韓曉光

摘要：近年來，很多地方將無人機應用至消防救援當中。為了提高消防救援的救援效率，文章從無人機的角度入手，詳細闡述了無人機在未來消防救援中的發(fā)展趨勢，希望能夠為現(xiàn)階段的消防救援工作提供新的思路。

關鍵詞：城市消防;無人機應用;滅火救援

在21世紀初，部分國家就開始嘗試利用無人設備輔助進行救援，但是由于技術限制，大部分無人設備都為地面機械，作用十分有限。隨著20年的技術積累，再加上無人機航拍技術的逐漸成熟，為消防救援的災情探查、災情監(jiān)控提供了基礎的信息保障。不過，無人機的作用不止于此，還需要消防人員充分發(fā)揮出無人機的價值，盡可能地實現(xiàn)消防救援的信息化和智能化，以達到縮短救援時間的目的。

一、無人機技術的概念

與傳統(tǒng)飛行器不同的是，無人機技術不需要駕駛員直接進入機體操控。因此，無人機的體積也得以縮小。在現(xiàn)代技術的加持下，無人機的飛行高度、操作精度都得到了顯著提高[1]。在部分無人機型號中，無人機還可以搭載專業(yè)的探測設備，從而能夠完成較為簡單的探測任務，比如紅外測距、高清攝像等。在部分環(huán)境中，無人機的小巧靈便也能夠彌補傳統(tǒng)探測的缺點，從而使相關人員能夠得到更加精確的數(shù)據(jù)。

二、無人機在消防救援中的作用

（一）輔助繪制消防救援路線圖

在現(xiàn)代建筑中，雖然說建筑本身會留有原設計圖以方便后期各種救援維護工作的展開，但火災出現(xiàn)后，建筑類的內部結構會產(chǎn)生較大變化，若不能提前對建筑內部的結構變化進行信息收集，那么將直接影響到后期救援工作的展開。無人機可以利用其小巧輕便的優(yōu)勢直接進入建筑內部，并能夠通過自身的攜帶裝置輔助進行消防路線圖的繪制。而且無人機可以有效避免高溫對繪圖精度的干擾，從而使路線圖的繪制能夠更加精確。同時，傳統(tǒng)地面繪圖測距設備對地面條件有一定的限制，而無人機的滯空能力可以有效擺脫地面環(huán)境對測距儀器的約束。而且，無人機的各角度浮空也有利于路線圖繪制人員從多個角度對火災現(xiàn)場進行判斷，從而制定出更加適合的火災救援計劃[2]。

（二）利用無人機進行簡單的物資運輸

在復雜的建筑救援中，消防人員需要較長的時間進行救援準備，從而保證救援任務的安全可靠。不過，較長的救援準備時間也會增加受困人員二次遇險的風險。同時，火災也會增加受困人員的體力損耗。這種情況下，救援人員就可以利用無人機為受災人員運輸簡單的水、氧氣等基礎資源，從而為救援爭取足夠的時間。尤其是在地下建筑的火災救援中，無人機更能夠發(fā)揮主體本身的飛行、靈巧優(yōu)勢，降低救援人員的救援壓力，同時也能夠增加社會人員的被救援信心[3]。

（三）利用無人機進行簡單的信號追蹤

在火災救援中，由于建筑物內部的結構較為復雜，所以對待救人員的信號追蹤也相對較為困難。雖然說部分救援隊在進行救援活動時會利用大型信號捕獲裝置來確定待救人員的位置，但高溫、復雜的墻體結構會影響信號的捕獲質量，從而使救援人員出現(xiàn)信號誤判的行為。雖然說無人機一定程度上也會受到高溫和復雜墻體的影響，但由于其可以直接飛入建筑內部，所以其受到的影響也會較小，這也有利于對救援信號的捕獲[4]。

（四）利用無人機進行大范圍的火災搜索

除了城市火災，還有多種類型火災需要進行救援。城市火災的規(guī)模通常較小，燃燒也相對較為集中。而森林火災則會迅速蔓延，燃燒規(guī)模也相對較大。在此類型的火災救援中，消防人員需要精準定位火災發(fā)生位置，以確定火災發(fā)生原因[5]。在原因確定后才可以進行火災控制工作。但由于燃燒規(guī)模較大，所以人工定位相當困難。而在利用無人機后，無人機的巡航能力能夠幫助消防人員迅速確定火災發(fā)源地，并能夠通過機體識別的設備來判斷火災發(fā)生類型，從而制定出對應的消防計劃。

（五）利用無人機完成簡單作業(yè)

