多旋翼无人机在城市消防灭火救援中的应用

■ 谷天培 保定市消防救援支队唐县消防救援大队

研究多旋翼无人机在城市消防灭火救援中的应用，需明确多旋翼无人机的基本概念、应用方式，结合当前城市消防灭火救援现状、客观所需来实现多旋翼无人机的灵活使用，并建议消防灭火救援部门结合当地火灾情形、救援所需来购置对应的多旋翼无人机设备，并对消防员进行无人机抛投物资、无人机水上抛投牵引、无人机破窗弹瞄准+ 向前喷粉和水、无人机破窗弹瞄准+ 拉水带灭火等科目系统培训，提升其无人机操作水平，使其能灵活地操作无人机来达到对应的救援目标。

一、多旋翼无人机的概念

多旋翼无人机是由不低于3 个的旋转机翼提供飞行动力的无人驾驶飞行器，借助轴上电动机带动，旋翼在转动时形成升推力，其与普通直升机有所不同，总轴距处于固定状态，可通过改变不同旋翼转速来调整飞行轨迹。多旋翼无人机多是执行一些数机协同、航迹跟随的命令，应用到的飞行器控制技术是空间分布、飞行姿态的电子敏感闭环控制，在城市消防灭火救援中实现多旋翼无人机的应用，主要是与消防救援传输系统、单兵设备、应急布控设施等搭配使用，以此来达到对应的救援目的[1]。

二、多旋翼无人机在城市消防灭火救援中的应用优势

结合无人机旋转机翼安装位置、空间布局，其形状可分为H 型、Y 型、X 型、“+”型等多种模式，对比其他飞行器来说，优势主要体现在以下数点：其一，结构简单、操作方便。多旋翼无人机动力系统借助电机与桨直接连接，通过无人机上的正迎角旋翼来制造向上的动力，再向不同方向转动克服反扭力；因各个旋翼朝着不同方向转动，使得总扭矩在0 时，实现悬停导航；该种飞行器与其他类型的飞行器控制过程繁琐异常不用，其只需1 ～2 名操作人员即可完整无人机安装调试、外部装备使用与空间移动等。其二，机动灵活，不受场合限制。多旋翼无人机着陆、升空都比较容易，在城市出现火灾时，某些废墟位置难以提供对应的工作条件，可让无人机在手掌上完成升空、着陆，且在城市各个复杂的地理环境中，不论是接头小巷，还是建筑密集的水泥丛林，都可按照操作人员的指令来完成相应的救援任务。其三，稳定性高。多旋翼无人机通常是选择定制无刷电机、高功率锂聚合物电池、电子调速设备等来提供动力，在增加机翼数量时，安全性、可靠性也会得到提升，在相关企业对8 旋翼、6 旋翼无人机进行破坏性试验后得出结论：在破坏一两个旋翼后，仍可保持无人机稳定运行。其四，可替换性高。因无人机材料重心居中，且是按照模块化中心设计，多旋翼无人机在需要时可直接拆装外部装备，并以环境、任务差异为标准，选择更加合适的外部结构，具备相应卸载功能的器具，从而实现消防救援过程中“一机在手、别无他求”的功能性效果，保证救援工作的稳定展开[2]。

三、多旋翼无人机在城市消防灭火救援中的应用途径

实现多旋翼无人机在城市消防灭火救援中的应用，涉及多个方面的内容，就以下数点展开论述与分析：

（一）多旋翼无人机系统功能设定

民用多旋翼无人机在无线视频传输技术、运载能力、操作控制水平持续上升的背景下，可用环境以及执行任务的种类在逐年增多。结合消防灭火救援工作切实所需，可实现无人机搭载、地面指挥的协同作用。应用在城市消防灭火救援中的多旋翼无人机系统，在进行功能设定时，主要包括连个模块：其一，多旋翼无人机装载平台。包括：音频采集、音频输出功能；视频采集功能；装载有灭火弹、救援工具、聚光照明灯；具备GPS 采集、测风温采集功能。其二，多旋翼无人机地面控制平台。包括：音频播放、音频采集；视频显示、视频保存；投弹控制、投放控制、灯光控制；地图显示、轨迹显示、方向预警、温度走势。通过多旋翼无人机装载平台、多旋翼无人机地面控制平台的配合使用，实现对无人机的灵活操控，达到对应的救援目的[3]。

