肖鵬

摘要：近年來，各級消防部門配備應(yīng)用了各種不同品牌型號的無人機(jī)，廣泛應(yīng)用于災(zāi)情偵察、地面測繪、新聞宣傳等領(lǐng)域。但消防部門配備使用的無人機(jī)還存在較多短板和不足，不能完全適應(yīng)消防救援的工作需要。消防部門應(yīng)該搶抓無人機(jī)發(fā)展機(jī)遇，開發(fā)適應(yīng)救援工作、具備消防特色、服務(wù)消防人員的多功能無人機(jī)，以應(yīng)對紛繁復(fù)雜救援環(huán)境和急難險重工作任務(wù)的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：消防救援;無人機(jī);發(fā)展方向

0引言

近年來，各級消防部門配備應(yīng)用了各種不同品牌型號的無人機(jī)，廣泛應(yīng)用于災(zāi)情偵察、地面測繪、新聞宣傳等領(lǐng)域，為科學(xué)指揮和輔助決策提供了有力依據(jù)，為隊伍戰(zhàn)斗力插上了新的翅膀。當(dāng)前消防部門配備使用的無人機(jī)還存在較多短板和不足，不能完全適應(yīng)消防救援的工作需要，亟待開發(fā)消防行業(yè)專用多功能無人機(jī)。下面本文結(jié)合實際分析消防救援無人機(jī)發(fā)展方向。

1當(dāng)前消防救援領(lǐng)域無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1消防滅火無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前基層消防隊伍配備使用的滅火無人機(jī)主要有三種不同類型：第一種滅火無人機(jī)機(jī)身下方安裝了泡沫噴管，通過噴管連接消防水帶，具備拖拽消防水帶向上飛行的能力，可以飛到火源附近噴射泡沫撲滅火勢;第二種滅火無人機(jī)機(jī)身下方安裝了滅火藥劑壓力罐，可飛到火源附近噴射滅火藥劑（干粉或泡沫）撲滅火勢;第三種滅火無人機(jī)安裝了滅火彈發(fā)射器，可以對準(zhǔn)火源精確發(fā)射滅火彈，通過滅火彈的爆炸迅速消耗氧氣并噴射滅火藥劑，快速撲滅火勢。上述無人機(jī)在各地消防支隊有少量配備。

1.2其他民用無人機(jī)配備現(xiàn)狀

除滅火無人機(jī)外，當(dāng)前消防部門還采購配備了大量民用無人機(jī)，特別是行業(yè)版無人機(jī)，具備了火情偵察、攝影攝像、器材拋投、應(yīng)急廣播、空中照明、地面測繪等主要功能。這些無人機(jī)雖然不能直接用于滅火作業(yè)，但對提升消防部門災(zāi)情偵察、態(tài)勢感知、輔助決策和新聞宣傳水平發(fā)揮了非常重要的作用，可謂隊伍戰(zhàn)斗力的倍增器。

2當(dāng)前消防救援無人機(jī)存在的主要短板

2.1續(xù)航時間普遍較短

受制于電池容量的限制，當(dāng)前市面上銷售的大多數(shù)無人機(jī)飛行續(xù)航時間為30分鐘左右，個別無人機(jī)（如大疆M300RTK）最長飛行續(xù)航時間可達(dá)到55分鐘左右。續(xù)航時間普遍較短，特別是冬季飛行時，受低溫天氣的影響，無人機(jī)的飛行續(xù)航時間還要打折扣。

2.2功能較為單一

當(dāng)前消防部門配備的無人機(jī)多數(shù)功能較為單一，比如滅火無人機(jī)不具備偵察功能，偵察無人機(jī)不具備照明功能，照明無人機(jī)不具備通信功能。

2.3環(huán)境適應(yīng)能力不強(qiáng)

