摘要：人類社會的進步，使火災變得更加頻繁且越來越復雜，隨著這些年無人機技術的發(fā)展，將無人機技術融入消防滅火逐漸變成必然。消防救援采用無人機主要有以下幾點原因：一、對火場及火場周圍環(huán)境信息十分匱乏，現(xiàn)階段我們收集信息主要是通過周圍知情人及目擊者的口述，加上救援人員的經驗，來推斷得出起火原因等。這些信息的準確性，可用性不高會導致不能準確地得出正確結論，影響救援工作進行，甚至還會對救援者和被救援者的生命構成威脅。二、無人機采集信息和進行救援成本更低，不會造救援人員的生命威脅，反而通過分析無人機采集到的信息來制定合適的救援計劃。

一、系統(tǒng)總體方案設計

無人機采用的是多旋翼無人機，多旋翼無人機是由三個及三個以上旋翼提供全方位空間動力，可實現(xiàn)垂直起降的無人駕駛飛行器。采用這種無人機的原因是：首先多旋翼無人機飛行穩(wěn)定且可在空中實現(xiàn)懸停，轉向等多種動作可完成所需的飛行任務，根據(jù)實驗結果表明6 旋翼或8 旋翼無人機在
被破壞1 到2 個機翼時可以正常飛行，更加符合我們救援的實際需求；其次多旋翼無人機是垂直起降，不受場合限制機動靈活；再次多旋翼無人機操作簡單，泛用性強；最后就是多旋翼無人機的零件可替換性高，我們可以更具不同的救援需求、不同的救援環(huán)境給無人機搭載不同的救援模塊。

無人機整體是由飛機機體、飛控系統(tǒng)、能源系統(tǒng)及救援模塊等多個部分組成。
無人機的動力來源分為電動和燃油兩種，由于我們的目的環(huán)境是高溫燃燒環(huán)境，考慮到無人機自身溫度及有可能發(fā)生墜落事件形成二次事故。我們采用電動驅動。

二、飛控系統(tǒng)設計

飛行控制電路是一架無人機進行工作的核心，指揮無人機完成起飛、降落、轉向、懸停等動作的必備部分。我們采用的是能夠支持多軸多旋翼的APM 開源飛控方案，Atmega2560 作為MCU 為APM 的控制核心，PPM 解碼芯片采用Atmega168 監(jiān)視模式通道，來實現(xiàn)手動模式和自動模式的快速切換。慣性模塊采用單軸雙軸和多軸加速計綜合組成，通過測量三個加速計的數(shù)據(jù)進行分析綜合得出無人機的實施飛行姿態(tài)。除此之外還有導航模塊，壓力計和磁力計等信息采集模塊，提供信息給MCU 進行計算。其中APM 對無刷電機的控制采用PID 控制，通過導航級PID 控制無人機在給定速度下的高度來計算俯仰角、橫滾角和油門，控制級PID 根據(jù)導航級PID 的數(shù)據(jù)分析出無人機當前的飛行姿態(tài)，據(jù)此將控制量轉換為PWM 輸入到電調對無刷電機進行控制，進而實現(xiàn)對無人機的俯仰角、橫滾角和油門的控制。

三、無人機機體結構設計

無人機的基體結構可以采用共軸雙旋翼無人機，就是在一個軸上裝兩個轉動方向相反的槳葉，同軸上的兩個電機相反連接，且調整下方的升力略小于上方。雖然這樣會在一定程度上影響無人機的靈活性，但是在不改變無人機大小和規(guī)模的情況下共軸雙旋翼將會提供多近一倍的升力。對于有消防滅火特種工作需要的無人機的非常良好的選擇。

四、救援模塊設計

人類文明發(fā)展到今天，隨著社會的發(fā)展，世界環(huán)境的復雜多變，也對我們滅火救援工作提出的多種多樣的要求。為此我們的消防無人機也需要適應不同情況。適應我們的消防無人機的救援模塊采用可拆卸可替換的模塊化設計，這一設計大大提高了消防無人機的可用性和可用情況，還在一定程度上減輕了無人機的載重，提高了無人機的靈活性。根據(jù)不同的火災情況我們設計了森林火災模塊、化學品火災模塊、城市消防救援模塊。
森林火災模塊主要分為三部分，分別是滅火裝置、探測裝置和輔助救援裝置。首先是滅火裝置由于是用于森林救火，起火區(qū)域絕大多數(shù)情況下為沒有人類活動的無人區(qū)，因此可以采用高效的滅火彈。此裝置由控制裝置、發(fā)射器、儲彈匣、攝像頭和瞄準器組成。這種滅火彈效率高、范圍大非常適用于森林火災。
其次是探測裝置，探測裝置主要由測量儀器、采集儀器和分析儀器組成，包括溫度傳感器、氣壓傳感器、熱成像攝像頭、夜視儀、氣體成分分析裝置以及高清攝像頭。此裝置的主要目的你是通過無人機來采集火場信息，詳細火場情況，找出起火點，起火原因，是否適宜救援人員進入，據(jù)此制定救援方案，在完成救援工作的情況下，最大程度上的減少人力物力消耗，并保證救援人員的生命安全。
最后是輔助救援裝置，在火場中有被困人員，且救援人員暫時無法立即進行解救或是不知道是否還有被困人員的情況下，輔助救援裝置就能發(fā)揮巨大作用。輔助救援裝置包括耐高溫儲物箱、高分貝揚聲器、強光探照燈等?？梢赃M行人員搜救，人員疏導，安撫被困人員情緒、為救援人員送去食物、水和呼吸面具等救命物資。
化學品火災模塊：在化學工業(yè)發(fā)展普遍的當今社會，化學品火災的發(fā)生不再是一種稀有現(xiàn)象，他們的起火原因或許不都與化學品有關，但是由于化學品燃燒可能發(fā)生預料之外的化學反應發(fā)生爆照或是產生有毒氣體。因此化學品火災的救援一直是救援工作中的一大難點，因此無人機的存在就能攻克這一難點。滅火裝置采用噴灑裝置，可以根據(jù)不同的化學用品起火來選擇噴灑不同的試劑來達到滅火的目的。探測救援裝置和輔助救援裝置跟森林火災模塊采用相同的配置。
城市消防救援模塊：在城市消防救援的過程中，無人機也可以發(fā)揮很大作用，比如說在高層建筑普遍的當今社會，高層火情的救援條件對于傳統(tǒng)救援方式來說有些苛刻。此時無人機就可以派上用場。
滅火裝置由干粉滅火彈及破窗器組成。可以完成破窗救援及定向滅火的任務。輔助救援裝置中除了原有裝備還添加了實施語音通話的功能，不僅可以安撫被困人員的情緒還可以結合現(xiàn)場具體情況指揮被困人員采用正確方式自救。

結束語

隨著當今社會科技的進步，無人機技術的發(fā)展，以及5G 時代的來臨，加之當今時代人群居住越來越密集化，救援情況越來越復雜化，無人機技術用于消防救援逐漸從一種可能變成一種必須。消防無人機的出現(xiàn)不僅為現(xiàn)今火災的救援提供了更好更方便代價更低的方案，而且能最大程度上的減少救援人員的傷亡率，為零傷亡救援邁出了一大步。人類文明伴隨著火焰而誕生，文明也伴隨著火向前發(fā)展，完成對化驗的控制則是文明繼續(xù)前進的必經之路。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-805359.html

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