趙民生

摘要：消防救援部門擔(dān)負(fù)著各種災(zāi)害事故的搶險(xiǎn)救援工作，承擔(dān)著防范化解重大安全風(fēng)險(xiǎn)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(duì)伍亟待解決的問題。而消防無人機(jī)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(jī)；消防；應(yīng)急救援

消防救援隊(duì)伍擔(dān)負(fù)著守護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的重要使命。建設(shè)一支職業(yè)化的消防救援隊(duì)伍是立足我國基本國情和各類災(zāi)害事故特點(diǎn)，構(gòu)建新時(shí)代新時(shí)期國家應(yīng)急救援體系的一項(xiàng)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(diǎn)，火災(zāi)等危險(xiǎn)事故一旦發(fā)生，想要在短時(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，消防救援工作迎來了新的機(jī)遇。無人機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活、操作簡單、視野全面、安全可靠、可選擇性強(qiáng)、運(yùn)行維護(hù)成本低、飛行高度低、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、執(zhí)行任務(wù)能力強(qiáng)等優(yōu)勢，能夠準(zhǔn)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(jī)國內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢分析

隨著科技進(jìn)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(jī)因其在空中飛行可以到達(dá)一些人類不易到達(dá)的地方，擁有一些獨(dú)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(shí)急需機(jī)器人協(xié)作進(jìn)行有效的搜索和救援這一場景，設(shè)計(jì)了一種基于四旋翼平臺(tái)的應(yīng)急救援無人機(jī)，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(jī)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(dá)救援現(xiàn)場[2-3]。2020年，澳大利亞山火爆發(fā)，該國救援隊(duì)使用無人機(jī)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(jī)偵察核泄漏情況[4-5]。

無人機(jī)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(jī)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(shí)的地面數(shù)據(jù)。在天津?yàn)I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(yuǎn)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(jī)對事故現(xiàn)場進(jìn)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(jī)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(jī)的發(fā)展趨勢

目前，歐美等發(fā)達(dá)國家的科研機(jī)構(gòu)研發(fā)無人機(jī)，團(tuán)隊(duì)數(shù)量達(dá)到53個(gè)，全球無人機(jī)生產(chǎn)廠商數(shù)量高達(dá)721家。近年來，用于商業(yè)和個(gè)人的無人機(jī)需求量大漲，無人機(jī)整體市場發(fā)展迅速。無人機(jī)分為軍用無人機(jī)和民用無人機(jī)兩大類，其中用于偵察、作戰(zhàn)、運(yùn)輸物資等的軍用無人機(jī)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(jī)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(jī)巨頭紛紛計(jì)劃或者已經(jīng)進(jìn)入無人機(jī)市場，大量無人機(jī)創(chuàng)業(yè)公司介入消費(fèi)級市場。消防救援無人機(jī)的發(fā)展趨勢主要有以下4個(gè)方面：

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

第二，追求高空長航時(shí)。利用太陽能來提供動(dòng)力，保證消防救援無人機(jī)能夠飛到最高空并能夠在不同高度上停留幾個(gè)月，可以持續(xù)進(jìn)行情報(bào)收集與戰(zhàn)時(shí)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(jī)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(jī)既可以用于人工對它實(shí)行遠(yuǎn)程控制，也可以自主運(yùn)行，在遇到突發(fā)狀況時(shí)，消防救援無人機(jī)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(xiǎn)，在脫離遠(yuǎn)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(jī)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(shí)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(dòng)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(jī)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(shí)向火災(zāi)受困人員投擲安全緊急物資等。

2 無人機(jī)的基本概念及特點(diǎn)、作用

2.1? 無人機(jī)的基本概念

無人機(jī)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(jī)，是由遙控站管理的航空器。無人機(jī)由飛行器、控制站和通信鏈路3個(gè)部分組成。無人機(jī)具有極大的商業(yè)價(jià)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(yùn)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(jī)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(jī)主要涉及無人機(jī)遙感、通信、自主控制、材料等技術(shù)。

消防無人機(jī)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(jī)見圖1，該無人機(jī)具有經(jīng)濟(jì)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(jì)，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(fù)載25kg；滅火精準(zhǔn)，無噴射后坐力；可在危險(xiǎn)環(huán)境遠(yuǎn)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(xiǎn)；還有操作簡單易學(xué)、能耗低、運(yùn)營成本低的特點(diǎn)。

2.2? 無人機(jī)的特點(diǎn)和作用

無人機(jī)具有災(zāi)情偵察、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、音視頻傳輸、擴(kuò)音喊話、實(shí)施滅火作業(yè)、輔助救援、應(yīng)急通信照明等功能。其機(jī)動(dòng)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(yùn)輸?shù)扔猛荆惠d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(yùn)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(jìn)行捕捉。消防無人機(jī)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(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤、精準(zhǔn)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(jī)在救災(zāi)物資的投送中的應(yīng)用、無人機(jī)在消防輔助救援中的應(yīng)用。

同時(shí)，無人機(jī)也存在一些缺點(diǎn)，比如無人機(jī)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(huì)使飛機(jī)受損。無人機(jī)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(jī)應(yīng)變能力較差，不能應(yīng)對意外事件的發(fā)生。無人機(jī)的機(jī)械電子設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，對無人機(jī)以及機(jī)械設(shè)備都是致命的。

3 無人機(jī)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(shí)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(gè)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(xiǎn)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(shí)，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(shí)間和體力用到架設(shè)通道上，容易延誤救援時(shí)間和滅火最佳時(shí)機(jī)。因此，在消防救援工作中需要利用更專業(yè)、更強(qiáng)大、更有效的設(shè)備進(jìn)行救援。

3.2? 應(yīng)用無人機(jī)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(xiǎn)品時(shí)有出現(xiàn)，事故的發(fā)生地點(diǎn)、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(xiǎn)。個(gè)別危險(xiǎn)區(qū)域救援人員無法到達(dá)，如何在最短的時(shí)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(shí)，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(jī)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(jī)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(shí)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(jià)值。

4 結(jié)語

無人機(jī)技術(shù)是一種新型的飛行技術(shù)，無人機(jī)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(diǎn)，能夠很好地適應(yīng)災(zāi)后各類環(huán)境。因此，加強(qiáng)對無人機(jī)的研究，完善和提高無人機(jī)的使用性能具有較強(qiáng)的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

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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