吳楠WU Nan

（江北區(qū)消防支隊，重慶400026）

1 多旋翼無人機總論

1.1 多旋翼無人機的基本概念 無人機是指機上不搭載駕駛員的飛行器。按照技術(shù)來劃分，現(xiàn)代無人飛行器可分為固定翼無人機、單旋翼無人直升機、多旋翼無人機、無人飛艇、無人傘翼機、撲翼式微型無人機6 大類。其中多旋翼無人機（Multi rotor UAV，簡稱為MUA）由于其結(jié)構(gòu)簡單、價格相對低廉的特點，在各領(lǐng)域廣泛運用。其優(yōu)勢還在于能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降、空中懸停、低空飛行和原地回轉(zhuǎn)等，相對于單旋翼無人直升機有懸停更穩(wěn)定的優(yōu)勢，使其在滅火救援領(lǐng)域有其他類型無人機無法替代的作用。

1.2 多旋翼無人機的初步分類 當前在滅火救援領(lǐng)域使用最為廣泛，最方便攜帶操作且綜合考慮經(jīng)濟效益最為合理的，一般為4 至8 旋翼的X 型微型（或輕型）電動（油動）多旋翼無人機，本文將以此為對象展開討論。

1.3 多旋翼無人機的結(jié)構(gòu)概況 多旋翼無人機的基本構(gòu)成部件為電動機（油動機）、電子調(diào)速器、電調(diào)連接板、槳葉、鋰電池（或燃料箱）、機架和飛行控制系統(tǒng)，并根據(jù)其不同的使用功能可搭載相應(yīng)的設(shè)備。不論是重新設(shè)計適用于滅火救援行動的專用機型或在現(xiàn)有機型上進行改裝都應(yīng)遵循整體布局的基本要求和原理。

2 多旋翼無人機在滅火救援領(lǐng)域中的效能缺陷

2.1 負重缺陷 由于其特殊的槳葉構(gòu)造和動力結(jié)構(gòu)，使普通大中型多旋翼無人機的額定載重在處于2～20kg 之間，常用的較小型號機型只能載重500～800g，更小機型根本不能載重，這就決定了在多旋翼無人機的作用拓展上不能運載較重的裝備。

2.2 續(xù)航缺陷 多旋翼無人機在運行中必須通過消耗效率來實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)變飛行姿態(tài)，當今能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)小時飛行時間的多旋翼無人機如我國研制的HYDrone-1800 多旋翼無人機則采用的氫燃料電池，由于其造價等方面的問題還未能全面應(yīng)用到各領(lǐng)域。綜上所述，多旋翼無人機電池續(xù)航的缺陷較為明顯，常用機型續(xù)航時間一般在20～25min左右，載重懸停時間一般不超過15min。

2.3 氣象缺陷 多旋翼無人機至少在三種氣象條件下不適宜飛行：一是三級以上的風；二是下雨天；三是正午陽光普照時。以上氣象條件會對飛機造成失控、短路、干擾信號等問題，從而影響飛行質(zhì)量甚至出現(xiàn)墜機等事故。

2.4 安全缺陷 雖然時至今日還沒有相關(guān)部門和行業(yè)對多旋翼無人機的安全性能進行準確的數(shù)據(jù)評估，也沒有墜機率的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但從平時掌握的情況看，墜機問題仍較為常見。雖然目前生產(chǎn)的多旋翼無人機普遍都配備自動返功能，但由于信號中斷、電池故障、操作不當或其他不可抗外力等引起的墜機在各品牌中都存在。

3 多旋翼無人機在滅火救援領(lǐng)域中的主要功能

3.1 視覺功能 當前將多旋翼無人機用于輔助開展滅火救援，主要體現(xiàn)在災(zāi)情偵查、監(jiān)控追蹤和決策輔助等方面。災(zāi)情偵查主要是通過多視角觀察快速掌握火場的基本情況、人員和易燃可燃物受災(zāi)情況、受災(zāi)建筑情況、人員被困地形等，通過4G 網(wǎng)絡(luò)進行實時傳輸，對戰(zhàn)斗展開提供參考。監(jiān)控追蹤主要是通過多旋翼無人機對火場進行長時間、長距離觀察，掌握災(zāi)情的發(fā)展蔓延趨勢和滅火救援的執(zhí)行情況。決策輔助主要是可通過4G 網(wǎng)絡(luò)連接火場傳輸系統(tǒng)將現(xiàn)場視頻傳輸?shù)礁骷壷笓]部，輔助指揮部對下一步行動進行決策。但類似作用都較為初級，均是利用現(xiàn)有多旋翼無人機自帶原始功能進行的發(fā)散式利用，并未對機體進行深入的開發(fā)利用。

