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

    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

    无人飞行器是无人驾驶飞行器的简称（UnmannedAerial Vehicle，UAV），通常是由飞行器、任务载荷、控制站、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。

    （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1～15kg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30km/h、续航时间短，最长仅50min，普遍在30min左右，抗风能力稍弱，最高6～7级，普遍在4～5级左右。

    （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。

    （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，50～100m³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

    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

    （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）配备范围。消防部队按照建制划分，可按照高、中、低档梯次配备无人机装备。总队、支队级单位可配备1～2台工业级（专业级）多旋翼无人机，从安全性角度考虑，宜选择６旋翼以上无人机，并配备1～2台4旋翼消费级无人机作为补充和备用，在灾害现场可利用消费级多旋翼无人机对现场进行初步勘查，为使用工业级（专业级）多旋翼无人机提供高度、航线范围等参数参考；有条件的单位可配备集成卫星、3G/4G图传、图像编辑、供电等功能的具有较好越野性能的无人机运输保障车，在灾害现场实行自我保障。大（中）队可配备1台4旋翼消费级无人机，携带、运输便捷，只需１人即可完成操作，能够在到达现场后第一时间采集航拍侦查信息。地质灾害多发的西部地区总队，可考虑配备1台固定翼无人机或无人直升机，实现对地震、山体滑坡、洪涝灾害等救援时的远距离侦查和信息采集。针对大型灾害事故辐射周边省区的国家陆地搜救基地，可配备2～3台多旋翼无人机、1～2台固定翼无人机或无人直升机和1套低空系留飞艇，搭载必要的任务载荷，满足应急救援的综合需求。

    4 消防无人飞行器管理应用的关键环节

    （1）培养专业飞手队伍。由于无人飞行器属特种装备范畴，根据配备的无人飞行器类型，消防部队可依托特勤大（中）队组建无人飞行器专业飞手队伍，每个总、支队至少应建立一支由3名飞手组成的无人机分队，专职负责无人机的操作使用和维护管理。在无人飞行器正式投入执勤前，应组织无人飞行器飞手进行专业化培训，飞手经过培训后，应考取国家认可的无人机驾驶资质。同时，随着飞手经验的积累，在飞手队伍中遴选技能娴熟、素质过硬、资质较好的人员作为重点培养对象，取得无人机机长资质或无人机教练员资质，逐步建立消防无人飞行器师资队伍，每个总队应至少有2名具备无人机机长或教练员资质的专业飞手。对经过培训的无人飞行器专业飞手，应建立飞行档案，记录飞手的基本资料、专业受训情况、取得驾驶资质情况、执行飞行任务情况，动态掌握每名专业飞手的飞行素质，以便参战时调度和使用。无人飞行器专业飞手作为专业人才，应注意保留骨干，保持专业飞手队伍的相对稳定和可持续发展。

    （2）严格飞行器日常管理。无人飞行器列装消防部队以后，要建立无人飞行器管理制度和基础台账，并严格执行，强化管理。一是要与当地航空管理部门建立消防部队无人机空域使用报批审核机制，明确平时训练和战时应用空域使用的报批程序，严格平时训练空域申报，简化战时应急救援空域报批程序，杜绝“黑飞”行为。二是要按照公安机关警航部门要求，将消防无人飞行器纳入警用无人飞行器管理范畴，按规则为每架无人飞行器进行统一编号，喷涂编号标志，植入电子身份信息，建立无人飞行器档案，记录采购时间、品型参数、部件组成、主要性能、实物照片及飞行履历。三是要明确无人飞行器采购、装备、执勤、报损、报修、报废的程序流程，严格飞行器全生命周期管理。四是要制定现场使用无人飞行器的安全规程和安全应急预案，明确无人机飞手操作装备时的安全注意事项和紧急避险措施，应用时对飞行空域下方的地面区域进行警戒，防止飞行器坠落造成人员伤亡和其他安全事故。五是要严格无人飞行器日常维护保养制度，飞手每周至少要按照程序和操作规程对飞行器所有组件进行一次全方位保养，确保装备性能随时处于良好状态，发生灾害事故时能随调随用。

