消防救援無人機(jī)的功能造型設(shè)計(jì)與研究

　　隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，消防安全形勢日益嚴(yán)峻。面對(duì)未知復(fù)雜的災(zāi)害現(xiàn)場，無人機(jī)的參與大大提高了救援效率。本文通過對(duì)不同類型無人機(jī)的技術(shù)原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，探究小型無人機(jī)在消防救援領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，并基于仿生設(shè)計(jì)學(xué)理論對(duì)消防救援無人機(jī)的功能與造型進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，為今后消防救援無人機(jī)的設(shè)計(jì)提供新的可能和發(fā)展方向。

　　《消防科學(xué)與技術(shù)》由中國消防界知名的專家、學(xué)者組成編委會(huì)指導(dǎo)辦刊工作，編委會(huì)有院士一名。擁有全國各級(jí)消防管理機(jī)構(gòu)、消防科研所、高等院校、建筑設(shè)計(jì)院、消防企業(yè)和消防工程公司、保險(xiǎn)公司等最廣泛的作者群和讀者群，刊登國際和國內(nèi)的稿件。

　　一、消防救援無人機(jī)研究背景

　　隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，社會(huì)財(cái)富日益增加，我國自然災(zāi)害的頻發(fā)，給人類社會(huì)造成了不少生命、財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。2019年1月23日，中國應(yīng)急管理部消防救援局發(fā)布了2018年全國火災(zāi)情況，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，2018年全國共發(fā)生火災(zāi)23.7萬起，造成1407人死亡，798人不同程度受傷，直接造成財(cái)產(chǎn)損失達(dá)36.75億元。通過這一系列的數(shù)據(jù)表明火災(zāi)給人們帶來巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，城市的規(guī)模和人口密度大幅度擴(kuò)增，城市環(huán)境變得越來越擁擠，高層建筑鱗次櫛比，生產(chǎn)企業(yè)逐漸增多，古建筑和老城區(qū)問題日益突出，這一系列因素給城市消防帶來了諸多問題和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。經(jīng)過調(diào)查顯示，目前一些城市的消防基礎(chǔ)設(shè)施完全跟不上城市建設(shè)的發(fā)展需求，存在很大的安全隱患。同時(shí)人們在林區(qū)活動(dòng)的日益頻繁，森林消防安全問題也隨之增加。如何更好地解決消防安全問題是目前這個(gè)社會(huì)所共同面臨的挑戰(zhàn)。

　　隨著無人機(jī)技術(shù)的逐漸成熟和發(fā)展，目前開始廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域，特別是在災(zāi)害等應(yīng)急救援中，無人機(jī)可以做到傳統(tǒng)手段無法完成的任務(wù)和工作。在大型的災(zāi)害事故現(xiàn)場，消防人員無法快速獲得現(xiàn)場全貌，無人機(jī)的應(yīng)用可以最及時(shí)有效地進(jìn)入災(zāi)害環(huán)境進(jìn)行偵檢[1]。由于無人機(jī)具備機(jī)動(dòng)靈活、造價(jià)成本低、體積小并且便于操作的特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境的要求極低，它可以迅速進(jìn)入災(zāi)害現(xiàn)場了解情況并及時(shí)傳回有效信息，減少了救援人員的人身安全風(fēng)險(xiǎn)，適用于復(fù)雜危險(xiǎn)的緊急環(huán)境中[2]。由于無人機(jī)在救援方面的優(yōu)勢，促使國內(nèi)外設(shè)計(jì)師爭相研發(fā)救援無人機(jī)，為今后的災(zāi)害救援提高效率。