（二）火场侦查

在城市出现火灾情况时，可选择以多旋翼无人机来展开实时灾情侦察、辅助灾情侦察，一些小型多旋翼无人机可在复杂地形、灾情现场，以定点定位、全方位、全视角来展开灵活侦查；尤其是在急难险重的环境下，消防人员进入会面临较大的危险，且难以达到理想的侦查效果，造成对火灾具体情况的不了解，很难展开具体的救援工作。针对该种情况，引入小型多旋翼无人机，可充分利用其体积小、操作灵活、对飞行环境要求低的特点，操作无人机进入火场的各个区域，拍摄火灾集中蔓延区域，将拍摄的图像通过无线网络直接传输到消防控制中心，便于现场指挥员对火灾形势有一个大致的把握，尤其是针对危化品、高层建筑、大空间大跨度等类型的火灾，可通过无人机来完成近距离、多角度、快速的侦查，并可对重点险情区域展开西乡侦测，判断有无爆炸物存在、爆炸的可能性；还可了解被困人员的数量、具体分布位置，通过无人机的语音功能，提示被困人员正确的逃生路径、自我保护方法，并按照轻重缓急分配好消防人员力量。通过有效、实时的火场侦查，提升对火灾蔓延形势的把握，利于指挥人员结合实际情况来调整救援方略，以此来达到更好的救援效果[4]。

（三）提供连续动态保障

消防人员在进入火灾现场后，会面临各个方面的危险因素，比如爆炸、毒气泄漏、建筑倒塌等，因个人视野的局限性，使得很多消防员在火灾现场难以及时地发现并规避危险因素，而在引入多旋翼无人机后，可提前为消防人员“铺好道路”，预先按照救援路线到达指定地点，拍摄动态画面，或者是直接与指挥中心连线，结合无人机全方位的监测画面来判断当地局势，从而对火灾蔓延方向进行提前预测，并指挥消防人员随时调整救援路线，并对可能发生的危险进行提前干预或者规避，最大程度地保障消防人员的生命安全，并有效提升救援效果，为消防救灾提供连续动态保障。此外，在火灾比较严峻的现场，各种通信方式可能会随时中断，可将多旋翼无人机来充当临时通信台，为火灾内外搭建信息通道，保持消防员、受灾群众、指挥中心一直处于信息互通的状态，可就救援中的诸多问题进行及时的沟通，发挥指挥中心的统筹兼顾、全面指导作用，为消防员、受灾群众多加一层安全保障。

（四）空中实时侦查

多旋翼无人机具体工作模式可由操作人员设置，以“扫描式”来完成灾情的实时侦查，借助对多层、高层建筑的多方位、多角度监控，可直接观察、拍摄处于萌芽阶段的灾情危险，亦能拍摄火灾中期救援现场视频；以安装在飞行器上的ROM 硬件来存储各个阶段的火情视频、图像文件，在其他消防、安防监控系统中直接接入空中监察数据流，通过地面智能控制中心来实现对海量文件、图片、视频的检索与调阅，再以工业级PDA 来完成部分操作、远程查阅，开阔侦查视野，保证侦查效果；同时，可通过旋翼无人机来定期检查各处火灾易发、频发的城市楼宇，检查其消防安全相关工作有无做到位，以此来实现对火灾灾情的提前发现与及时干预，保证城市安全[5]。