3.2 單一型負重功能 指在多旋翼無人機的額定載重量范圍內(nèi)攜帶滅火救援相關(guān)裝備進行傳遞，開辟新的運輸路線，或者提升滅火救援效率。單一負重功能的實現(xiàn)需要對機體進行較為簡單的改裝，通過加裝掛鉤、吊籃、攜行箱等實現(xiàn)負重。

3.2.1 攜帶消防裝備 攜帶救援繩索、消防員個人防護部件、其他較小的特種裝備等實現(xiàn)其功能。如在江河和山地救援中，由于受地形、視線和技術(shù)等方面的影響，且為了提高救援的一次性成功率，用多旋翼無人機運送救援繩索的輔繩顯然比用拋投器更加精準可靠。再如消防員在特殊環(huán)境下如建筑外墻、江面河面等進行作業(yè)時亟需使用某種器材，也可由多旋翼無人機進行運送。

3.2.2 攜帶逃生器材 可提前設(shè)計制作好 “無人機逃生攜行包”，內(nèi)裝逃生所需的繩索、緩降器、防煙面罩、救生衣、純凈水、使用說明書等物，對災(zāi)害現(xiàn)場的被困人員進行輸送。如載重量有限可根據(jù)現(xiàn)場情況分包裝運，分清輕重緩急。

3.2.3 運載逃生人員 其基本要求是必須使用大型多旋翼載人無人機。如我國億航公司生產(chǎn)的“億航184”8 旋翼無人機可載1 人，續(xù)航時間23min，巡航速度可達100km/h，設(shè)有獨立載人機艙，能夠代替直升機完成被困人員的營救和疏散行動。但目前載人機在安全層面和操作的合法性層面還沒有得到認可，國內(nèi)外大量載人機還停留在研發(fā)實驗階段，并沒有大規(guī)模投放市場。

3.2.4 架設(shè)無線通信 在受災(zāi)嚴重、通信信號中斷的情況下，可利用多旋翼無人機在較高點擔當通信中繼，充當臨時轉(zhuǎn)信臺，建立起無線通信鏈路。

3.3 復合型負重功能 除單一實現(xiàn)負重功能外，可通過深入改造機體或增加功能性模塊，讓多旋翼無人機主動參與到直接或間接的滅火救援行動中。這就對研發(fā)能力和工藝水平提出了新的要求，尤其是必須有相應(yīng)的操作系統(tǒng)，后文將具體討論。

3.3.1 直接參與滅火救援行動 指多旋翼無人機在滅火救援的某一階段直接成為行動的實施主體，如針對高層建筑火災(zāi)中的初起火點、保護重點區(qū)域等可采取多旋翼無人機投放滅火彈、噴射脈沖水流等進行直接滅火。又如在易燃易爆或其他化工泄露現(xiàn)場進行堵漏作業(yè)時可采取多旋翼無人機攜帶注入式堵漏器材實施堵漏任務(wù)。

3.3.2 間接輔助滅火救援行動 指多旋翼無人機通過其攜帶的模塊間接為滅火救援行動服務(wù)，如在鋼結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)撲救時可攜帶測溫儀隨時掌握建筑外部溫度，從而判斷建筑的穩(wěn)定性。再如可攜帶可燃氣體探測儀在易燃易爆或其他化工泄露現(xiàn)場進行偵檢，從而避免消防人員進入有毒有害或易燃易爆區(qū)域。又如在夜間或斷電環(huán)境下的地下、隧道等零視距情況下通過裝載紅外線攝像頭可實施火點探測、人員搜救等行動。