無人機(jī)本身就是精密電子設(shè)備，在飛行過程中容易受到低溫、雨雪、煙霧、氣流、電磁場等各類環(huán)境因素的影響，在此類環(huán)境中飛行極易發(fā)生失控墜機(jī)現(xiàn)象，或者根本不能正常起飛。

2.4遙控距離有限

當(dāng)前我國主要采用840.5-845MHz為無人機(jī)上行遙控鏈路頻率。受限于遙控器的發(fā)射功率，無人機(jī)的最大遙控距離普遍為4-5公里，個別最遠(yuǎn)可達(dá)到8公里左右。如果無人機(jī)飛出最大遙控距離，則面臨失控墜機(jī)的危險。特別是在高樓林立的城市或其他無線電信號遮擋比較嚴(yán)重的地區(qū)，無人機(jī)的遙控距離還會進(jìn)一步下降。

2.5適用于消防救援作業(yè)的專用機(jī)型有限

如前所述，消防部門配備的專用無人機(jī)一般是滅火無人機(jī)，其他無人機(jī)大多數(shù)是民用普通無人機(jī)。在地震、泥石流、山體滑坡、洪水、森林火災(zāi)、建筑物垮塌等重大災(zāi)害事故的救援現(xiàn)場，消防部門除了需要無人機(jī)的對地偵察功能之外，還特別需要無人機(jī)的夜間照明、通信中繼等特殊功能。比如在建筑物垮塌的夜間救援現(xiàn)場，消防救援的作業(yè)面積可以達(dá)到2000平方米以上，由于傳統(tǒng)的移動照明燈組的照明面積只有100平方米左右，這時需要使用多部移動照明燈組同時照明才能滿足災(zāi)害現(xiàn)場照明需要。如果使用無人機(jī)從空中進(jìn)行照明，照明范圍可以輕松達(dá)到2000平方米以上。遺憾的是上述無人機(jī)的研發(fā)配備還處于起步階段，可供選擇的品牌和機(jī)型極少。

3消防救援無人機(jī)發(fā)展方向分析

3.1功能模塊方面

除滅火無人機(jī)以外，當(dāng)前消防部門配備的大多數(shù)無人機(jī)不是針對消防救援領(lǐng)域研發(fā)的，不能滿足消防行業(yè)的特殊需求。因此，筆者認(rèn)為應(yīng)該針對消防救援領(lǐng)域的特殊需求，開發(fā)一種消防通用無人機(jī)平臺，預(yù)留各類功能模塊接口，并配套開發(fā)各類功能模塊。消防救援人員開展救援作業(yè)時，可以根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)需要，臨時組裝各類功能模塊，使無人機(jī)具備相應(yīng)的功能。根據(jù)消防救援工作實際，消防通用無人機(jī)應(yīng)該主要包含以下功能模塊：

3.1.1雙光圖像采集模塊

該模塊采用可見光和紅外線兩種相機(jī)作為圖像采集設(shè)備，具備視頻采集和攝影攝像功能，可以實時向地面控制設(shè)備傳輸畫面。其中紅外線相機(jī)模式下，可以實時偵測火場溫度，確定火點精確位置;可見光相機(jī)模式下，可以拍攝圖片和視頻，制作正射圖和全景圖。

3.1.2激光融合可見光三維測繪模塊

該模塊采用激光融合可見光相機(jī)作為圖像采集設(shè)備，利用激光雷達(dá)精確掃描地形地貌，利用可見光相機(jī)對地面進(jìn)行傾斜攝影，通過地面控制系統(tǒng)的制圖功能自動合成精確的三維地貌圖像。

3.1.3氣體/氣象偵檢模塊

該模塊采用多合一氣體檢測設(shè)備對地面上空的有毒氣體、可燃?xì)怏w、二氧化碳、氧氣等氣體濃度進(jìn)行檢測，也可以對風(fēng)速、濕度、氣溫等氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行測定，并將數(shù)據(jù)實時回傳地面。

