜帶方便、適用范圍廣、能夠在惡劣環(huán)境下工作等特點，能夠很好地適應(yīng)災(zāi)后各類環(huán)境。因此，加強對無人機的研究，完善和提高無人機的使用性能具有較強的理論與現(xiàn)實意義。

參考文獻：

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[6]王海峰.多旋翼無人機在消防工作中的合理化應(yīng)用[J].消防界，2017，3（6）：62．

Application of drones in fire emergency rescue

Zhao Minsheng

（Sanmenxia Municipal Fire and Rescue Brigade， Henan Sanmenxia 472000）

Abstract： The fire and rescue department is responsible for the rescue work of various disasters and accidents， and undertakes the important responsibility of preventing and resolving major safety risks. How to comprehensively improve the comprehensive rescue capability and better complete the various tasks delivered by the Party and the people is an urgent problem to be solved by the fire and rescue team. Because of its unique advantages， fire drones greatly improve rescue efficiency， can solve the difficulties faced in fire and rescue work， and play an important role in fire and rescue work.

Keywords： drone; fire fighting; emergency rescue