上文也說到，技術的積累使得無人機的操作穩(wěn)定性不斷上升，而機身的輔助設備也可以使其完成簡單的救援作業(yè)。比如在建筑內部電源的切斷上，無人機的附帶設備就可以直接對危險區(qū)域的電源進行緊急處理，這能大大增加救援任務的安全性。同時，隨著中樞網(wǎng)絡的發(fā)展，現(xiàn)在多個無人機可以執(zhí)行同一任務，這也使得無人機的作業(yè)能力得到了巨大提升。而在部分型號的無人機中，其甚至開始具備簡單的火災處理能力[6]。

三、無人機應用于火災救援中的難點

（一）續(xù)航能力較差

在現(xiàn)階段，無人機的動力來源基本上都為電能，而電能的儲存本身依靠電池，這導致無人機的應用面臨如下困難：

1.結構設計問題

在無人機設計之初，設計人員就需要平衡好電池與其他結構的重量分配問題。如果電池重量過大，則會影響到飛行的靈活性和動力需求。實際上，大多數(shù)無人機的設計都需要在此方面做出取舍。消防救援型無人機由于作業(yè)任務較多，所以更要平衡兩者之間的關系。

2.電池的穩(wěn)定性

消防作業(yè)需要電池直接與高溫環(huán)境進行接觸，而部分電池在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定度較差，甚至會出現(xiàn)爆炸情況，而這也直接影響到無人機作業(yè)的可行性[7]。除了高溫以外，火災現(xiàn)場還會存在著大量的電磁信號干擾，這也會對無人機的命令控制系統(tǒng)造成影響。

（二）操作精度還難以滿足救援需求

1.長距離操作時信號容易受到影響

信號接收與操作精度有著較強的綁定關系，而在長距離操作時，無人機的精度控制問題也會暴露無遺。比如在森林火災的探測中，大多數(shù)無人機并不能一次性完成火災巡航，基本上也都需要第2批無人機進行數(shù)據(jù)交接[8]。

2.操作延遲較高

從原理上來看，無人機的操作過程主要分為以下幾個階段：第一，現(xiàn)場信息處理階段。此階段主要是消防人員通過無人機對救援現(xiàn)場進行判斷，從而快速決定無人機的下部分操作。第二，無人機信號反饋階段。此階段主要是無人機對消防人員的命令進行處理，從而實現(xiàn)消防任務的發(fā)布。實際上，無人機向消防人員的信號傳輸以及消防人員向無人機信號的傳輸都會出現(xiàn)較大延遲，而這些延遲會直接體現(xiàn)在飛行動作中。如果無人機上安裝有輔助測量裝置，那么也會影響到輔助測量裝置的測量精度。

3.合作救援能力較差

在大部分的救援活動中，一架無人機很難滿足救援需求，所以通常需要多個無人機進行合作作業(yè)。但即便是使用相同型號的無人機，其信息處理效率、信息處理質量都難以滿足火災現(xiàn)場的救援需求。

四、無人機在消防滅火救援工作中的應用要點

（一）嘗試避免無人機的電池問題

無人機電池方面的問題會直接影響到無人機的救援質量。因此，消防人員可以從以下幾個角度對電池問題進行解決：

1.模塊化電池設計

電池直接影響到無人機的動力輸出，所以在進行較大質量的外部件安裝時，就可以通過動態(tài)調整輸出功率來保證飛行的穩(wěn)定性，而較大的電池損耗也可以通過更大的電池部件來進行能源供給。除此之外，當無人機電量使用完畢時，模塊化的電池設計還可以瞬間完成電能補充，從而縮短救援作業(yè)中的救援真空期。

2.電池隔離技術

由于高溫會影響電池的使用狀態(tài)，所以電池倉附近可以使用降溫材料來降低火災高溫對電池倉的影響。當然，電池本身也可以使用耐高溫設計，不過成本會相對較高。

3.新型電池技術

雖然說電池技術很難取得巨大突破，但從2015年至今，已經(jīng)有了6年多的技術積累，所以新型的電池技術也會很快面世，這就需要消防人員積極將其應用在無人機的飛行技術中，對無人機的結構設計進行再次調整，從而使無人機能夠擁有更好的能源輸出效果。

4.大范圍充電技術

在手機科技領域中，部分地區(qū)已經(jīng)提出了整體空間充電的方式。當電池處于某個固定空間中，就會自動完成充電。如果能將其運用在火災救援中，就能夠實現(xiàn)無人機在短時間內的無限續(xù)航，從而為救援工作爭取更多的有效救援時間。

