多旋翼無(wú)人機(jī)在應(yīng)急救援中的應(yīng)用研究

張文杰 胡鑫

摘 要 當(dāng)前，消防救援隊(duì)伍承擔(dān)著“全災(zāi)種、大應(yīng)急”的應(yīng)急救援任務(wù)，傳統(tǒng)偵查手段已無(wú)法滿足任務(wù)需要。如何有效實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)偵查和應(yīng)急救援，并迅速、準(zhǔn)確地處置災(zāi)情顯得尤為重要。無(wú)人機(jī)技術(shù)結(jié)合無(wú)線通信、攝像技術(shù)，通過(guò)空中對(duì)復(fù)雜地形和結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)救援指揮、現(xiàn)場(chǎng)偵測(cè)成為消防救援新的選擇。

關(guān)鍵詞 無(wú)人機(jī);應(yīng)急救援;消防

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的日趨成熟和通信航空攝影技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，包括：攝影測(cè)量、應(yīng)急救援、公共安全、資源勘探、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估等。當(dāng)前，消防救援隊(duì)伍面臨著日益復(fù)雜的應(yīng)急救援任務(wù)，傳統(tǒng)偵查手段的局限性已日益凸顯。如何有效實(shí)施消防預(yù)警和現(xiàn)場(chǎng)偵查，并迅速、準(zhǔn)確處置災(zāi)情顯得尤為重要。我國(guó)無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)及通信系統(tǒng)解決方案的成熟運(yùn)用，使得無(wú)人機(jī)平臺(tái)結(jié)合無(wú)線通信、攝像等監(jiān)控及傳送設(shè)備，通過(guò)空中對(duì)復(fù)雜地形和復(fù)雜結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行火災(zāi)隱患巡查、現(xiàn)場(chǎng)救援指揮、火情偵測(cè)及防控成為消防救援新的選擇。

1無(wú)人機(jī)工作原理

無(wú)人機(jī)是一種以無(wú)線電遙控和自備程序控制裝置操縱的非載人飛行器，它具備體積小、造價(jià)低、使用方便、對(duì)環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，并整合了無(wú)線圖像傳輸系統(tǒng)，具備相當(dāng)?shù)淖灾骺刂啤w行規(guī)劃及圖像傳輸能力。 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)可分為以下幾個(gè)子系統(tǒng)：地面指揮控制系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、空中視頻監(jiān)控平臺(tái)、微波無(wú)線實(shí)時(shí)圖像傳輸系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航及自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、高效大容量鋰聚合物供電單元、圖傳中繼鏈路等[1]。

2無(wú)人機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

由于采用了技術(shù)先進(jìn)的飛控平臺(tái)及前后臺(tái)視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)，配合完善的飛行及地勤保障系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)可對(duì)地面實(shí)施長(zhǎng)時(shí)間的空中監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)較低的綜合成本對(duì)傳統(tǒng)手段無(wú)法涉足的區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和輔助救援，在制定應(yīng)急預(yù)案、建立快速響應(yīng)機(jī)制、現(xiàn)場(chǎng)火情存檔與取證等方面充分發(fā)揮技術(shù)防范手段的重要作用。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)有：

（1）機(jī)動(dòng)靈活。小型無(wú)人機(jī)一般只有100千克以下的重量，依托飛行控件就可以對(duì)其進(jìn)行操控，只需要1～2人就可以完成此類操作任務(wù)。在道路不暢，交通中斷的情況下，徒步就可以攜帶至災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)，且起飛條件很簡(jiǎn)單，對(duì)地形無(wú)要求，加上無(wú)人機(jī)攜帶方便，所以具有很強(qiáng)的靈活性。此外，無(wú)人機(jī)的飛行速度易于控制，轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)性好，可以靈活機(jī)動(dòng)控制飛行方向，機(jī)載攝像頭也可以跟蹤拍攝對(duì)象;無(wú)人機(jī)還能快速到達(dá)指定地點(diǎn)，反應(yīng)能力快捷，在低空作業(yè)時(shí)，受氣候條件限制非常小，獲取影像的速度非?？?，可在5公里范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠發(fā)揮偵查作用。

（2）視野全面。無(wú)人機(jī)通過(guò)寬帶、數(shù)據(jù)鏈技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)超視距控制，從而具有很全面的視野，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，可以從不同角度、不同的距離在不同的光線條件下進(jìn)行作業(yè)。既可以實(shí)現(xiàn)在高空對(duì)目標(biāo)進(jìn)行全局性拍攝，也可以調(diào)整距離和角度，按需抓拍對(duì)現(xiàn)場(chǎng)決策有重要幫助的關(guān)鍵因素。通過(guò)遠(yuǎn)程控制無(wú)人機(jī)和攝像頭，可以根據(jù)實(shí)際需求實(shí)時(shí)采集圖像，尤其是在低空飛行時(shí)，無(wú)人機(jī)跟蹤拍攝能力極強(qiáng)，使用機(jī)載攝像頭獲取的圖像分辨率很高（可以達(dá)到0.1米），如果配備熱視或紅外等夜視功能，其收錄的視頻將更加全面。這樣的方式為實(shí)現(xiàn)災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)空中監(jiān)控提供了有力保證，能有效提升消防隊(duì)伍搶險(xiǎn)救援的偵查能力。

