无人飞行器在消防应急救援领域的应用探讨

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飞行器时,可将多旋翼无人机作为首选对象考虑 。 (2)任务载 荷。 在 选 配 任 务 载 荷 时 应 重 点 考 虑பைடு நூலகம்无 人
飞行器在灾害 现 场 的 应 用 需 求 。 可 选 配 可 见 光、夜 视 等 高分辨率图像采集设备及增稳云台实现对现场图像的精 细化采集;选配 高 空 喊 话 装 置 用 于 对 现 场 救 援 人 员 和 社 会群众发布紧 急 通 知 ;选 配 简 易 投 放 装 置 实 现 为 救 援 或 被困人员抛投 绳 索 、救 生 圈、急 救 箱 等 救 援 器 材 ;选 配 有 毒气体探测设备实现对现场有毒气体成分检测和分析; 选配倾斜摄 影 设 备 实 现 对 现 场 地 形 地 貌 的 三 维 立 体 建 模,建立电子沙盘供决策指挥 ;搭载 伞 降 装 置 实 现 在 发 生 坠机事故时紧急开伞 ,降低对地面 设 施 或 人 员 的 损 伤 等。 在实战应用中,用 于 图 像 采 集 的 无 人 飞 行 器 装 备 应 考 虑 与消防卫星 专 网 图 传 设 备 (动 中 通、静 中 通、便 携 站)、消 防3G/4G 图传 设 备 配 合 应 用 ,并 辅 助 图 像 处 理 设 备 ,以 实现图像编辑和实时回传至后方指挥中心等需求。
(3)固定 翼 无 人 机。 固 定 翼 无 人 机 是 通 过 动 力 系 统 和滑翔实现起降 、飞行,包括燃油动力 和 电 动 力 两 类。 优 点是飞行速度快,有的可达120km/h以上,续航时间 长, 电 动 力 固 定 翼 无 人 机 可 达2h以 上 ,燃 油 动 力 固 定 翼 无
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多旋翼无人机、无 人 直 升 机、固 定 翼 无 人 机 、低 空 系 留飞艇等4类 无 人 飞 行 器 各 具 特 点,在 不 同 灾 害 类 型 的 救援现场 均 有 一 定 的 应 用 空 间。 由 于 火 灾 现 场 救 援 人 员、社会群众相对密集 ,消防应急救 援 更 适 用 电 动 力 无 人 飞行器,燃油动 力 无 人 飞 行 器 因 发 生 坠 机 时 容 易 产 生 燃 烧或爆炸危险,更适用于人烟稀少 、因 交 通 瘫 痪 无 法 第 一 时间进入灾区的地 质 性 灾 害 事 故 远 程 侦 察 。4 类 无 人 飞 行器中,多旋翼无人机因其机动灵 活 ,较 适 用 于 受 灾 面 积 较小的城市火 灾 或 地 质 性 灾 害 现 场 救 援 ,用 于 快 速 图 像 侦察、信息采集分析、高空喊话,以 及 向 救 援 人 员、被 困 人 员抛投质量较轻的绳索 、救生圈等 救 生 器 材;固 定 翼 无 人 机和无人直升机因其巡航时间较 长 、飞 行 速 度 较 快,较 适 用于大型地质 灾 害 的 远 距 离 侦 察 、空 中 投 放 小 型 救 援 物 资或设备,也可为救援人员提供高 空 照 明 ,具 有 高 强 度 钢 圈外保护的无 人 直 升 机 还 可 对 玻 璃 进 行 破 拆 ,以 达 到 排 烟降温效果;低 空 系 留 飞 艇 滞 空 时 间 长、负 载 质 量 大,较 适用于长时间 对 灾 害 现 场 进 行 高 空 监 控 ,或 搭 载 无 线 通 信覆盖设备,实 现 对 公 网 通 信 瘫 痪 的 灾 害 现 场 进 行 大 面 积通信覆盖。 3 消 防 无 人 飞 行 器 的 选 配
人机可超10h。但 该 类 飞 行 器 起 降 对 场 地 要 求 高,均 需 空旷平坦场地,通 过 跑 道 滑 行、手 抛 或 弹 射 方 式 起 飞 ,跑 道滑行、伞降或 撞 网 方 式 降 落,飞 行 易 受 障 碍 物 影 响 ,不 支持在空中悬停。
