多旋翼无人机在灭火救援领域中的作用拓展

吴楠WU Nan

（江北区消防支队，重庆400026）

1 多旋翼无人机总论

1.1 多旋翼无人机的基本概念 无人机是指机上不搭载驾驶员的飞行器。按照技术来划分，现代无人飞行器可分为固定翼无人机、单旋翼无人直升机、多旋翼无人机、无人飞艇、无人伞翼机、扑翼式微型无人机6 大类。其中多旋翼无人机（Multi rotor UAV，简称为MUA）由于其结构简单、价格相对低廉的特点，在各领域广泛运用。其优势还在于能够实现垂直起降、空中悬停、低空飞行和原地回转等，相对于单旋翼无人直升机有悬停更稳定的优势，使其在灭火救援领域有其他类型无人机无法替代的作用。

1.2 多旋翼无人机的初步分类 当前在灭火救援领域使用最为广泛，最方便携带操作且综合考虑经济效益最为合理的，一般为4 至8 旋翼的X 型微型（或轻型）电动（油动）多旋翼无人机，本文将以此为对象展开讨论。

1.3 多旋翼无人机的结构概况 多旋翼无人机的基本构成部件为电动机（油动机）、电子调速器、电调连接板、桨叶、锂电池（或燃料箱）、机架和飞行控制系统，并根据其不同的使用功能可搭载相应的设备。不论是重新设计适用于灭火救援行动的专用机型或在现有机型上进行改装都应遵循整体布局的基本要求和原理。

2 多旋翼无人机在灭火救援领域中的效能缺陷

2.1 负重缺陷 由于其特殊的桨叶构造和动力结构，使普通大中型多旋翼无人机的额定载重在处于2～20kg 之间，常用的较小型号机型只能载重500～800g，更小机型根本不能载重，这就决定了在多旋翼无人机的作用拓展上不能运载较重的装备。

2.2 续航缺陷 多旋翼无人机在运行中必须通过消耗效率来实现快速转变飞行姿态，当今能够实现数小时飞行时间的多旋翼无人机如我国研制的HYDrone-1800 多旋翼无人机则采用的氢燃料电池，由于其造价等方面的问题还未能全面应用到各领域。综上所述，多旋翼无人机电池续航的缺陷较为明显，常用机型续航时间一般在20～25min左右，载重悬停时间一般不超过15min。

2.3 气象缺陷 多旋翼无人机至少在三种气象条件下不适宜飞行：一是三级以上的风；二是下雨天；三是正午阳光普照时。以上气象条件会对飞机造成失控、短路、干扰信号等问题，从而影响飞行质量甚至出现坠机等事故。

2.4 安全缺陷 虽然时至今日还没有相关部门和行业对多旋翼无人机的安全性能进行准确的数据评估，也没有坠机率的相关统计数据，但从平时掌握的情况看，坠机问题仍较为常见。虽然目前生产的多旋翼无人机普遍都配备自动返功能，但由于信号中断、电池故障、操作不当或其他不可抗外力等引起的坠机在各品牌中都存在。

3 多旋翼无人机在灭火救援领域中的主要功能

3.1 视觉功能 当前将多旋翼无人机用于辅助开展灭火救援，主要体现在灾情侦查、监控追踪和决策辅助等方面。灾情侦查主要是通过多视角观察快速掌握火场的基本情况、人员和易燃可燃物受灾情况、受灾建筑情况、人员被困地形等，通过4G 网络进行实时传输，对战斗展开提供参考。监控追踪主要是通过多旋翼无人机对火场进行长时间、长距离观察，掌握灾情的发展蔓延趋势和灭火救援的执行情况。决策辅助主要是可通过4G 网络连接火场传输系统将现场视频传输到各级指挥部，辅助指挥部对下一步行动进行决策。但类似作用都较为初级，均是利用现有多旋翼无人机自带原始功能进行的发散式利用，并未对机体进行深入的开发利用。

3.2 单一型负重功能 指在多旋翼无人机的额定载重量范围内携带灭火救援相关装备进行传递，开辟新的运输路线，或者提升灭火救援效率。单一负重功能的实现需要对机体进行较为简单的改装，通过加装挂钩、吊篮、携行箱等实现负重。

3.2.1 携带消防装备 携带救援绳索、消防员个人防护部件、其他较小的特种装备等实现其功能。如在江河和山地救援中，由于受地形、视线和技术等方面的影响，且为了提高救援的一次性成功率，用多旋翼无人机运送救援绳索的辅绳显然比用抛投器更加精准可靠。再如消防员在特殊环境下如建筑外墙、江面河面等进行作业时亟需使用某种器材，也可由多旋翼无人机进行运送。

3.2.2 携带逃生器材 可提前设计制作好 “无人机逃生携行包”，内装逃生所需的绳索、缓降器、防烟面罩、救生衣、纯净水、使用说明书等物，对灾害现场的被困人员进行输送。如载重量有限可根据现场情况分包装运，分清轻重缓急。