（二）搭載更多的外部輔助設備

1.搭載基本物資

首先，現(xiàn)階段大多數(shù)的無人機物資搭載都通過框體來進行，而框體的不穩(wěn)定性會直接影響到無人機的飛行狀態(tài)，所以設計人員可以設置物資卡槽，一來能夠提高各類物資的緊急配送效率，二來也能夠提高無人機的飛行質量。同時，不同物資卡槽也可以及時對所運送物資進行區(qū)分，從而提高物資運輸質量。

2.搭載特殊工程設備

現(xiàn)階段的無人機工程設備的搭載主要為測繪、物資運輸，所以設計人員還要嘗試將多種設備配備至無人機，從而代替消防人員的簡單作業(yè)。比如在火災源較小的復雜建筑中，就可以嘗試直接利用無人機搭載小型滅火設備進行作業(yè)，從而實現(xiàn)火災的精確撲滅。當然，無人機還可以安裝引導裝置，一來能夠對受困人員進行心理安慰;二來還可以對受困人員及時進行行為反饋，從而指導救援作業(yè)的高效進行。

3.搭載聯(lián)合作業(yè)設備

受限于承載能力的影響，大部分無人機都不支持中型設備的安裝。因此，消防人員可以嘗試利用無人機組來配合進行作業(yè)，從而使中型設備也能夠迅速入場，以滿足各種救援任務的需要。不過聯(lián)合作業(yè)設備的安裝需要注意以下幾點：（1）信號的穩(wěn)定性處理。同類型設備或者是不同無人機設備的信號會產(chǎn)生一定干擾，所以要盡可能使用專用通道信號，以保證信號接收的穩(wěn)定性[9]。而對于共同作業(yè)任務，則可以使用共同信號，不過這要求無人機要對自己的飛行位置、飛行狀態(tài)進行動態(tài)判斷，從而使其能夠對共同信號進行正確處理。（2）設備卡槽的安裝。聯(lián)合作業(yè)最重要的就是飛行狀態(tài)下的重心控制，所以分析人員可以使用動態(tài)卡扣來保證飛行狀態(tài)下的重心平穩(wěn)。如果技術允許，還可以通過自動信息處理技術來自動進行卡扣位置變化，從而進一步降低聯(lián)合設備作業(yè)的壓力。

4.作為其他設備的前端設備

對于大部分外部設備來講，無人機的存在只是為其數(shù)據(jù)收集提供條件支持，所以很難真正成為其他專業(yè)設備的前端裝置。因此，無人機的設計人員可以嘗試將無人機與其他設備進行融合，并為其開展專屬的監(jiān)控、測量模式，從而使無人機能夠真正發(fā)揮作用，而并非僅僅是作為一個動態(tài)卡扣。

（三）加強無人機關鍵材料的研究

1.機體材料

機體材料的性質直接影響到無人機的結構設計以及其他關鍵部件的位置，所以無人機設計人員要盡可能保證機體材料的強度和輕質，比如可以使用鋁合金、復合材料以及其他高強度輕質材料作為主要機體材料。如果是在規(guī)模較大的火災處理中，比如森林火災的處理上，就需要考慮空氣阻力對無人機的影響，嘗試將碳纖維復合材料、蜂窩夾層復合材料、玻璃纖維復合材料等材料運用到飛機的機體設計中，從而提高無人機的續(xù)航與飛行穩(wěn)定性。

2.主控芯片的材料設計

主控芯片直接關系著無人機信號的傳輸穩(wěn)定，并影響飛行動作的表現(xiàn)情況，是無人機設計中的重要組成部分。因此，無人機設計人員需要加強對襯底主要材料的處理，比如嘗試增加硅晶圓的質量。而在制作工藝上，要嘗試對傳統(tǒng)的主控芯片處理工藝進行改善，并保證制作流程的規(guī)范和制作質量。

五、結語

總而言之，無人機在未來救援中的救援任務會越來越多，且任務類型也會多種多樣，這不僅需要消防人員及時進行無人機設備的技術進化，還需要提高自身的無人機技術操作精度，以滿足更多復雜任務的需要。當然，消防救援團隊也要給予無人機更多的重視，從而為其提供更多的價值施展舞臺。

參考文獻：

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[4]范鎮(zhèn).無人機在消防滅火救援工作中的應用思考[J].今日消防，2020，05（05）：6-7.

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[7]崔建華.無人機技術在消防滅火救援中的應用探析[J].數(shù)字通信世界，2020（09）：165-166.

[8]高興濤.無人機在消防滅火救援中的應用[J].今日消防，2020，05（09）：22-23.

[9]秦旸.無人機在消防滅火救援工作中的應用[J].化工管理，2021（03）：82-83.