（河南理工大學(xué)鶴壁工程技術(shù)學(xué)院，河南鶴壁市，458030）

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鶴壁市，458030） 鄭金松 谷海紅

1 概述

無人機全稱“無人駕駛飛行器”，主要是一種通過無線電遙控實現(xiàn)自動移動、通過自備程序控制實現(xiàn)相關(guān)操作的飛行器，一般由無人機平臺、飛控與導(dǎo)航系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、地面指控系統(tǒng)和云臺任務(wù)載荷等六大部分構(gòu)成，涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計、機體材料、飛行控制、無線通信遙控、無線圖像回傳等關(guān)鍵技術(shù)。

隨著城市化建設(shè)的不斷深入推進，高層建筑越來越多，與此同時，高層建筑消防滅火救援任務(wù)越加復(fù)雜艱巨。如何充分利用當(dāng)前移動通訊、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、遠程控制等先進技術(shù)，提高消防隊伍應(yīng)急處置能力，已經(jīng)成為當(dāng)代消防工作的重要研究課題。在此背景下，利用無人機來提高高層建筑滅火救援水平可作為提高現(xiàn)代消防科技裝備技術(shù)支撐的重要落腳點和突破口。

2 消防無人機特點

消防無人機泛指用于消防救援工作的無人機，機身全部采用碳纖維新材料，可提供安全防火的動力系統(tǒng)，應(yīng)用衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)，可實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，指哪飛哪，依托高清變焦攝像頭和熱紅外相機，應(yīng)用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可實時了解災(zāi)害現(xiàn)場數(shù)據(jù)。目前，城市消防隊伍大部分配備的電動多旋翼無人機，可在高空中進行懸停拍攝，在拍攝過程中云臺相機可360°旋轉(zhuǎn)拍攝，具備圖像、擴音器、偵檢、噴水滅火、發(fā)射破拆彈等多項輔助救援，利用無人機的快速移動能力，在城市高樓和森林區(qū)域進行大范圍防火偵察。

3 引進無人機裝備的現(xiàn)實原因分析

3.1 高層建筑消防工作任務(wù)艱巨

城市化發(fā)展中后期，城市人口不斷擴充，社會產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷深入調(diào)整，使得我國消防安全形勢也日益復(fù)雜嚴(yán)峻?！笆濉币詠?，截止到2020年，中國新增100m以上的超高層建筑近萬棟，國內(nèi)大跨度建筑數(shù)量已超過1.5萬棟，布局的燃氣管道更是增加到70萬km，并且伴隨著大型新能源汽車、大型綜合體等城市運行系統(tǒng)日益復(fù)雜，城市脆弱性突出，災(zāi)害事故的鏈?zhǔn)叫б嬉苍谥鸩皆黾?。高層建筑火?zāi)撲救，歷來是世界性難題。高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，很難內(nèi)攻滅火救援，目前世界上高噴車出水最高也僅能達到60～80m左右，即便是101m的登高平臺車，其實際使用效能也是大打折扣。近年來，全國連續(xù)發(fā)生重特大安全事故，使得消防滅火救援面臨新的挑戰(zhàn)，因此投入高科技的無人裝備提高消防滅火應(yīng)急救援戰(zhàn)斗力刻不容緩。

3.2 消防救援人員自身行為的局限性

根據(jù)不完全統(tǒng)計，近十年來，我國消防官兵在滅火救援中每年犧牲人數(shù)20余人，這一傷亡數(shù)字已經(jīng)成為我國消防事業(yè)發(fā)展中的硬傷。在眾多災(zāi)害現(xiàn)場，消防人員難以避免地遇到爆炸、塌陷、有毒、高溫等嚴(yán)重危險因素或者極端環(huán)境條件，由于人的身體條件（如體力、注意力等）限制無法滿足快速有效滅火救援，還會使自身陷入生命危險境況。加強無人機裝備的科學(xué)運用，可有效規(guī)避救援行動短板，保證消防人員自身的生命安全。對于減小災(zāi)害損失和人員傷亡具有重要意義。

3.3 無人機技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施完善

隨著近幾十年以信息技術(shù)為核心的高新技術(shù)迅速發(fā)展，無人裝備相關(guān)的平臺、傳感器、通訊等各項技術(shù)均有較大進展，有力地支撐著無人裝備的飛速發(fā)展，而且一旦5G技術(shù)應(yīng)用，無人裝備的應(yīng)用將呈幾何級增長?！捌脚_無人、系統(tǒng)有人”的作戰(zhàn)手段已成為打贏未來消防戰(zhàn)爭的必然選擇。

隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機的綜合應(yīng)用成本將會逐步降低，在經(jīng)費預(yù)算和維護保養(yǎng)等方面呈現(xiàn)出一定的規(guī)模優(yōu)勢，為消防部隊規(guī)?；渲脽o人機提供了可能。

4 無人機在高層消防滅火救援中所承擔(dān)的功能

4.1 無人機災(zāi)情偵察

對于傳統(tǒng)消防救援工作而言，很大程度上會受到地形和環(huán)境方面限制，現(xiàn)場情況緊急，隨時有發(fā)生爆炸的危險，加上濃煙密布，消防官兵很難在安全區(qū)域憑借肉眼判斷火情。

此時無人機可對火災(zāi)情況進行靈活偵查，尤其對火災(zāi)情況比較嚴(yán)重的一些區(qū)域，消防工作人員無法向火災(zāi)現(xiàn)場直接進入的情況下，利用無人機可使這一限制突破。使偵查效率和效果得以有效提高。