（3）操作簡(jiǎn)單。從技術(shù)層面上看，無(wú)人機(jī)的遠(yuǎn)程視頻傳輸與控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和接口接入地面站，通過(guò)運(yùn)營(yíng)商光纖接入公網(wǎng)，因此，只需通過(guò)遙控?cái)z像機(jī)及其輔助設(shè)備（鏡頭、云臺(tái)等），就能直接觀看無(wú)人機(jī)的攝像頭實(shí)時(shí)視頻。通常，用戶只需通過(guò)遙控器來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的所有動(dòng)作，通過(guò)遠(yuǎn)程視頻傳輸與控制系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況一目了然，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、方便的全方位監(jiān)控。

（4）安全可靠。無(wú)論面對(duì)暴雨、高溫、臺(tái)風(fēng)、泥石流等惡劣的天氣環(huán)境;或者易燃易爆、塌陷、有毒等嚴(yán)重事故災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng);抑或山岳、峽谷、溝壑等極端地理環(huán)境，無(wú)人機(jī)技術(shù)能有效規(guī)避傳統(tǒng)滅火救援行動(dòng)中存在的短板，可確保消防救援人員的自身安全[2]。

3無(wú)人機(jī)應(yīng)急救援應(yīng)用技術(shù)要求

針對(duì)消防救援面對(duì)的災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，無(wú)人機(jī)在滅火救援中的應(yīng)用還應(yīng)達(dá)到一定的技術(shù)要求。

（1）可靠性。消防救援隊(duì)伍面對(duì)的各種災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，特別是火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)用環(huán)境更為復(fù)雜，需考慮風(fēng)速、煙霧、溫度以及防水等各種環(huán)境因素，因此，無(wú)人機(jī)首先要能滿足現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境使用條件。一是抗風(fēng)能力方面。以浙江地區(qū)為例，常年以東南和西北風(fēng)為主，沿岸風(fēng)力3-4級(jí)，陣風(fēng)5-8級(jí)，因此，其抗風(fēng)能力要達(dá)到6級(jí)以上。二是耐高溫和防爆能力。由于無(wú)人機(jī)使用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，排氣管帶有火花，同時(shí)噪音大、操作維護(hù)專業(yè)化程度高、運(yùn)行成本不菲，且一旦飛機(jī)失控墜落，也會(huì)帶來(lái)潛在的起火、爆炸等隱患，因此要求飛機(jī)平臺(tái)應(yīng)當(dāng)具有一定的耐高溫能力。三是防煙霧能力。由于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)存在大量水霧和煙霧，要求無(wú)人機(jī)有較強(qiáng)的抗水和抗煙霧能力。四是夜視能力。由于災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間、環(huán)境不可預(yù)知，因此應(yīng)當(dāng)配備具有紅外夜視功能的攝像頭，并建議配備輔助光源。

（2）操控性。以18km/h無(wú)人機(jī)巡航平均速度計(jì)算，其可巡視范圍在2公里工作半徑內(nèi)，續(xù)航能力要求達(dá)到單組電池平均30分鐘以上，航線巡查要求能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷監(jiān)控，兩次巡查準(zhǔn)備間隙少于15分鐘;另外，飛行高度方面，根據(jù)調(diào)研，災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)多數(shù)飛行高度在200米以下，考慮到高層建筑最高高度，達(dá)到0到300米飛行高度應(yīng)可滿足日?，F(xiàn)場(chǎng)偵查需要。

（3）集成兼容性。無(wú)人機(jī)在應(yīng)急救援的應(yīng)用中要實(shí)現(xiàn)很多擴(kuò)展功能，必須擁有良好的集成和兼容性。因此，在滿載重量方面，考慮日常訓(xùn)練及使用配備的機(jī)動(dòng)要求，無(wú)人機(jī)需要能便攜或車載到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)附近，單兵進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)部署，緊急情況下拓展攜帶器材，因此要求整套系統(tǒng)攜帶重量不超過(guò)50公斤。此外，在實(shí)現(xiàn)視頻傳輸外，如果要實(shí)現(xiàn)其他輔助功能的集成和傳輸（如語(yǔ)音、測(cè)距、測(cè)溫等），這必然要求無(wú)人機(jī)擁有良好的集成和兼容性。

（4）嚴(yán)謹(jǐn)性。若配備無(wú)人機(jī)，必然需要對(duì)操作人員進(jìn)行素質(zhì)培訓(xùn)，因此必須形成一套訓(xùn)練考核機(jī)制，形成無(wú)人機(jī)日常管理和使用機(jī)制，操作員必需定崗定位，確定使用時(shí)機(jī)和人員。必須由內(nèi)部操作人員和外部技術(shù)人員及研發(fā)制造方形成一套成熟的售后維護(hù)保養(yǎng)機(jī)制，確保無(wú)人機(jī)保持良好的使用常態(tài);要加強(qiáng)學(xué)習(xí)教育，使無(wú)人機(jī)的使用更符合民航管理規(guī)范。