3.1.4語音自組網(wǎng)中繼模塊

該模塊具備語音自組網(wǎng)中繼功能，可與地面的語音自組網(wǎng)中繼臺組成窄帶網(wǎng)絡(luò)，通過空中無線傳輸方式排除地形地貌遮擋，擴(kuò)大超短波手持電臺的通信范圍。

3.1.5圖像自組網(wǎng)中繼模塊

該模塊具備圖像自組網(wǎng)中繼功能，可與地面的圖像自組網(wǎng)中繼臺組成寬帶網(wǎng)絡(luò)，通過空中無線傳輸方式排除地形地貌遮擋，大幅擴(kuò)大圖像和數(shù)據(jù)傳輸距離。

3.1.6公網(wǎng)通信基站模塊

該模塊具備5G公網(wǎng)微波基站功能，無人機(jī)通過攜帶該模塊可與遠(yuǎn)端其他5G微波基站組成蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)，同時向地面提供公網(wǎng)信號覆蓋。確保公網(wǎng)中斷時，救援人員可以使用公網(wǎng)通信設(shè)備（手機(jī)等）。

3.1.7應(yīng)急廣播模塊

該模塊為遠(yuǎn)程錄音播放設(shè)備，設(shè)備接收到地面?zhèn)鬏數(shù)囊纛l數(shù)據(jù)后，通過擴(kuò)音器向被困人員播放消防救援人員錄音，鼓勵被困人員沉著冷靜等待消防部門救援，引導(dǎo)被困人員開展自救。語音最遠(yuǎn)傳輸距離與無人機(jī)遙控距離一致。

3.1.8空中照明模塊

該模塊主要包含高亮LED燈具，起飛后可以從空中為地面提供照明服務(wù)，最大照明覆蓋范圍可達(dá)2500平方米（50米*50米）以上。

3.1.9空中拋投模塊

該模塊具備物資拋投能力，所含自動釋放掛鉤最大可以承重30千克，可向被困人員精準(zhǔn)投放安全繩、救生圈、救生衣、食物、飲水等器材或物資。

3.1.10滅火劑噴射模塊

該模塊具備滅火劑（水或泡沫）噴射能力，可以拖拽直徑40毫米消防水帶垂直向上飛行18米高度，同時具備噴射滅火劑滅火能力。

綜上，不論戰(zhàn)場環(huán)境怎么變化，上述消防專用無人機(jī)都能通過更換功能模塊，迅速滿足各種場景下的使用需求。

3.2動力和續(xù)航時間方面

由于消防行業(yè)的特殊性，較大以上的應(yīng)急救援任務(wù)不可能在30分鐘之類完成，特別是急難險重災(zāi)害事故的處置現(xiàn)場，往往需要一次性持續(xù)開展救援作業(yè)數(shù)小時至數(shù)天。由于大多數(shù)無人機(jī)采用電池供電，續(xù)航時間只有短短30分鐘左右，這就導(dǎo)致此類無人機(jī)無法滿足消防部門長時間作業(yè)需求。針對普通無人機(jī)續(xù)航時間不能滿足使用需求的問題，建議在消防部門中推廣油電混合無人機(jī)或系留無人機(jī)。其中油電混合無人機(jī)搭載了燃油發(fā)電機(jī)，在飛行過程中通過發(fā)電為螺旋槳電機(jī)和機(jī)載設(shè)備供電，確保無人機(jī)連續(xù)飛行時間可達(dá)6小時以上。系留無人機(jī)可采用市電、發(fā)電機(jī)或蓄電池組等地面電源以有線方式向無人機(jī)供電，雖然線纜限制了無人機(jī)的飛行高度，但可以保證無人機(jī)具備超長滯空時間，確保無人機(jī)可以持續(xù)工作直到地面救援任務(wù)結(jié)束。為增強(qiáng)無人機(jī)的戰(zhàn)場適應(yīng)能力，純電無人機(jī)應(yīng)同時預(yù)留電池供電和系留供電兩種接口，油電混合無人機(jī)相應(yīng)地預(yù)留系留供電接口。