(4)低空系 留 飞 艇。 低 空 系 留 飞 艇 是 通 过 填 充 氦 气 等惰性轻质气 体 产 生 浮 力 ,在 空 中 系 留、悬 停,优 点 是 能 够长 时 间 在 空 中 停 留 ,约 3~5d,气 囊 体 积 越 大 载 重 越 大,按1m3 能载重1kg计算,50~100 m3 的 飞 艇 可 搭 载 一套无线中继 设 备 及 天 线 、电 源 等 附 属 设 备。 但 低 空 系 留飞艇对场地要求高 ,需一定空间 用 于 充 气 和 承 载 悬 停, 且使用成本较高 ,填充气体不易回 收 和 再 利 用 ,每 次 使 用 需单独供应。另 外,展 开 时 间 慢,抗 风 能 力 相 对 较 差 ,普 遍小于3级,机动性差,火灾现场 受 火 风 压 或 热 辐 射 影 响 明显,不可过于靠近着火对象 ,适于应急救援现场 。 2 无 人 飞 行 器 性 能 及 其 适 用 性
(1)多旋 翼 无 人 机。 多 旋 翼 无 人 机 通 过 电 动 力 多 旋 翼系统保持飞行姿态和稳定性。市场上现有产品按旋翼 数量分包 括 4、6、8 旋 翼 无 人 机 三 类,个 别 定 制 机 可 达 12 或24旋翼,按 应 用 对 象 包 括 工 业 级 (专 业 级)、消 费 级 两 类。该类无人飞 行 器 优 点 是 质 量 普 遍 较 轻 ,多 在 1~15 kg范围内,起飞和降落对 场 地 要 求 低 ,可 垂 直 起 降,稳 定 性较高,支持在空中悬停 ,6 旋 翼 以 上 机 型 单 个 旋 翼 或 对 称位置的两个旋 翼 损 坏 仍 能 安 全 降 落 ,图 像 质 量 相 对 较 好,操 作 相 对 简 单。 缺 点 是 飞 行 速 度 慢 ,一 般 小 于 30 km/h、续航时 间 短,最 长 仅 50 min,普 遍 在 30 min左 右, 抗 风 能 力 稍 弱 ,最 高 6~7 级 ,普 遍 在 4~5 级 左 右 。
灭火指挥与救援
无人飞行器在消防应急救援领域的应用探讨
金京涛 (公安部消防局,北京 100054)
摘 要:介绍适 用 于 消 防 应 急 救 援 的 无 人 飞 行 器,如 多 旋 翼无人机、无人直 升 机、固 定 翼 无 人 机、低 空 系 留 飞 艇 等,对 比 其性能及适用性。 从 选 配 原 则、任 务 载 荷、配 备 范 围 等 方 面 介 绍消防无人机的选配。分析消防部队开展无人机专业飞手队 伍建设及日常训练管理需把握的关键环节。
关 键 词 :消 防 ;无 人 飞 行 器 ;应 急 救 援 ;应 急 通 信 中 图 分 类 号 :X924.4,TU998.1,V279 文 献 标 志 码 :B 文 章 编 号 :1009-0029(2016)08-1139-04
随着我国经 济 的 快 速 发 展 ,高 层 建 筑、地 下 建 筑、城 市综合体 建 筑、大 跨 度 空 间 建 筑、石 油 化 工 行 业 发 展 迅 速,建筑数量与 设 施 规 模 急 剧 增 加 ,这 类 建 筑 设 施、工 艺 设施、仓储设施发 生 火 灾 的 危 险 性 和 火 灾 的 扑 救 难 度 也 不断地加大,对消防部队现场应急处置 、通 信 保 障 和 信 息 采集获取提 出 了 新 的 课 题 。 例 如,高 层、地 下、大 跨 度 空 间建筑发生火 灾 后 ,现 场 通 信 难 以 覆 盖 建 筑 整 体,卫 星、 3G/4G 等地面图像传输设备往往只能采集某一角度或某 一侧面的火灾态 势,各 级 指 挥 员 通 过 这 些 信 息 难 以 对 灾 害现场的 整 体 情 况 实 现 全 方 位 、无 死 角 地 掌 握 和 把 控。 石油化工、危险化学品等灾害事故的 救 援 ,爆 炸、毒 害、腐 蚀等危险性指标 急 剧 上 升 ,对 现 场 救 援 人 员 的 自 身 安 全 构成极大威胁,现 场 指 挥 所 需 的 各 类 侦 查 信 息 难 以 全 方 位、快速获取,给指挥员科学决策和准确 研 判 带 来 重 要 影 响。此外,地震、山体滑坡等重大自然灾 害 现 场 受 灾 面 积 大、范围广,突发 性 和 破 坏 性 都 很 强,灾 害 往 往 会 造 成 现 场公网通信瘫痪、交通道路损毁,灾区受 灾 情 况 等 信 息 无 法第一时间传出,救援人员也难以快速 到 达 受 灾 地 点 ;同 时,进入灾区的人员也容易与外界失联 ,使 抢 险 救 灾 的 重 要决策部署 得 不 到 及 时 、有 效 地 落 实。 