消防无人机在灭火救援中的应用

摘要：消防救援队伍正处于制度重构、体系重建的重要阶段，在防范化解风险、事故专业处置等方面仍存在短板，对标“全灾种、大应急”任务需要，队伍亟需在作战方式与技战术装备应用上寻求突破。使用新型的消防无人机，有利于实现对灾害现场实际情况的高效掌握并辅助作战指挥与现场救援行动。文章重点研究了消防无人机在灭火救援行动中的实战化应用，并针对未来消防无人机行业发展提出了几点建议，希望可以提供一些有益的参考。

关键词：消防;无人机;应用研究;灭火救援;

1 国内外无人机应用现状

随着科学技术的发展，无人机作为专业领域开展专项作业的基本平台已经得到广泛重视和应用。国内外的专家学者利用无人机技术、传感器技术、现代通信技术等研发了许多优秀的无人机，广泛应用于军、警、民领域。

1.1 军警领域应用现状

无人机技术在军警领域已经得到广泛应用，通过无人机辅助侦察、快速搜索、组网协同等应用方式，极大提升了军警队伍的处置能力。洛克希德·马丁公司已经开发出能够帮助搜索失踪人员的新型无人机。美国海军公布了一种袖珍无人机，能够像蝗虫群一样迅速集结并协同配合扑向敌人。

1.2 民用领域应用现状

英国与巴西联合开发了一款民用小型无人机，借助随附装配的轻型传感器(重约4 kg)，获取红外图像信息更加便捷高效。新加坡成功测试了邮递无人机搭载小件包裹的可行性。澳大利亚在南极使用无人机导航技术辅助破冰船“南极光号”航行，克服重大技术阻碍。目前，无人机集训编队技术已经广泛应用于灯光秀表演中，2019年高巨创新公司在建国70周年完成了2 100架无人机集训表演。

1.3 消防领域应用现状

美国官方联合无人机行业成立了无人机促进公共安全联盟(Drone ADVocates for Public Safety)，该组织致力于训练救援人员的无人机操作技术，进而提升无人机在紧急事件中的应用水平。

相比军警领域的广泛应用，国内消防领域的无人机应用还处在比较基础的阶段。国家消防装备质量监督检验中心针对各类无人机产品，开展了测试、论证和调研工作，并规范了消防无人机系统检验的技术要求，主要包括：消防功能、飞行性能、环境适应性能、电磁兼容性能等50余项。

2 侦察领域的应用研究

火灾现场充满不确定性，当火场燃烧面积大、火灾荷载高、火势十分猛烈或现场地形限制时，仅凭现场救援人员的肉眼观察和经验判断是难以确定现场实际情况的。此时利用侦察无人机能够更加迅速准确地确定火点位置、燃烧面积、火势蔓延情况、被困人员情况、其他危险源等重要信息[1]。消防无人机实施火场侦察的基本流程如图1所示。

2.1 无人机侦察方式的改进优化

侦察的过程实际上是对目标实现探测、识别和确认。通过改进优化无人机侦察方式，可以有效提高灭火救援行动效率。在这一过程中，一般分为3种类型的搜索方式：区域侦察、路径侦察和点侦察。

(1)区域侦察。消防无人机根据灭火救援指挥部的指令要求，对特定任务区域实施灾情侦察。无人机机动灵活，能够在低空环境实施可持续作业，任务限制条件较少。在需要对较大范围实施灾情侦察且该区域灾情条件较为复杂时，可以采取区域侦察的方式。以地理环境作为区分条件，侦察目标区域可以分为江湖侦察区、塌方侦察区、居民建筑区、交通设施区等典型区域。在上述情况下果断采取区域侦察的方式，可以高效应对大范围复杂条件下的灾情侦察任务。

(2)路径侦察。按照灾害事故现场特点，沿特定路径实施侦察，如管线、道路等，并横向延伸数百米的范围。这种侦察方式路线明确，针对性强，适用于道路交通事故、石油化工区域的火情侦察。可按照厂区内道路、管线设施沿线进行侦察，从而确保现场侦察无死角。

(3)点侦察。消防无人机对某个指定位置及附近区域实施的点位侦察。点侦察的前提条件是，通过前期侦察工作已经获取足够有效信息，可以缩小侦察范围对特定位置实施重点且不间断侦察[2]。

上述3种侦察方式在实际灭火救援行动中要灵活运用，可以有针对性地选择其中1种方式，也可以根据灾害事故现场情况结合使用实现侦察目的。无人机拍摄图像、采集数据后，将数据导入建模软件中，能够高效制作高空全景图、二维正射影像图或三维实景模型，利用软件实现三维测绘和精准标识。借助建模成果，可以方便观察灾害事故现场的地形地貌特征，从而精准把握燃烧范围、火势蔓延方向、房屋倒塌范围等核心区域的经纬度，有利于灭火救援指挥部根据灾情信息快速做出决策部署并下达作战指令。