4.2 無人機監(jiān)控指揮

無人機的作用不僅局限在災(zāi)情偵查，而且在監(jiān)控指揮引導(dǎo)救援方面發(fā)揮出重要作用。無人機的飛行高度可達數(shù)百米，巡航半徑范圍達數(shù)公里，可配置超高清廣角可見光相機，地面操作人員可全自動或手控獲取發(fā)生火災(zāi)的高層建筑整體情況，可定點定位高空航拍，清楚辨別火源情況，有效的捕捉火災(zāi)中心的位置、溫度、燃燒物以及周邊環(huán)境、風(fēng)向、水源等，直接確認(rèn)滅火最佳位置。消防人員可據(jù)此迅速定位，確定滅火最佳方案。通過無人機航拍技術(shù)的應(yīng)用，可以大大提高火災(zāi)救援效率。消防部隊所面對的各類災(zāi)害事故現(xiàn)場往往瞬息萬變，在實際消防救援指揮過程，相關(guān)指揮調(diào)度工作人員可依據(jù)無人機所傳輸實時數(shù)據(jù)對指揮方式進行合理調(diào)控，以便能夠?qū)⒒馂?zāi)及時快速撲滅，防止火災(zāi)進一步擴大蔓延。

4.3 無人機輔助救援

災(zāi)害現(xiàn)場復(fù)雜多變，消防人員在開展救援作業(yè)時，隨時可能面臨爆炸、坍塌、轟燃、毒害、腐蝕、墜落等危險，無人裝備“逆火而行”就顯得尤為重要。在消防救援過程中，無人機在輔助救援中的應(yīng)用也十分重要。由于無人機靈活性比較強，消防工作人員可利用無人機搭載相關(guān)設(shè)備，以保證消防工作得以更加有效開展，比如可將集成語音模塊配置在無人機上，從而使空中指揮及指令傳達能夠得以較好實現(xiàn)，實施救援工作能夠得以更加有針對性且有秩序開展。

另外，利用無人機可實現(xiàn)物資補給，為消防工作更好開展提供較好保障，使消防救援工作更加準(zhǔn)確高效。若高層建筑人員被困，難以向下疏散逃生，無人裝備在著火建筑樓頂救援不利的情況下，可進行空中搭安全繩救援，采取通往對面建筑橫向逃生。從國內(nèi)部分總隊開展的無人機滅火演習(xí)看，無人裝備可搭載特殊的滅火導(dǎo)彈、破拆彈或泡沫滅火劑，懸浮于著火層上方，利用破拆彈鎖定目標(biāo)并快速發(fā)射，將玻璃破碎后，在指定區(qū)域噴灑滅火劑，精確、快速地將高層建筑等人難以到達企及的地方的火災(zāi)撲滅。在未來技術(shù)的進一步突破下，通過減少水帶水錘和出水后坐力的方式，在吊升水帶進行滅火時甚至有望解決高層滅火這一“世界性難題”。

4.4 無人機自動巡查平臺

無人機自動巡查系統(tǒng)，可提供實時任務(wù)管理，飛行數(shù)據(jù)同步，設(shè)備與團隊管理等功能?？梢杂行椭鐣M織管理無人機作業(yè)，打通火災(zāi)現(xiàn)在與后方團隊的銜接壁壘?？烧{(diào)度管理平臺存儲在云端的飛行數(shù)據(jù)，讓飛行更加規(guī)范，有效保障飛行的后勤支援。5G技術(shù)的迅猛發(fā)展，也可助力無人裝備的救援行動。利用5G技術(shù)的大帶寬、低時延優(yōu)勢，使得影像資料和控制指令的實時傳回成為現(xiàn)實。無人裝備可通過搭載4K高清攝像頭和熱成像系統(tǒng)，將“感、傳、知、用”的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在無人裝備身上，對災(zāi)害事故處置進行實時監(jiān)控追蹤，將現(xiàn)場情況實時傳回指揮部，便于各級指揮部及時掌握動態(tài)災(zāi)害情況，從而作出快速、準(zhǔn)確的決策，最大限度地減少災(zāi)害損失。

4.5 無人機空氣監(jiān)測

無人機飛行系統(tǒng)可搭載空氣質(zhì)量監(jiān)控裝置，可對高空垂直斷面大氣污染情況進行立體監(jiān)測，通過智能傳感器、攝像、大氣監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路和地面子系統(tǒng)的大氣監(jiān)測解決方案，可滿足小型無人機對大氣數(shù)據(jù)檢測裝置微型化、高精度、高實時性的要求。比如搭載可燃氣體檢測儀和有毒氣體探測儀，對易燃易爆等化學(xué)事故災(zāi)害現(xiàn)場的相關(guān)氣體濃度進行遠程檢測、實時監(jiān)控，從而得到危險部位的關(guān)鍵信息；又如搭載測溫、測風(fēng)速等設(shè)備，可對災(zāi)害現(xiàn)場環(huán)境情況進行細化了解。

5 推廣無人機在高層消防滅火救援應(yīng)用的建議

首先，應(yīng)加強無人裝備的與實戰(zhàn)結(jié)合的設(shè)計研發(fā)，加快裝備提檔升級，提高其自主性、適用性和可靠性。其次，加快配備力度，提高使用率和普及率，不斷推動其更新迭代，逐步推出成熟適用的消防專用無人裝備。同時要聚焦風(fēng)險，強化實戰(zhàn)演練，提高無人機起飛、降落和基本維護實操水平，培養(yǎng)一批專業(yè)的無人裝備新型人才。最后，加強與當(dāng)?shù)乜展?、治安部門溝通聯(lián)系，確保消防用無人機合法、合規(guī)、安全飛行。