　　目前，無人機(jī)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于應(yīng)急救援、火災(zāi)搶險(xiǎn)、重大安全事故中。無人機(jī)行業(yè)不斷地進(jìn)行自主研發(fā)，逐步攻克技術(shù)難關(guān)，推動(dòng)工業(yè)無人機(jī)行業(yè)前進(jìn)穩(wěn)步發(fā)展，根據(jù)應(yīng)急救援領(lǐng)域的需求，無人機(jī)正在朝著更輕便化、實(shí)用化、智能化的方向發(fā)展。正是由于其廣闊的應(yīng)用前景，很多國家都爭相在救援無人機(jī)領(lǐng)域投入大量科研經(jīng)費(fèi)，加緊研發(fā)各種性能優(yōu)異、功能完善的無人機(jī)，為消防救援無人機(jī)產(chǎn)業(yè)提供了一定的安全和技術(shù)保障，同時(shí)也促進(jìn)了無人機(jī)搜索救援技術(shù)的發(fā)展。

　　二、消防救援無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

　　隨著無人機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其在災(zāi)難救援領(lǐng)域的運(yùn)用也日趨成熟，目前已經(jīng)有相關(guān)部門運(yùn)用無人機(jī)來代替部分人力行動(dòng)，在抗擊各類災(zāi)害過程中積極發(fā)揮作用，特別是消防部隊(duì)，無人機(jī)在滅火救援中起到了越來越重要的作用[3]。

　　當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，使用無人機(jī)進(jìn)行災(zāi)情偵查，復(fù)雜的地形和環(huán)境對(duì)其影響較小，能夠做到機(jī)動(dòng)靈活的開展偵查，特別是一些危害嚴(yán)重的災(zāi)害現(xiàn)場，救援人員無法開展偵查工作，這時(shí)候無人機(jī)便可以迅速地進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場進(jìn)行環(huán)境偵察、展開工作。通過無人機(jī)的探測不僅能夠有效提升救援偵查的效率，同時(shí)可以在第一時(shí)間查明災(zāi)害事故的關(guān)鍵因素，以便指揮員作出正確決策和應(yīng)對(duì)措施。目前消防救援無人機(jī)還可以通過集成偵檢模塊對(duì)易燃易爆的有毒氣體進(jìn)行有效的檢測，并且對(duì)相關(guān)氣體的濃度可進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測，快速得到危險(xiǎn)地方的實(shí)時(shí)信息，這樣既能避免救援人員進(jìn)入有毒易燃易爆等危險(xiǎn)環(huán)境中，又能全面細(xì)致掌握現(xiàn)場情況，因此能夠有效規(guī)避人員傷亡。

　　面對(duì)各種原因造成的消防安全事故，小型無人機(jī)的應(yīng)用發(fā)揮了很好的偵查優(yōu)勢，消防救援無人機(jī)的使用，可以更好地完成各類滅火救援和搶險(xiǎn)救災(zāi)任務(wù)。目前，我國也有少數(shù)無人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)開始進(jìn)軍消防救援領(lǐng)域，生產(chǎn)出來專門用于消防救援的無人機(jī)。如深圳一家科比特航空科技有限公司發(fā)明生產(chǎn)了一款消防救援無人機(jī)，其搭載熱成像、毒氣檢測、高空喊話等設(shè)計(jì)模塊，但是無人機(jī)設(shè)計(jì)的氣體檢測模塊直接掛在機(jī)身下部，無人機(jī)本身也并不具備防爆性能，安全性能相對(duì)較低，以至于不能很好地在救援工作中發(fā)揮有效的作用。

　　三、消防救援無人機(jī)的功能分析與研究

　　(一)圖像采集與監(jiān)測

　　無人機(jī)配置的多媒體采集系統(tǒng)可以進(jìn)行視頻、音頻等數(shù)據(jù)的信息采集，通過無線電方式傳輸?shù)降孛娴慕邮掌�，以提供給指揮人員實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的災(zāi)害現(xiàn)場信息。

