消防无人机的应用助力消防灭火救援工作

毛勇忠 徐刚 丁晨

[摘 要] 现代科学技术飞速发展，无人机的开发和应用已经十分普遍，在我国交通管理、抢险救援、媒体录制、消防灭火等领域得到了较大的应用，其中无人机在消防领域的应用潜力较大。在处置高层建筑火灾、化学危险品泄漏以及洪涝等自然灾害事故中，因消防员无法靠近或进入到灾害事故现场，一定程度上影响了救援工作，使消防部队面临着严峻的考验。文章即是对无人机在消防灭火救援工作当中的运用进行研究，探讨了无人机的原理和技术优势，同时对其在消防灭火工作中的实际应用进行了阐述，并说明了未来我国消防工作对无人机技术的应用要求。

[关键词] 无人机；消防；灭火救援

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 23. 074

[中图分类号] TU998；V294.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2018）23- 0176- 03

1 引 言

在我国各领域信息化建设飞速发展的形势下，数字城市、数字油田、数字消防等数字化建设进程明显加快，并已经取得一定的成果。无人机技术的开发已经经历了近十年的时间，在各行各业当中都发挥着重要的推动作用，尤其近几年在消防无人机技术领域得到了快速的发展，如何有效、快速、准确地开展这项工作就成为现代消防工作的主要研究课题，以便进一步保证广大群众的生命安全。

2 无人机是什么

无人机是无人驾驶飞机的简称（Unmanned Aerial Vehicle），是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机，包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。广义地看也包括临近空间飞行器（20～100公里空域），如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。从某种角度来看，无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务，可以被视为“空中机器人”。

3 消防无人机的工作原理

消防无人机工作的主要原理在于利用直升机旋翼的空气动力学原理，使得无人机能够实现直升直降，随时空中停留，飞行角度自由灵活，一般由飞机平台系统、信息采集系统和地面控制系统组成。利用搭载的视频摄像头还可以对周围环境图像进行捕捉，无线图像传输功能将环境图像数据传输到操作台和监控器上，借以实现人工远程操作的目的，同时，弥补了卫星遥感经常因云层遮挡获取不到影像缺点，解决了传统卫星遥感重访周期过长，应急不及时等问题（如图1所示）。

4 我国现代无人机技术的优势

4.1 灵活的机动性

我国目前应用较广的无人机均为轻小型无人机，其一般重量均在116千克以下，仅需要1～2 个人操作即可完成。在道路不畅或环境较为复杂的地区，可以采用徒步携带的方式，并且起飞条件无要求，在各地形都可以升空，甚至可以利用手掌作为支点升空。在飞行过程中，其机体飞行方向容易掌握，转弯的半径较小，机动性极强，反应灵敏，可以配合周围环境变换不同的飞行角度。

4.2 开阔的视野范围

无人机上一般会携带广角摄像机，这一设备主要就是对周围环境画面进行捕捉，部分无人机搭载的摄像头为360°旋转，而部分则可同时搭载数个摄像头，完成无死角观察，尤其是在低空飞行时，其摄像头的分辨率极高。在特殊环境下，例如洞穴、坍塌房屋、夜间等，还可以为摄像头配备红外夜视装置，使其能够在不同的环境当中完成搜救和抢险的工作。

4.3 搜救的可靠性

在传统搜救技术下，面对暴雨、高温、泥石流等恶劣天气，或者含有剧毒气体、易爆、易坍塌等现场时，其搜救效率极低。而无人机则可以不惧这些恶劣因素的影响，全天候对搜救现场进行观察，并且完全保证了搜救人员的安全。

4.4 操作的智能化

这几年各种无人机厂商让一键起飞、降落、返航、巡航这些功能逐步实现。2016年3月1日，国内某知名无人机厂商在美国纽约举行新品发布会，发布了精灵系列新品无人机，首次加入的“障碍感知”、“智能跟随”、“指点飞行”三项创新功能成为最大亮点，让无人机真正地与人工智能进行了结合。

环境感知与避障（见图2）：前视障碍物感知系统集成先进的传感器与计算机视觉技术，让无人机具备了感知和主动避障能力。全新视觉下视定位系统有效距离达10米，比上一代提升3倍以上，让你在室内等无GPS信号的环境下也能精准悬停、稳定飞行。

视觉追踪（见图3）：先进的图像识别技术让无人机成为你的个人摄影师，它能识别和追踪相机画面中的拍摄对象，并将其锁定在画面中央。轻推摇杆就能实现环绕，或者拖动跟随对象重新构图，航拍更加灵活便捷。

指点飞行（见图4）：无须掌握熟练的飞行技巧也能随心飞行，只需点击屏幕，无人机就能向你选择的方向自主飞行，并自动绕开障碍。通过系统平台或返航键，还能实现避障返航，让飞行器更安全地返回你身边。

5 无人机技术在消防灭火救援中的应用

5.1 灾情侦查的应用

在地震、洪涝或火灾等灾情发生时，无人机可以无视地形、环境等条件开展侦查工作，尤其是对于一些危险性较高的灾害区域，人员不能进入，侦查根本无法有效开展，就必须借助无人机迅速展开侦查，第一时间查出灾害事故的主要原因，以便指挥员做出正确决策。能够有效规避人员伤亡，既能避免人进入有毒、易燃易爆等危险环境中，又能全面、细致掌握现场情况。

