多旋翼无人机在灭火和抢险救援领域中的实践运用

摘要：本文在结合消防救援队伍作战经验，分析了多旋翼无人机在灭火作业、抢险救援过程中的适用场景，进行了适用性探讨，对个别运用场景提出了具体方案，探讨了无人机在灭火和救援任务中需要改进和加强的方向，简要提出了无人机装备应用于消防救援队伍的建议。

关键词：多旋翼无人机;灭火;抢险救援

中图分类号：TU998.13+2       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2021）03-0025-02

当前，无人机在火灾及各类救援过程中的应用可以为消防指战员提供现场信息等诸多辅助，将无人机作为消防救援队伍的常备救援装备，会是未来灭火和救援装备转型升级的方向，也是国家综合性消防救援队伍适应“全灾种”“大应急”的任务需要。

一、多旋翼无人机在火灾救援过程中的应用场景

现场侦查。在现场侦查阶段，特别是火势较大的大跨度大空间、高层、地下空间等环境下，采用人工侦查的方式危险系数较大、效率较低，难以全面侦查以对火灾现场的整体情况作出最佳判断。采用多旋翼无人机侦查作业的方式，可以充分利用其体积较小、飞行环境要求较低、操作灵活的特点，通过对于现场的勘察，将现场环境图像通过无线网络实时传输至消防指战员处，可以较为整体地对现场环境有一个把握[1]。特别是针对大跨度大空间、高层建筑、危化品等类别的火灾，可利用无人机进行快速、多角度、近距离的侦查。还可以对重点险情区域实施细项侦测，综合判断是否有爆燃物存在的可能、是否有被困人员及其具体位置等重要信息。

救援疏散。救援疏散是火灾救援任务的重要环节之一。往往面对火灾事故时，由于种种原因，会有周围群众的不理性行为发生，如贸然返回火场或由于群众性恐慌情绪慌张中选择错误的疏散路线造成的其他危险等发生，如果不能及时发现并采取措施，会大大提升火灾救援的难度。特别是对于未设置消防广播的场所，通过加载模块的方式搭载扩音设备，无人机在火灾救援中也可以扮演一个传递信息的作用，在必要时可以通过机载的扩音器对于周围群众作出指示，缓解群众的紧张情绪，并能对合理疏散群众的工作起到良好的辅助作用。

灭火作业。在灭火作业过程中，可利用多旋翼无人机灵活起降的特点，辅助或直接参与灭火作业。除了对火场情况和救援过程的侦查、对火场中进行小规模的必要工具运输等传统外围辅助应用外，无人机还可以尝试在更多的使用场景下发挥作用。在火灾救援过程中，烟雾是火灾现场的危险源之一。火灾中因烟雾窒息死亡的案例高于直接因燃烧致死的案例。尤其是现代装修装饰材料燃烧后会产生大量有毒有害烟气，同时消耗氧气，极其不利于人员逃生和救援。此时若建筑物的机械排烟系统故障或排烟效果不理想，伴随产生的浓烟会增大救援难度和危险。此种情况下，就可以采用无人机搭载破拆工具，在玻璃幕墙、窗户等薄弱处进行破拆，从而实现排烟效果。特别是在高层建筑或大跨度穹顶需要破拆排烟时，可通过上述途径快速实施爆破。无人机也可以实现直接地参与灭火作业，如在高层建筑的灭火环境下，可以由有较大起飞动力的多旋翼无人机承载小型灭火弹，直接定点投送灭火药剂或阻燃液体，阻断火源与氧气的接触环境，达到定点火灾扑救的目的[2]。

火场清理。对于在一些例如大跨度大空间、森林灭火作业等过火面积较大、容易发生火灾复燃的特殊的火灾救援任务中，在灭火作业完成后，对于结果的评估和监控也往往较为困难，若采取人工排查不仅工作量大，且目标不明确，效率较低。在这种情况下，无人机也可以有效地发挥其优势，通过搭载温感设备或者热成像检测设备进行排查，在短时间内较大范围地监测现场情况，提高清理排查的效率。

二、多旋翼无人机在抢险救援过程中的应用

水域救援。在水域救援中，救生器材的精確抛投和牵引绳索的搭建，是开辟救生通道的重要方法，传统上一般会使用救生抛投器来给被困人员传递救生圈。但这种情况下也常会受到射程近、投递位置不准确等问题的局限，不能快速地营救被困人员。而无人机可以迅速到达被困者的准确位置，精确抛投救生器材，且最远投放距离可达到1公里，有助于准确高效完成救援任务。

灭蜂救援。目前消防指战员绝大部分采取的是人工摘除马蜂窝或利用气雾杀虫剂喷射火焰进行燃烧。其有两大局限：一是不便于清除高空马蜂窝，比如位于高层建筑屋檐、高大乔木树冠、树巅等部分的蜂窝，救援人员不易达到，无法近距离处理;二是安全系数低，无论是高空作业还是近距离摘取，对救援人员自身的安全均存在较大威胁。近距离摘取时容易被马蜂蜇，高空作业时还存在消防指战员穿着防蜂服时行动不便、通讯不便、容易坠落的危险;利用气雾杀虫剂喷射火焰进行燃烧时还存在爆炸危险。利用无人机灭蜂，可最大限度的破解以上局限，极大地降低危险系数，保障施救人员安全，顺利完成任务。主要方法：一是利用无人机加载喷火油枪，精准燃烧清除蜂窝;二是对于不便燃烧的场所，如电线、信号塔等设施，可携带喷射枪精准注射农药等灭蜂药剂，消灭有生马蜂。此种作业方式一般两人一组，要求熟练操作、配合默契，安全上主要注意用油安全和防药剂中毒。通过实践，以上方法一般15至20分钟可完成一个蜂窝处置，具有较高的效率和安全性[3]。