3.2.3 运载逃生人员 其基本要求是必须使用大型多旋翼载人无人机。如我国亿航公司生产的“亿航184”8 旋翼无人机可载1 人，续航时间23min，巡航速度可达100km/h，设有独立载人机舱，能够代替直升机完成被困人员的营救和疏散行动。但目前载人机在安全层面和操作的合法性层面还没有得到认可，国内外大量载人机还停留在研发实验阶段，并没有大规模投放市场。

3.2.4 架设无线通信 在受灾严重、通信信号中断的情况下，可利用多旋翼无人机在较高点担当通信中继，充当临时转信台，建立起无线通信链路。

3.3 复合型负重功能 除单一实现负重功能外，可通过深入改造机体或增加功能性模块，让多旋翼无人机主动参与到直接或间接的灭火救援行动中。这就对研发能力和工艺水平提出了新的要求，尤其是必须有相应的操作系统，后文将具体讨论。

3.3.1 直接参与灭火救援行动 指多旋翼无人机在灭火救援的某一阶段直接成为行动的实施主体，如针对高层建筑火灾中的初起火点、保护重点区域等可采取多旋翼无人机投放灭火弹、喷射脉冲水流等进行直接灭火。又如在易燃易爆或其他化工泄露现场进行堵漏作业时可采取多旋翼无人机携带注入式堵漏器材实施堵漏任务。

3.3.2 间接辅助灭火救援行动 指多旋翼无人机通过其携带的模块间接为灭火救援行动服务，如在钢结构建筑火灾扑救时可携带测温仪随时掌握建筑外部温度，从而判断建筑的稳定性。再如可携带可燃气体探测仪在易燃易爆或其他化工泄露现场进行侦检，从而避免消防人员进入有毒有害或易燃易爆区域。又如在夜间或断电环境下的地下、隧道等零视距情况下通过装载红外线摄像头可实施火点探测、人员搜救等行动。

4 多旋翼无人机用于灭火救援领域的衍生需求

4.1 体系建设 使用多旋翼无人机应建立相对完善的体系，首先是要有一个高度智能化的闭环反馈控制系统，建立含有指挥控制系统、数据链路地面终端、地面辅助设备系统等在内的地面站和存放相关模块、设备并具备维修功能的机库等。在飞行机组建设方面也要有完整的队伍体系，必须明确驾驶员、机长、观测员、机修师等岗位人员。

4.2 操作系统 目前各品牌多旋翼无人机都搭载了较为成熟的操作系统，能够轻松完成视频传输、摄影摄像、测绘等功能。但对于某一领域的专用机型来说，生产商会根据其足够的市场需求和销量定制操作系统，例如大疆公司在售的农业植保机因其装配了农林喷洒设备，基本都采用了A3 飞控系统，并设计了专业的“大疆农业管理平台”作为联网操作系统。而将多旋翼无人机运用到灭火救援领域尤其是实现其复合型负重功能时，由于其操作距离较远、功能繁琐等问题，最优方案是进行专用操作系统的开发研制，并实现模块化专用机型的量产。

4.3 人才队伍 无人机虽名为“无人”，实际还是由人在进行操作。将多旋翼无人机运用到灭火救援领域，其中重要因素就是要建立较为完备的人才队伍，必须考虑军地两方面的需求：一方面要具备全国统一认证的无人机操作资质，即考取民用无人驾驶航空器系统驾驶员合格证（AOPA 合格证）；另一方面要有消防灭火救援方面的知识技能，最好是通过消防员职业鉴定等级考试，并通过实践逐步走向更高档次的操作岗位。

4.4 建章立制 目前全国消防部队还没有设置无人机操作所涉及的队、班或岗位，甚至在战斗编程上都没有设置无人机操作员，基本都是相关岗位兼顾其职，更没有相应的管理制度。所以，要推广并深化无人机在灭火救援领域的应用需要从建章立制入手，形成行之有效的管理和人才培养机制，突出其专业化、单一化程度，保留专业人才和研发力量，为深化无人机在灭火救援领域的应用集聚力量。

4.5 法律问题 无规矩不成方圆，无人机的发展历程一直就伴随着相关法律问题的探讨和法律条文的出台。2003 年我国开始施行的《通用航空飞行管制条例》中就明确规定无人机用于民用业务时必须当作通用航空飞机对待。2009 年至2015 年间民航局先后颁布了《民用无人机空中交通管理办法》等6 部针对民用无人机的管理办法，对适飞情况和禁飞情况及相关的权责进行了明确规定。2017 年6 月1 日，号称史上最严的《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》颁布实施，对无人机和操作员进行“双实名”管理，并严格划定禁飞区。一些生产厂商也积极响应，如大疆公司就装载了GEO 系统配合民航局对无人机进行区域管理。如要将多旋翼无人机广泛应用于灭火救援领域就必须要正式法律问题，严格按照民航部门的要求进行申报、考证、解码等手续，杜绝出现“黑飞” 现象。

5 结语

随着科技的快速发展和全社会对消防工作的高度重视，多旋翼无人机运用到灭火救援领域是大势所趋，但也要正视机型自身所存在的短板和功能开发必须经历的过程。只有准确掌握多旋翼无人机的基本原理、市场成熟度和灭火救援工作对其的需求导向，才能乘势而上、因势而动，才能继续拓展多旋翼无人机在灭火救援领域的作用，使其更好服务于灭火救援实践。