同时，无人机本身配备有高效数据传输功能，对于灾害先创的各项数据都能够准确传输回操纵台，即便是进入到充满毒气和易爆物品的环境当中，其侦查效果也不会受到任何影响。另外，无人机上还可以搭载温度测量、风速测量等数据采集设备，可以对灾害现场进行量化分析。

5.2 灾情监控的应用

在通常情況下，重大灾害的现场情况瞬息万变，如果不能够及时获得有效的数据，就可能会延误救援时机或造成救援失误等情况。利用无人机进行灾情现场的实时监控追踪，将灾害现场的变化情况实时反馈回控制中心，提升指挥员对消防员的高效部署，便于各级指挥部及时掌握动态灾害情况，从而做出快速、准确的对策，最大限度地减少灾害损失（如图5所示）。

5.3 辅助救援的应用

无人机在携带和使用当中具有极强的灵活性，除了其飞行操作灵活性以外，无人机上可搭载的设备种类也比较丰富，除了常规的摄像头、扩音设备、语言通话等设备，方便指挥员对现场救援人员发布命令，还可搭载救生衣、救生圈、泡沫弹进行空投、辅助搭建水上索道（空中索道）、高山搜索可搭载红外设备等，进行辅助灭火救援的灾害处理。

同时，无人机在对现场地形结构数据搜集之后，指挥中心人员就可以为救援人员选择一条最合理的救援和逃生通道，并指挥相关人员按照通道进行逃离，确保了救援人员和被困人员的生命安全。

6 未来消防灭火救援工作对于无人机技术的应用要求

6.1 对抗自然环境的要求

在消防灭火救援工作当中，其灾害现场变化速度较快，同时较为复杂，尤其是火灾和地震现场，其环境复杂程度极高，各种因素都有可能导致灾害扩大。无人机的技术必须满足未来抢险救灾工作的需求，首先就必须要保证其稳定性，对于风、雨、高温和爆炸的抵抗能力也必须提升，做到6～7级风下稳定作业、阵风8级可以维持，并且完全防雨雪，适应温度-20℃～60℃，这样就能够提升无人机在灾害现场的使用效率，同时提升其抗烟雾能力，提高摄像机的分辨度和可视距离，避免火场浓烟造成的视野受阻，影响救灾工作开展。

6.2 对兼容性的要求

未来发展过程中，要满足装备和技术操作的便捷、全面性，应大力增加无人机搭载的技术含量，同时做好技术兼容开发。这样在不同软件支持的设备搭载时才能够表现出最佳的应用效果，使得温度测量、风速测量、语音设备、坐标定位等的操作更加快速、准确，减少辅助系统对于主系统的干扰，使无人机的系统集成更加全面，处理能力进一步提升。

6.3 对操作人员的要求

近年来，无人机在我国作为新兴科技产业发展迅速，无人机的使用也日趋大众化，国家对于无人机的飞行管理逐步提出要求。2015年12月民航局发布《轻小型无人机运行（试行）规定》，无人机首次拥有自己的“交通法规”。现在“交通法规”配合“驾驶员规定”，使无人机的政策规定更加全面。同时规定无人机驾驶员资质及训练质量管理由中国航空器拥有者及驾驶员协会（简称中国AOPA）负责，这意味着无人机驾驶必须“持证上岗”。据了解，首家无人机培训中心落户合肥。

所以，未来我国消防部队训练当中，应加入无人机技术训练课程，要求操作人员必须“持证上岗”，并能够熟练掌握无人机的日常维护、使用方法等技术，制定系统化的培训体系，形成具有我国特色的消防救灾无人机队伍，提高救灾效率。

6.4 对载物能力的要求

考虑到无人机今后不仅要搭载音视频设备，还可能承载灭火剂、运输救援器材直接参与到灭火救援工作中，最大限度提高灭火救援效率，所以应尽可能地提升无人机的载物能力，以满足今后的发展需要。

6.5 对续航能力的要求

目前，市面上的无人机主要采用锂聚合物电池作为主要动力，续航能力一般在20分钟至30分钟之间，冬季不超过15分钟。这是无人机发展一个致命的短板，大大限制了消防无人机的整体发展，若要促进消防无人机的良性发展，解决无人机电池续航能力问题迫在眉睫。据了解，国外一些厂商正在逐步研究燃料电池、太阳能电池等续航久的电池代替传统的锂电池，从而提高无人机的续航能力。

7 结 语

随着无人机技术的进一步发展及其在消防部队运用的日趋成熟，其必将在抗击各类灾害过程中发挥越来越重要的作用。应该充分认识到无人机在灭火救援中的重要作用，逐步装备无人机，保证了危险、重大灾害处理效果的同时，提高了消防人员的安全，从根本上保证人民的生命和财产安全，更好地完成各类灭火救援和抢险救灾任务。

主要参考文献

[1]范承啸，韩俊，熊志军，等.无人机遥感技术现状与应用[J].测绘科学，2009（5）.

[2]劉刚，许宏健，马海涛，等.无人机航测系统在应急服务保障中的应用与前景[J].测绘与空间地理信息，2011（4）.

[3]康凯.无人机在消防灭火救援工作中的应用研究[J].武警学院学报，2013（10）.