地震和地质灾害救援。地震和地质灾害救援现场错综复杂，地面破坏严重，道路阻碍，无人机在此时就有了用武之地。事实上，早在2014年的鲁甸地震，由无人机传回的高分辨率影像图是我国无人机在地震救援中应用的第一次成功实践。由无人机勘测现场传回的三维图片，可清晰地识别出房屋损毁、山体垮塌滑坡、道路阻毁、水位变化及堰塞湖衍变等情况，能为抢险救援任务的开展提供便利，提供坚实的信息数据支持。同时，无人机还可以完成在地震灾区辅助救援指挥、通信中继、投放物资设备等传统上在地震救援中较为困难的工作。伴随着通信和AI技术的发展，在未来“无人机+救援机器人”的组合在地震救援中的应用也会成为可能，由无人机搭载轻型救援机器人可以克服震后的复杂环境，灵活地执行任务，提升救援效率[4]。

三、灭火和救援任务对于无人机的发展要求

由于执行灭火和抢险救援任务的特殊性，也对消防用无人机在各项性能等方面提出了高于普通民用无人机的要求，这些同样是目前的多旋翼无人机急需要加强的方面。

适应复杂恶劣环境。一是适应火场高温浓烟环境。由于消防灭火救援任务所处的环境是火灾现场，无人机执行现场低空飞行的侦察任务时，必然会受到高温环境的影响，在这种情况下，无人机要想能处于良好的运行状态，势必要有着很强的耐高温性和防爆性，用耐高温材料组装或耐高温涂层等方法，保障消防用无人机在灭火作业现场的性能不受环境影响。二是适应雨中作业。水域救援的多数情况是暴雨引发洪水而带来的救援任务。目前的部分无人机可在小雨中作业，若能进一步提升抗大雨、暴雨的能力，特别是抗强风能力，其应用前景将更为广泛。

抗电磁干扰。电磁干扰一直是无人机在飞行过程中的“致命伤”，在电子产品高速发展的现代，消防任务往往也会在一些电磁干扰较强的区域进行，会对无人机的行动产生影响。民用无人机一般采用GPS进行导航，模式较为单一，当单一信号受到强干扰时，无人机就会面临“瘫痪”的风险。故未来应用于火灾救援任务的无人机应综合应用例如GPS、北斗导航、格洛纳斯等多频道的信号，减少因单一卫星信号受电磁干扰对于无人机的影响[5]。

高续航能力。火和抢险救援任务经常存在长时间连续作战的情况，作业期间需要无人机全程长时间地执行飞行监控任务，这又对无人机的续航能力提出较高的要求。但目前的多旋翼无人机的劣势就在于其续航能力较差，多旋翼电驱动无人机实际续航时间在半小时到1小时之间，油驱动无人机在1-2小时之间，长时间任务的情况下需要多次起降补充油、电，这也影响了其应用于应急救援任务的持续性、不间断性。增强多旋翼无人机的续航能力、尝试采用混合动力也是在未来多旋翼无人机继续发展的技术提升方向。

四、多旋翼无人机装备消防队伍的建议

逐步分级分规模装备无人机。多旋翼无人机由于其灵活性和易操作性，可以在灭火和抢险救援中发挥很大的作用，应用前景良好。但目前消防救援队伍装备的无人机数量极少，其实践运用率也较低，在消防救援队伍救援装备转型升级的大趋势下，可加快推进多旋翼无人机在消防救援队伍中的配置，使其成为一种常规性的救援装备。在消防救援站（中队）、大队、支队、总队等不同等级的火灾救援任务中相应配置不同规格型号、数量的无人机，根据区域任务重点，配备不同的运用功能模块，做到既能充分利用资源，又能有效地应对不同等级、不同类型的救援任务的需要，保证装备配备的合理性和实用性。

培養专业无人机操作手。无人机作为一种科技含量较高的新装备，在操作、维护、监测等方面都需要有专业的人员去完成，为了让无人机可以作为一种常规性救援装备大范围装备至消防救援队伍，就必须先培训一支专业的、技术能力过硬的无人机操作手，满足复杂情况下的无人机作业需求。除此之外，还应重视无人机在执行任务中的战术研讨，由于我国在火灾救援中应用无人机的历史较短，实战经验不充分，在这方面还需要较长时间的实践积累经验。

参考文献：

[1]吴瑞波，程兴远，王征，王霁.浅议多旋翼无人机在城市消防灭火救援中的应用[J].现代制造技术与装备，2019（06）：147-149.

[2]曹兵.多旋翼无人机在高层建筑消防灭火中的应用[J].智能建筑与智慧城市，2018（05）：42-43.

[3]吕明哲.多旋翼无人机在灭火救援中的应用探析[J].科技创新与应用，2015（33）：297.

[4]邱华.多旋翼无人飞行器在灭火救援现场的应用及展望[J].消防技术与产品信息，2017（02）：47-49.

[5]崔彦琛，吴立志，朱红伟，崔俊广.无人机在消防通信中的应用研究[J].消防科学与技术，2019，38（04）：526-529.

作者简介：夏国森（1986-），男，汉族，本科学历，四川省南充市蓬安县消防救援大队大队长，长期从事基层消防救援与火灾防控工作。