    （3）开展常态化训练演练。消防无人飞行器正式投入执勤后，要开展常态化日常训练。训练应围绕基础性训练、多人合成训练和实地综合演练等内容，突出飞手的实操性训练，提高飞手在各种环境下的操作能力和水平。基础性训练包括无人机基础理论口试训练、无人机模拟器操作训练、无人机快速展开训练、无人机飞行前检查训练、无人机起飞降落训练和无人机手控飞行基础训练。多人合成训练包括无人机地面站功能训练、无人机程序控制飞行训练、两人配合规划航线实飞训练、无人机倾斜摄影与三维建模训练、专业级与消费级无人机配合应用训练、高空喊话及定点抛物训练、无人机与图传设备配合训练、无人机应急处置及安全预案训练、无人机日常维护保养训练。实地综合演练应针对高原、山地、平原等不同地形地貌，普通建筑、高层建筑、城市综合体建筑、石油化工设施等不同场所，白天、夜间、有风、有雨（雪）、高温、高寒等不同环境下的无人机飞行及任务载荷功能训练，可与灭火救援、应急通信演练结合开展，也可独立开展。无人机训练作为一类装备，应保证训练时间、训练地点、训练内容和训练人员“四落实”，无人机分队应保证每周至少训练一次，时间不少于5h，一个季度应保证覆盖无人机训练的全部内容。

    （4）强化飞手操作技能考核。针对无人机训练内容，应编制标准化训练操法和考核大纲，作为检查、检验和考评飞手训练的标准和依据。应定期对消防无人机专业飞手组织集中复训和专项考核，确保无人机飞手保持较高的专业技能水平，胜任本职岗位。集中复训由总队以上单位组织，通常每年组织一次，复训以取得无人机驾驶员以上资质的人员为对象，以无人机全训练演练科目为重点，逐项强化飞手对各项训练科目的实操能力，巩固、提升无人机飞手掌握装备实操飞行的各项技能。必要时，可聘请无人机厂家专业飞手、无人机资质考试机构教练、警用航空管理部门专家现场指导，传授新技术新装备知识、纠正无人机操作动作、解读无人机最新法规要求。复训结束后，结合培训内容统一组织飞手技能考核，考核合格的颁发职业上岗证，作为各单位消防无人机第一飞手，实战中首先使用；一次复训考核不合格的，暂列入无人机飞手后备梯队，实战和训练中只能由第一飞手带飞，不允许单独操作无人机装备，连续两次不合格的取消飞手资格，淘汰出消防无人飞行器飞手队伍。

    （5）开展无人飞行器战评总结。2015年以来，无人机在福建漳州“4·16”PX项目爆炸起火事故、山东日照“7·16”着火爆炸事故、天津港“8·12”特大火灾爆炸事故、江苏靖江“4·22”爆炸火灾事故中均得到了初步应用，但在应用中均不同程度出现无人机坠落的情况，虽未造成重大损失和影响，但实战中的应用经验对提升消防无人飞行器管理应用水平具有不可替代的重要作用。因此，消防无人飞行器投入执勤后，要按照“每战必评”的原则，及时总结飞手技能和无人飞行器在实战中的应用经验和教训，分析在不同灾害类型、灾害场所、天气环境下，消防无人飞行器实战应用的典型问题，总结形成适用于各类实飞环境下的消防无人飞行器应用战法，收集整理实战应用相关视频、图片、文字资料，汇总后形成无人机应用战例库，供各地在实战和训练中学习借鉴和总结提高。同时，通过战评和在实战中的装备性能测试，可为改进、完善和提升消防无人飞行器的功能、性能设计，制定消防行业无人机相关标准提供依据，引导无人机生产企业加强适用于消防应急救援的无人飞行器研发，促进产业化良性发展。

     参考文献：

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    ［2］李德仁，李明．无人机遥感系统的研究进展与应用前景［J］．武汉大学学报（信息科学版），2014，39（5）：505－513．

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