2.2 典型灾害现场的侦察应用

(1)城市建筑火灾的侦察。当前社会生产力高速发展，以城市商业综合体、高层建筑、地下建筑、大跨度建筑等为代表的现代化建筑迅速增加，这对消防救援队伍开展灭火救援行动提出了更高的要求。此外，空间较为封闭的隧道火灾侦察也存在很大困难，现场指挥员只能通过十分有限的火场信息做出不甚准确的决策，这对科学指挥和周密部署是极其不利的。针对此类情况，可以考虑开发使用小型袖珍无人机，通过随附侦察模块，深入火场内部获取第一手信息资源从而辅助决策[3]。

(2)石油化工火灾的侦察。由于石油化工火灾经常出现爆炸与立体燃烧现象，随时都可能发生建筑坍塌、爆炸等情况，危险性极大。此时使用搭载侦察模块(含图传系统和热成像系统)的消防无人机实施高空侦察作业，保持较长滞空时间，可以持续获得情报同时降低人员伤亡的风险。

(3)重大自然灾害现场的侦察。以山体滑坡、泥石流、海啸、地震等为代表的重大自然灾害普遍具有高突发、大范围、广面积、强破坏等特点，极易造成当地通信中断和交通瘫痪，外部人员会出现到达灾区难的问题，内部被困群众会出现联络通讯难的问题。此时借助消防无人机建立内外联络和了解灾害现场形势就成为了救援行动的关键。

3 灭火领域的应用研究

遵循传统灭火技战术装备的开发思路，把无人机应用到灭火领域显然是效果不佳的，无人机既无法单独携带充足的灭火剂，也无法持续开展灭火剂喷射作业。应当拓展应用思路，扬长避短，充分发挥无人机准确迅速的典型优势，弥补传统技战术装备在灭火战斗中的不足，形成优势互补。

(1)运输灭火器材装备。在处置城郊与农村火灾时，存在大量偏远地区，这些地区的道路交通条件不佳，第一出动力量到达现场花费大量时间乃至出现难以到场的情况。这种情况下可以通过派遣运输无人机携带简易灭火器材先行抵达事故地点，控制火势蔓延，确保人民生命财产安全，实现初期控火的目标。

(2)精准释放灭火剂打击火势。在不便于人员攀爬的高压线路、变压器等起火点，无人机可以装载高效灭火剂，由地面控制台指引，在空中悬停瞄准火源释放灭火剂精准打击火势。如天龙Ⅰ号高层建筑专用特种消防灭火无人机具有20 kg挂载能力，在20 m外发射携带的4枚灭火弹，可以穿透厚度20 mm的双层钢化玻璃，抛射8 kg灭火剂，灭火覆盖能力达80 m2。灭火无人机作业示意图如图2所示。

4 救援领域的应用研究

无人机在救援领域同样有巨大应用空间，尤其是山岳、高层、水域等常规装备难以满足救援需要、救援人员一时难以靠近的情况发生时，更是能够发挥难以替代的重要作用[4]。

(1)抛投功能模块。通过抛投功能模块，快速准确地将救助装备或物资投放给被困人员，紧急情况下可以一定程度替代抛投器的功能，安全迅速地建立救援系统。

(2)基站功能模块。在遂行山岳救援任务时，考虑到复杂多变的地形地貌，当地通常缺乏稳定的通讯联络信号，被困人员很难通过自身携带的手机等通讯设备传递求救信息。把模块化小型基站与无人机系统有机结合，深入山区密林中搜索信号搭建联络平台，被困人员可使用手机等通讯设备与外部人员直接取得联系。

(3)扩音照明功能模块。无人机可以通过喊话、系留照明、扩音功能模块，引导被困人员逃生，并在夜间应急救援过程中提供不间断、大范围的照明保障，对建筑物内人员实现良好的引导疏散效果，同时通过图传系统掌握疏散现场的整体态势。

5 通信领域的应用研究

无人机可以通过搭载有线、无线、微波单兵、4G图传系统和后方指挥中心、动中通、静中通卫星指挥车有效地开展通信。在大型自然灾害事故现场及地形复杂的信号屏蔽区，无人机通过集成搭载转信模块可以充当临时转信台，为恶劣环境下通信联络提供有力保障[5]。