针 对 上 述 灾 害 事 故救援,需要消防部队具备有效获取灾 情 态 势 、保 障 现 场 指挥通信畅 通 的 手 段。 近 几 年,无 人 飞 行 器 行 业 发 展 迅 速,前瞻产业研究院公布的数据显示 ,全 球 每 年 在 无 人 机 的研发和采购上花费的资金达到50~60 亿 美 元,并 以 平 均每年10% 的 速 度 增 长。 无 人 飞 行 器 所 具 有 的 高 空 立 体侦查、安全距 离 外 远 程 侦 查、机 动 灵 活、操 作 简 便 等 特 性,为消防部队有 效 开 展 应 急 救 援 和 关 键 信 息 采 集 提 供 了技术上的便利。 1 无 人 飞 行 器 分 类 和 技 术 特 点
(1)选配原 则。 无 人 飞 行 器 应 用 于 消 防 应 急 救 援 领 域虽然具有机动灵活 、高空俯视以 及 全 方 位、远 程 侦 察 等 特性,行业发展也十分迅速 ,但消防 部 队 在 选 配 无 人 飞 行 器时不能盲目 跟 风,要 结 合 消 防 应 急 救 援 对 无 人 飞 行 器 的应用需求和 消 防 部 队 的 实 际 ,按 照 “需 求 导 向、梯 次 配 备、功能突出、互 为 补 充”的 原 则 进 行 合 理 选 配 。 针 对 消 防部队日常承 担 的 灭 火 救 援 和 抢 险 救 灾 任 务 特 点 ,多 旋 翼无人机的应 用 面 相 对 更 广 ,适 用 场 景 更 宽;同 时,由 于 多旋翼无人机的操作相对简单 ,使 用 人 员 更 容 易 上 手,能 在短时间内快 速 形 成 战 斗 力 。 因 此,消 防 部 队 选 配 无 人
(2)无人 直 升 机。 常 见 的 无 人 直 升 机 有 单 旋 翼 直 升 机和共轴双旋翼直升机 ,包括燃油动力 和 电 动 力 两 类,市 场上的无人直升 机 多 为 燃 油 动 力 ,主 要 特 点 是 能 够 定 点 起降,对起降场地条件要求不高 。优点 是 抗 风 能 力 较 强, 最大可抗8级风,飞 控 距 离 较 远,有 的 可 达 25km 以 上。 燃油动力受油箱体积限制 ,续航时间最 长 可 达 数 小 时;载 荷大,可 负 载 20kg物 体 正 常 飞 行,可 用 于 空 投、高 空 照 明、空中搭 载 基 站 实 现 无 线 覆 盖。 缺 点 是 体 积、质 量 较 大,约在15~80kg范围内,结 构 相 对 复 杂,操 控 难 度 大, 动力系统易抖动影响图像传输质量 ,且价格较高。
无人飞 行 器 是 无 人 驾 驶 飞 行 器 的 简 称 (Unmanned Aerial Vehicle,UAV),通常 是 由 飞 行 器、任 务 载 荷、控 制
消 防 科 学 与 技 术 2016 年 8 月 第 35 卷 第 8 期
站、起飞(发射)和回收装置以及检测系 统 等 组 成 ,是 能 按 指令飞行的空中机器人 。UAV 种类繁多,按 用 途 可 分 为 军用、民用和多 用 途 UAV,按 控 制 方 式 可 分 为 无 线 电 遥 控、预编程自主控制 、程控与遥控复合 控 制 UAV,按 结 构 可分为固定翼、旋翼、无人直升机和垂 直 起 降 UAV,按 航 程可分为近程、中程、远程和全球 UAV,按 飞 行 器 重 量 可 分为微型、小型、中 型 和 大 型 UAV。 目 前,UAV 技 术 较 为成熟,并在测绘、环保、农业等领域得 到 广 泛 应 用,相 对 适用于消防应急 救 援 的 无 人 飞 行 器 主 要 有 :多 旋 翼 无 人 机、固定翼无 人 机、无 人 直 升 机、低 空 系 留 飞 艇 等 。 无 人 机是无人飞行器 的 一 种 ,它 与 航 空 模 型 的 差 别 在 于 无 人 机通常具备自动(程 序)驾 驶 飞 行 功 能,能 按 任 务 要 求 进 行自主飞行,在少人工干预的情况下 完 成 任 务 。 此 外,无 人机通常可超视距自主飞行 ,并可携带 一 定 的 有 效 载 荷, 执 行 航 测 、监 控 等 任 务 。
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