4無(wú)人機(jī)在應(yīng)急救援中的應(yīng)用前景

結(jié)合應(yīng)急救援實(shí)戰(zhàn)需求，無(wú)人機(jī)可以在以下幾個(gè)方面得到廣泛的應(yīng)用。

（1）災(zāi)情偵查。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行災(zāi)情偵查，一是可以無(wú)視地形和環(huán)境，做到機(jī)動(dòng)靈活開展偵查，特別是一些急難險(xiǎn)重的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，偵查小組無(wú)法開展偵查的情況下，無(wú)人機(jī)能夠迅速展開偵查。二是通過(guò)無(wú)人機(jī)偵查能夠有效提升偵查的效率，第一時(shí)間查明災(zāi)害事故的關(guān)鍵因素，以便指揮員做出正確決策。三是能夠有效規(guī)避人員傷亡，既能避免人進(jìn)入有毒、易燃易爆等危險(xiǎn)環(huán)境中，又能全面、細(xì)致掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。四是集成偵檢模塊進(jìn)行檢測(cè)。比如集成可燃?xì)怏w探測(cè)儀和有毒氣體探測(cè)儀，對(duì)易燃易爆、化學(xué)事故災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)氣體濃度進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)，從而得到危險(xiǎn)部位的關(guān)鍵信息;又如集成測(cè)溫、測(cè)風(fēng)速等設(shè)備，可對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況進(jìn)行細(xì)化了解。

（2）監(jiān)控追蹤。無(wú)人機(jī)的作用不僅僅局限在災(zāi)情偵查。消防救援隊(duì)伍所面對(duì)的各類災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)往往瞬息萬(wàn)變，在災(zāi)害事故的處置過(guò)程中，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控追蹤，能夠提供精準(zhǔn)的災(zāi)情變化情況，便于各級(jí)指揮部及時(shí)掌握動(dòng)態(tài)災(zāi)害情況，從而做出快速、準(zhǔn)確的對(duì)策，最大限度地減少災(zāi)害損失。

（3）輔助救援。利用無(wú)人機(jī)集成或者靈活攜帶關(guān)鍵器材裝備，能夠?yàn)槎喾N情況下的救援提供幫助。一是集成語(yǔ)音、擴(kuò)音模塊傳達(dá)指令。利用無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)空中呼喊或者轉(zhuǎn)達(dá)指令，能夠較地面喊話或者指令更有效，尤其適用于高空、高層等項(xiàng)目的救援中，以無(wú)人機(jī)為載體，有效傳達(dá)關(guān)鍵指令。二是為救援開辟救援途徑。例如水上、山岳救援中，現(xiàn)有的拋投器使用環(huán)境和范圍均有很大的局限性，并且精準(zhǔn)度差，利用無(wú)人機(jī)輔助拋繩或是攜帶關(guān)鍵器材（如呼吸器、救援繩等），能夠?yàn)榫仍畡?chuàng)造新的途徑，開辟救生通道，并且準(zhǔn)確、高效率。三是集成通信設(shè)備，利用無(wú)人機(jī)擔(dān)當(dāng)通信中繼。例如在地震、山岳等有通信阻斷的環(huán)境下，利用無(wú)人機(jī)集成轉(zhuǎn)信模塊，充當(dāng)臨時(shí)轉(zhuǎn)信臺(tái)，從而使得極端環(huán)境下建立起無(wú)線通信的鏈路。四是利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行應(yīng)急測(cè)繪。利用無(wú)人機(jī)集成航拍測(cè)繪模塊，將災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)的情況全部收錄并傳至現(xiàn)場(chǎng)指揮部，對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的地形等進(jìn)行應(yīng)急測(cè)繪，為救援的開展提供有力支撐。

（4）輔助監(jiān)督。利用航拍對(duì)高層及超高層建筑實(shí)現(xiàn)全面實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情隱患、消防現(xiàn)場(chǎng)火情實(shí)時(shí)控制、建筑消防檢查或現(xiàn)場(chǎng)火情圖像存儲(chǔ)、可將空中監(jiān)控視頻接入其他安防或消防監(jiān)控系統(tǒng)、支持大容量長(zhǎng)時(shí)間圖像存儲(chǔ)及檢索調(diào)閱、支持通過(guò)智能終端遠(yuǎn)程查看及控制部分功能等。

5結(jié)束語(yǔ)

隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，多旋翼無(wú)人機(jī)在災(zāi)情偵查、監(jiān)控追蹤、輔助救援、輔助監(jiān)督等方面可開展廣泛的應(yīng)用，成為應(yīng)急救援新的選擇。

參考文獻(xiàn)

[1] 王超.多旋翼無(wú)人機(jī)在人防指揮通信中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（9）：26.

[2] 楊薇霖，周巍.多旋翼無(wú)人機(jī)在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)救援中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（15）：179-180.

作者簡(jiǎn)介

張文杰（1982-）， 男，重慶人;學(xué)歷：碩士研究生，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：重慶市消防救援總隊(duì)，研究方向：消防救援、消防通信。