无人机在消防应急救援中的应用研究

赵民生

摘要：消防救援部门担负着各种灾害事故的抢险救援工作，承担着防范化解重大安全风险的重要职责，如何全面提升综合救援能力，更好地完成党和人民交付的各类任务是消防救援队伍亟待解决的问题。而消防无人机由于自身特有的优势极大地提高了救援效率，能够解决消防救援工作中面临的困难，在消防救援工作中发挥着重要作用。

关键词：无人机；消防；应急救援

消防救援队伍担负着守护人民群众生命财产安全的重要使命。建设一支职业化的消防救援队伍是立足我国基本国情和各类灾害事故特点，构建新时代新时期国家应急救援体系的一项重要举措。我国火灾事故具有分布地域广、灾害种类多、发生频率大、救援难度大、人员伤亡多、造成损失大、不确定性和突发性等特点，火灾等危险事故一旦发生，想要在短时间内快速扑救难度很大，给消防救援工作带来了困难。随着计算机技术的飞速发展，消防救援工作迎来了新的机遇。无人机具有机动灵活、操作简单、视野全面、安全可靠、可选择性强、运行维护成本低、飞行高度低、机动性强、执行任务能力强等优势，能够准确捕获灭火救援现场的影像数据资源，为救援工作的开展提供可靠数据支撑，能够满足不同消防应急救援工作需求，普遍受到消防救援人员的青睐。

1 无人机国内外研究应用现状及趋势分析

随着科技进步，无人系统装备不断完善，其在多种行业中都有着广泛的应用。无人机因其在空中飞行可以到达一些人类不易到达的地方，拥有一些独特的视角，所以常常被应用于灾难救援等领域。

1.1  国内外研究应用现状

2011年，南非Mn Naidoo公司针对灾难发生时急需机器人协作进行有效的搜索和救援这一场景，设计了一种基于四旋翼平台的应急救援无人机，能够在灾难发生后快速部署到现场为灾难救助提供可靠的数据[1]。2019年，阿尔及利亚的Omar Sami Oubbati研究了利用无人机为城市中的救援车提供引导服务，在灾难发生之后为救援车辆寻找最优路径使其能够更快到达救援现场[2-3]。2020年，澳大利亚山火爆发，该国救援队使用无人机测量过火面积及火灾提前预警。2011年，日本核事故后使用无人机侦察核泄漏情况[4-5]。

无人机在我国的各类灾害救援中得到了广泛应用，2008年，汶川地震后中科院遥感应用研究所的周洁萍等人利用飞象1号无人机在云下低空飞行。遥感图像成为获取地震灾区受灾信息的重要手段，为抗震救灾提供了可靠、直觀、及时的地面数据。在天津滨海新区爆炸事故和2018年黑龙江哈尔滨北龙温泉酒店火灾、2018年广东省清远KTV火灾、2019年四川凉山原始森林火灾、2019年江苏响水爆炸事故等救援中，消防救援部门利用无人机对事故现场进行高空侦察了解现场灾情，为救援人员提供救援依据。在2018年山东寿光洪灾、2021年河南郑州洪水等自然灾害应对中，无人机为消防救援人员指挥决策提供了有力的信息支撑[6]。

1.2  无人机的发展趋势

目前，欧美等发达国家的科研机构研发无人机，团队数量达到53个，全球无人机生产厂商数量高达721家。近年来，用于商业和个人的无人机需求量大涨，无人机整体市场发展迅速。无人机分为军用无人机和民用无人机两大类，其中用于侦察、作战、运输物资等的军用无人机数量在全球占89%，用于航拍、农业植保、电力航巡等的民用无人机在全球占据11%。

随着小米、腾讯等互联网巨头以及苹果、华为等智能手机巨头纷纷计划或者已经进入无人机市场，大量无人机创业公司介入消费级市场。消防救援无人机的发展趋势主要有以下4个方面：

第一，机身的隐身化。雷达吸波材料、低噪声发动机、防红外辐射的发动机燃料等先进隐身技术和手段将大量用于新型消防救援无人机。

第二，追求高空长航时。利用太阳能来提供动力，保证消防救援无人机能够飞到最高空并能够在不同高度上停留几个月，可以持续进行情报收集与战时的观察任务。

第三，智能化水平提高。目前的消防救援无人机主要是用人工来控制，这样很容易受到电磁的攻击，未来的消防救援无人机既可以用于人工对它实行远程控制，也可以自主运行，在遇到突发状况时，消防救援无人机可以按照预先编制好的程序、算法技术，依靠丰富的传感器和任务设备躲避危险，在脱离远程指挥的情况下来完成任务。在完成灭火任务的过程中，消防救援无人机能够搭载红外探测设备，获取火场救援场面完整的图像和温湿度状态，并及时发现可能存在的暗火，协助留守人员清理火场、防止复燃，保障工作人员人身安全，助力灭火行动取得胜利。

第四，朝着应用场景多元化方向发展。消防救援无人机能够搭载消防救援设备、救生绳索等，替代消防救援人员对火灾现场的火情就行判断和扑救，并及时向火灾受困人员投掷安全紧急物资等。