4 多旋翼無人機用于滅火救援領(lǐng)域的衍生需求

4.1 體系建設(shè) 使用多旋翼無人機應(yīng)建立相對完善的體系，首先是要有一個高度智能化的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，建立含有指揮控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路地面終端、地面輔助設(shè)備系統(tǒng)等在內(nèi)的地面站和存放相關(guān)模塊、設(shè)備并具備維修功能的機庫等。在飛行機組建設(shè)方面也要有完整的隊伍體系，必須明確駕駛員、機長、觀測員、機修師等崗位人員。

4.2 操作系統(tǒng) 目前各品牌多旋翼無人機都搭載了較為成熟的操作系統(tǒng)，能夠輕松完成視頻傳輸、攝影攝像、測繪等功能。但對于某一領(lǐng)域的專用機型來說，生產(chǎn)商會根據(jù)其足夠的市場需求和銷量定制操作系統(tǒng)，例如大疆公司在售的農(nóng)業(yè)植保機因其裝配了農(nóng)林噴灑設(shè)備，基本都采用了A3 飛控系統(tǒng)，并設(shè)計了專業(yè)的“大疆農(nóng)業(yè)管理平臺”作為聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。而將多旋翼無人機運用到滅火救援領(lǐng)域尤其是實現(xiàn)其復合型負重功能時，由于其操作距離較遠、功能繁瑣等問題，最優(yōu)方案是進行專用操作系統(tǒng)的開發(fā)研制，并實現(xiàn)模塊化專用機型的量產(chǎn)。

4.3 人才隊伍 無人機雖名為“無人”，實際還是由人在進行操作。將多旋翼無人機運用到滅火救援領(lǐng)域，其中重要因素就是要建立較為完備的人才隊伍，必須考慮軍地兩方面的需求：一方面要具備全國統(tǒng)一認證的無人機操作資質(zhì)，即考取民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員合格證（AOPA 合格證）；另一方面要有消防滅火救援方面的知識技能，最好是通過消防員職業(yè)鑒定等級考試，并通過實踐逐步走向更高檔次的操作崗位。

4.4 建章立制 目前全國消防部隊還沒有設(shè)置無人機操作所涉及的隊、班或崗位，甚至在戰(zhàn)斗編程上都沒有設(shè)置無人機操作員，基本都是相關(guān)崗位兼顧其職，更沒有相應(yīng)的管理制度。所以，要推廣并深化無人機在滅火救援領(lǐng)域的應(yīng)用需要從建章立制入手，形成行之有效的管理和人才培養(yǎng)機制，突出其專業(yè)化、單一化程度，保留專業(yè)人才和研發(fā)力量，為深化無人機在滅火救援領(lǐng)域的應(yīng)用集聚力量。

4.5 法律問題 無規(guī)矩不成方圓，無人機的發(fā)展歷程一直就伴隨著相關(guān)法律問題的探討和法律條文的出臺。2003 年我國開始施行的《通用航空飛行管制條例》中就明確規(guī)定無人機用于民用業(yè)務(wù)時必須當作通用航空飛機對待。2009 年至2015 年間民航局先后頒布了《民用無人機空中交通管理辦法》等6 部針對民用無人機的管理辦法，對適飛情況和禁飛情況及相關(guān)的權(quán)責進行了明確規(guī)定。2017 年6 月1 日，號稱史上最嚴的《民用無人駕駛航空器實名制登記管理規(guī)定》頒布實施，對無人機和操作員進行“雙實名”管理，并嚴格劃定禁飛區(qū)。一些生產(chǎn)廠商也積極響應(yīng)，如大疆公司就裝載了GEO 系統(tǒng)配合民航局對無人機進行區(qū)域管理。如要將多旋翼無人機廣泛應(yīng)用于滅火救援領(lǐng)域就必須要正式法律問題，嚴格按照民航部門的要求進行申報、考證、解碼等手續(xù)，杜絕出現(xiàn)“黑飛” 現(xiàn)象。

5 結(jié)語

隨著科技的快速發(fā)展和全社會對消防工作的高度重視，多旋翼無人機運用到滅火救援領(lǐng)域是大勢所趨，但也要正視機型自身所存在的短板和功能開發(fā)必須經(jīng)歷的過程。只有準確掌握多旋翼無人機的基本原理、市場成熟度和滅火救援工作對其的需求導向，才能乘勢而上、因勢而動，才能繼續(xù)拓展多旋翼無人機在滅火救援領(lǐng)域的作用，使其更好服務(wù)于滅火救援實踐。