(1)实现大范围通信覆盖。通过固定翼长航时无人机或者系留无人机挂载通信中继，从而完成通信网络的全覆盖，解决信道拥堵、通信盲点等难题[6]。

(2)有效解决火场内攻通信不畅。绝大多数火灾都需要救援人员深入内部实施火场救人行动，救援人员需要面对结构复杂型建筑内通信不顺畅问题，这本身就是巨大的安全隐患，容易导致现场处于不可控的被动局面。无人机在搭载通信中继模块后，能够迅速建立现场通信链路。依靠畅通的现场通信网络，还能够操作多台无人机完成对火场人员位置的有效定位，然后由现场指挥员进行力量调度完成科学部署和及时调整，提升整个火场的灭火救援效能。

6 建议与展望

本文从侦察、灭火、救援、通信共4个典型方面对无人机在消防工作实际中的应用加以研究，希望能够为消防无人机的发展建设提供一些可借鉴的思路。无人机由于其自身独特的技术与平台优势，在可见的未来，其应用前景必将更加广阔，下面从四个方面对无人机未来发展加以展望。

6.1 健全消防无人机管理机制

要在消防装备发展总体规划中加入无人机建设有关内容，制定消防无人机建设发展规范，包括行业标准和配套措施，建立健全研发、列装、应用、管理、创新等多方面工作机制[1]。做好顶层设计，重点考虑无人机布点、空域申请、响应机制、实战保障等关键环节。建议应急管理部消防救援局、总队、支队三级分别设立专门机构，负责无人机使用与管理。同时，要建立消防无人机空域申请和报批制度，坚决杜绝“黑飞”行为。

6.2 出台消防无人机技术标准

面对新时期消防应急救援形势需要，我国应当尽快完善消防无人机通用技术标准，推动消防无人机研发生产、采购配备规范化，促进操作使用和维护保养更加制度化。要通过不断的测试论证，保障各部件参数达标，优中选优，明确消防无人机配备品牌和型号的范围，确保满足实战需要。

6.3 加强无人机人才队伍建设

组建消防无人机救援专业队伍，每个基层消防救援大队或执勤站至少培养1～2名持证飞手，总队、支队两级至少培养3名持证飞手。按照训练紧贴实战的原则，出台《消防无人机训练大纲》。同时构建“专常兼备、快速响应”消防无人机应用战略合作体系，通过与战略单位专业飞手会商研讨、共同保障，达到相互学习、相互促进的目的。

6.4 消防无人机实战化远期构想

(1)打造消防专用无人机平台。在遂行各类典型灾害事故处置任务时，消防无人机需要接受各种高风险环境的考验。相比借助民用无人机平台进行改装，消防专用无人机平台有着更加突出的应用优势，应当着力研发多种类型的消防专用无人机。

(2)重点突破无人机多机协同作战系统。建议重点研究开发无人机多机协同作战系统，从而实现无人机应用从单机到多机的跨越。如在大型车辆事故救援现场中，存在重大危险源，搭载协同作战系统的消防无人机既能够迅速分散执行外围广播疏散任务。此外，重型无人机通过协同作业，可以执行车辆起重任务，解决重型起重机械无法展开作业时的应急需要。

(3)提升消防无人机智能化水平。将无人机与人工智能、GIS地理信息系统、云计算、大数据有机结合，利用无人机提供灾害事故现场即时情况，使用GIS地理信息系统、大数据、云计算技术为指挥员提供分析决策的信息资源。

(4)优化消防无人机核心性能指标。未来通过应用固态电池、石墨烯电池等新型电池技术甚至是小型核聚变装置等更加先进的能源技术，将先进动力源装置和无人机平台有机结合，实现消防无人机续航时长的新突破。此外，可以通过设置信号中继站、增强信号抗干扰能力乃至未来应用量子通信技术等方式，实现无人机遥控距离的优化突破。消防队伍借助长续航、远程可控的消防无人机平台，可以实施跨区域无人机增援行动，极大提升无人机作战效能。

参考文献

[1] 南江林.消防无人机研究与应用前景分析[J].消防科学与技术,2017,36(8):1105-1107+1112.

[2] 崔彦琛,吴立志,朱红伟,等.消防无人机侦察功能的应用研究[J].消防技术与产品信息,2018,3111:64-68.

[3] 叶媛媛.多UCAV协同任务规划方法研究[D].长沙:国防科学技术大学,2005.

[4] 金京涛.无人飞行器在消防应急救援领域的应用探讨[J].消防科学与技术,2016,35(8):1139-1142.

[5] 康文峥,王海滨.无人机通信技术的应用与发展[J].数字技术与应用.2015(02):42-43.

[6] 袁全盛,胡永江,王长龙.无人机中继通信的关键技术与发展趋势[J].无人机,2015(04):32-33.