2 无人机的基本概念及特点、作用

2.1  无人机的基本概念

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机，是由遥控站管理的航空器。无人机由飞行器、控制站和通信链路3个部分组成。无人机具有极大的商业价值，被广泛地应用于地质遥感、空中测绘、森林防火、高层建筑灭火、旱情检测、农药播撒、农用植保、国土资源行业、环境监测、污染源搜索与测绘、火情监测、体育直播、监狱巡逻监控、边境高空巡逻、货物运输、高空拍摄、军事侦察、海洋环保监测、电力设备检测、输电线路、交通监控、人工降雨、航空摄影等很多领域。无人机行业正在朝着智能化、隐身化、集成化、民用化等趋势发展。无人机主要涉及无人机遥感、通信、自主控制、材料等技术。

消防无人机致力于解决高层建筑消防世界性难题。灭火救援消防无人机见图1，该无人机具有经济高效的灭火方式，喷射管头可伸缩，喷射距离大于10m；具有高安全稳定性设计，使用工业级飞控加双冗余飞控系统、紧急安全迫降系统；载重大，可负载25kg；灭火精准，无喷射后坐力；可在危险环境远程操控，破窗弹可解决消防高车破窗难的问题；可快速投递物资弹，帮助受困人群自救脱险；还有操作简单易学、能耗低、运营成本低的特点。

2.2  无人机的特点和作用

无人机具有灾情侦察、数据采集、实时监控、音视频传输、扩音喊话、实施灭火作业、辅助救援、应急通信照明等功能。其机动灵活不受空间限制，能处理复杂火场和恶劣救援环境；功能拓展度高，集中偵察、通信、灭火、救援、照明、运输等用途；载重大，飞控迅捷，安全稳定，灭火方式多样；操作简单易学，能耗低，运营成本低，可靠性高，能够利用广角摄像头对于周围环境的图像进行捕捉。消防无人机在日常消防巡查、灾情侦查，收集现场关键信息、对灾情进行实时追踪、精准灭火、火灾救援指挥调度、消防辅助救援等方面起到尤为重要的作用。图2、图3分别是无人机在救灾物资的投送中的应用、无人机在消防辅助救援中的应用。

同时，无人机也存在一些缺点，比如无人机受天气影响较大，在海拔3000～4500m的高度上，连续飞行10～15min后会使飞机受损。无人机的抗风和气流能力较差，在大风中容易偏离飞行路线。无人机应变能力较差，不能应对意外事件的发生。无人机的机械电子设备一旦出现故障，对无人机以及机械设备都是致命的。

3 无人机应用于消防救援工作中的必要性

3.1  消防救援工作中两大突出难题

目前，消防救援工作主要面临着两大难题：

一是高层建筑消防救援。传统的消防救援设备应对高层建筑火灾时存在不足。高层建筑火灾扑救与人员救援问题成为当今消防部门的一个难题。全球消防系统最髙云梯130m，国内消防系统最高云梯101m，不能满足应对超高层建筑火灾的救援需要。二是消防救援中存在“二次伤害事故”，例如危险化工品爆炸等高危火灾的不确定性对消防救援人员的生命安全威胁巨大。普通消防车辆喷洒距离有限，需靠近火场作业，给消防救援人员生命安全带来极大威胁。另外，在处置山岳、水域救援和山林火灾时，消防救援人员经常面临着“到不了、靠不上、够不着”的困境，往往把大量时间和体力用到架设通道上，容易延误救援时间和灭火最佳时机。因此，在消防救援工作中需要利用更专业、更强大、更有效的设备进行救援。

3.2  应用无人机解决消防救援工作难题的必要性

当前，城市人口密集，高层建筑物逐渐增多，易燃易爆危险品时有出现，事故的发生地点、地形以及环境决定了救援的难度，事故一旦发生，对于消防救援人员有非常高的救援风险。个别危险区域救援人员无法到达，如何在最短的时间内最大效率完成救援任务是摆在消防救援人员和科研人员面前亟待解决的难题。同时，城市一旦发生大型地质灾难需要应急救援，城市中的高楼大厦势必对高空大型无人机的视野造成遮挡，难以探明具体的受灾情况，发现被困人员。通过无人机的应用能够完成灾情侦察和现场数据信息收集，实施行之有效的救援策略，保证消防救援人员的生命安全，对救援方案制定的可行性、科学性提供了支持和保障，具有重大的应用价值。

4 结语

无人机技术是一种新型的飞行技术，无人机具有操作灵活、携带方便、适用范围广、能够在恶劣环境下工作等特点，能够很好地适应灾后各类环境。因此，加强对无人机的研究，完善和提高无人机的使用性能具有较强的理论与现实意义。

参考文献：

[1]肖艳.消防队灭火救援安全现状及对策探讨[J].消防界（电子版），2020，6（4）：65-67.

[2]刘旭南.对消防灭火救援过程中的安全管理分析[J].科技创新导报，2019，16（2）：173-174.

[3]康茹.消防队员作业安全事故原因分析及对策研究[D].北京：中国矿业大学，2018.

[4]朱易峰，蔡喜洋.无人机在危化品事故应急救援的应用研究[J].当代化工研究，2018（9）：103-104．

[5]商德民，阮桢，张磊，等.消防应急救援装备技术现状和发展趋势[J].中国消防，2021（2）：62-65.

[6]王海峰.多旋翼无人机在消防工作中的合理化应用[J].消防界，2017，3（6）：62．

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