3.3機(jī)體研發(fā)方面

考慮到消防作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性和救援任務(wù)的艱巨性，消防專用無人機(jī)應(yīng)該盡量采用碳纖維、鈦合金等高強(qiáng)度、低重量材料制造，可有效降低無人機(jī)自身重量，增強(qiáng)無人機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、負(fù)載能力和環(huán)境適應(yīng)能力，確保消防專用無人機(jī)的負(fù)載能力至少達(dá)到30千克以上，具備不同功能模塊的通用掛載能力。同時在一定程度上考慮防水防爆設(shè)計，使無人機(jī)具備在濃霧、雨雪、爆燃等復(fù)雜環(huán)境中的飛行作業(yè)能力。

3.4智能研發(fā)方面

如上所述，為確保消防專用無人機(jī)的性能，整機(jī)采用了強(qiáng)度大、重量輕的碳纖維、鈦合金材料制造，生產(chǎn)成本較一般民用無人機(jī)高。消防救援人員在操作使用時難免害怕操作不當(dāng)出現(xiàn)墜機(jī)事故，導(dǎo)致畏手畏腳影響戰(zhàn)斗力發(fā)揮。因此設(shè)計無人機(jī)時因除了應(yīng)該考慮設(shè)計完善的自動避障功能外，還應(yīng)該考慮開發(fā)超出遙控距離時自動返航、電量不足時自動返航、受電磁干擾時自動迫降、下雨自動提示、自動選擇平整地面降落等智能飛行功能，解決操作人員的后顧之憂。除此以外，為了提升無人機(jī)制作三維圖和正射圖的速度，無人機(jī)應(yīng)該具備數(shù)據(jù)“邊飛邊傳”的功能，地面控制系統(tǒng)通過實時接收無人機(jī)傳輸?shù)膱D像，迅速自動生成三維圖或正射圖，提高制圖速度和工作效率。

3.5遙控研發(fā)方面

一方面，由于無人機(jī)的遙控距離極為有限，嚴(yán)重制約了無人機(jī)工作范圍的擴(kuò)展。另一方面，我國通信公網(wǎng)的覆蓋率在世界上具有領(lǐng)先地位，例如2020年中國移動全國行政村的4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋率已達(dá)98%。因此在研發(fā)消防專用無人機(jī)時，應(yīng)該考慮以公網(wǎng)作為無人機(jī)遙控手段，確保無人機(jī)可通過地面公網(wǎng)基站接收遙控信號，令其始終處于消防救援人員遙控之下。由于地面公網(wǎng)基站的覆蓋率極高，理論上無人機(jī)的飛行距離只取決于其動力。例如，續(xù)航6小時的油電混合無人機(jī)理論上最大單程飛行控制距離和圖像傳輸距離可達(dá)300公里以上。這為消防救援手段的革新提供了更多可能性，例如山洪發(fā)生后造成道路中斷，消防救援人員無法通過駕車快速挺進(jìn)重災(zāi)區(qū)，但可以通過釋放油電混合無人機(jī)先于救援人員到達(dá)災(zāi)害現(xiàn)場開展偵察，迅速回傳圖像掌握災(zāi)情，并為救援指揮決策提供依據(jù)。

4結(jié)語

當(dāng)前無人機(jī)的發(fā)展正處于方興未艾的階段，消防部門應(yīng)該搶抓無人機(jī)發(fā)展機(jī)遇，充分利用當(dāng)今各類新技術(shù)、新材料，開發(fā)適應(yīng)救援工作、具備消防特色、服務(wù)消防人員的多功能無人機(jī)平臺，以應(yīng)對各類紛繁復(fù)雜的救援環(huán)境和急難險重的工作任務(wù)挑戰(zhàn)。

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