（五）辅助救援

多旋翼无人机可根据火灾现场的具体形势安装对应的设备来参与辅助性救援，从以下数点举例分析：其一，装备声光吊舱。借助对讲机、扩音器对火灾现场各个区域喊话，以此来稳定受灾群众情绪，避免其在慌乱、紧急情况下做出错误的反应，并向其传递有用信息，比如告知大楼整体结构、消防器材、逃生通道方向与位置、救援团队到达时间等，让被困人员在紧急状况下实施自救。其二，装备生命探测仪。在大型建筑出现火灾问题时，很多时候难以及时扑灭，并可能会造成建筑倒塌，单靠人力搜救，可能会错过最佳救援时间。针对该种情况，可装备生命探测仪，构建一种基于多旋翼无人机的生命探测系统，其包括多旋翼无人机、生命探测仪、与探测仪连接的运动补偿装置，以此来解决以往无人机救援过程中飞行阶段难以探测生命痕迹的弊端，由运动补偿装置根据所述多旋翼无人机的实时位置信息对所述生命探测雷达装置的雷达探测信号进行运动补偿，让无人机在各个状态下皆能实时探测灾情现场可能出现的生命痕迹，提升救援效果。其三，装备小型灭火装置。一些大型的多旋翼无人机可装备灭火装置，在火灾出现初期阶段，可由操作人员直接遥控无人机到达火灾比较严峻的区域，投放激光灭火弹，以此来及时控制灾情，在装备灭火装置时需考虑多个方面的影响因素，比如无人机的承重能力、承重对续航可能产生的影响等，确保在装备小型灭火装置后，不会影响无人机的灵活程度。其四，装备抛投器。装备抛投器，并在抛投器上悬挂饮用水、食物、安全绳、防毒面具等，能够提升被困人员的生存率，并可降低消防人员的负担，让消防人员能在降低负载的情况下迅速达到灾情现场，实施救援[6]。

四、多旋翼无人机在城市消防灭火救援中的应用前景

科学技术、信息化技术的迅速发展，使得多旋翼无人机的整体结构、应用性能得以优化，并实现了在城市消防救援中的广范围应用。在今后的发展中可向以下多个方向拓展：

（一）提升无人机运载能力

无人机本身的运载能力很大程度上决定了其实施消防灭火救援的能力，因此未来无人机的发展方向之一即通过各种途径来提升其本身的运载能力，如以色列无人机公司开发的无人飞行平台，其已经具备了初步的载人能力，可用于特定区域的灭火救援任务，能够承载大重量的灭火装备，并在关键时刻救助灾民，降低受灾人员的生命、财产损失。

（二）实时传输与判断高危环境信息

无人机在执行任务时会面临各种各样的环境，比如有毒、可燃、腐蚀气体等，要求无人机在面对特殊环境时能具备基本的抵抗能力，并可实现对灾情的有效检查与监督，获取灾情变化情况与隐患数据，将重要信息借助数据云、无线传输到地面控制中心，以便及时提出对应的应对策略。

（三）灭火救援主力

航空装备水平不断提升，使得多旋翼无人机的整体性能得以优化，不论是荷载能力，还是侦查能力、辅助救援能力等都得到了长足的提升，逐渐发展为消防人员灭火救援的主力设备，以长沙市云智航科技有限公司自主研发的旋翼无人机云智航“空中水炮”为例，其是一种留式大载重多旋翼无人机，通过地面高压水泵大载重无人机平台承载水枪、水管飞往高层起火处直接喷洒灭火，系留供电方式能够保证灭火无人机持续飞行作业，无人机搭载水带以3 米/ 秒的速度快速升空，抵达近高层火源处持续喷洒灭火水剂直到火源扑灭，在灭火救援中起到了关键的作用。

五、结语

综上，进入新时期以后，城市化进程进一步加快，更多的高楼大厦投入建设，为保证城市的安全稳定发展，有必要针对当前频发的火灾问题加强消防灭火救援工作，在该种背景下，很多消防灭火救援部门开始尝试性地在救援工作中引入多旋翼无人机装备，借助该项装备灵活度高、操作简便等特性来提升救援效率、效果，保障民众的生命与财产安全。