　　(二)氣體檢測

　　無人機(jī)機(jī)載氣體檢測主要是用于消防應(yīng)急救援方面，在嚴(yán)重的災(zāi)害現(xiàn)場如果出現(xiàn)有毒氣體泄漏情況發(fā)生時(shí)，無人機(jī)搭載的氣體檢測系統(tǒng)就可用于檢測有毒氣體的濃度，并且需要具備無線數(shù)據(jù)傳輸能力，可以將災(zāi)情及時(shí)反饋給指揮中心。無人機(jī)氣體檢測體系主要包含無人飛行器、NEsensor氣體檢測、數(shù)傳/GPRS、地面站/服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理軟件等構(gòu)成。首要地作用于檢測大氣空氣質(zhì)量AQI與應(yīng)急檢測有毒有害氣體，其精度非常高可以達(dá)到1PPB。改變了傳統(tǒng)固定點(diǎn)的檢測，使得氣體檢測變得靈活、快速、精確、方便。

　　(三)照明與拋投牽引

　　無人機(jī)在夜間應(yīng)急搜索時(shí)，一套應(yīng)急照明無人機(jī)裝備是必不可少的，它需要由電池供電系統(tǒng)、收放線系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)等多個(gè)模塊構(gòu)成。由于搜索救援需要的時(shí)間長、面積大、高亮度的照明需求使無人機(jī)在設(shè)計(jì)該模塊時(shí)，要考慮無人機(jī)搭載的重量和使用壽命。

　　拋投牽引系統(tǒng)可以為救援開辟新的途徑。例如在山間、水上救援時(shí)，拋投器可以為救援順利進(jìn)行提供方向，但是現(xiàn)有拋投器的使用環(huán)境和范圍均有很大的局限性，并且精度較差，利用無人機(jī)輔助拋繩可以為救援開辟新的救生通道，拋投控制按鈕集成到原飛機(jī)遙控器，根據(jù)機(jī)型載重及控制距離而具體設(shè)計(jì)，提高使用效率和精確度。 　　 四、消防救援無人機(jī)造型設(shè)計(jì)與研究

　　對(duì)于消防救援無人機(jī)的外觀筆者采用的是仿生設(shè)計(jì)，它所仿生的對(duì)象原型是鯊魚，雖然鯊魚和飛行器是處在不同的空間媒介中，但它們在運(yùn)行過程中具有類似的流體力學(xué)特性。大自然為鯊魚創(chuàng)造了良好的外部形態(tài)，使它能在水中游往自如并獲得很高的速度，這就像飛行器在火場厚厚的濃煙中飛行一樣。因此，仿生鯊魚外形的火災(zāi)救援無人飛行器無論是從理論上還是實(shí)踐上都是行的通的[4]。

　　同時(shí)，我們還從汽車的“鯊魚鰭”天線中得到啟示，通過仿生鯊魚的造型可以完美地將此設(shè)計(jì)融入到飛行器的造型設(shè)計(jì)中，體現(xiàn)出產(chǎn)品的時(shí)尚性和功能性。

　　色彩設(shè)計(jì)方面，飛行器主體采用的是白色和黑色，上部結(jié)構(gòu)為白色，便于提高識(shí)別度，下部結(jié)構(gòu)由于材料原因采用黑色設(shè)計(jì)，同時(shí)，飛行器兩側(cè)設(shè)計(jì)有紅色警示燈，便于消防人員和被困人員更好的識(shí)別。同時(shí)以黑白灰為主色調(diào)，更容易突出產(chǎn)品的科技感，用紅色加以提亮，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)感更強(qiáng)。

　　在我國，無人機(jī)應(yīng)用于消防救援領(lǐng)域還是不夠?qū)�業(yè)和普遍，大部分停留在實(shí)驗(yàn)探究階段，更多的設(shè)計(jì)師只關(guān)注技術(shù)性設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)的問題，往往忽略了產(chǎn)品的人機(jī)合理性、市場需求，以及受眾情況。在這里，筆者利用自己的專業(yè)優(yōu)勢進(jìn)行創(chuàng)造研究，針對(duì)我國的現(xiàn)實(shí)情況，進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。通過產(chǎn)品形態(tài)研究、仿生學(xué)研究、美學(xué)研究、藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)角度進(jìn)行邏輯分析，在無人機(jī)的造型方面進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從技術(shù)角度對(duì)現(xiàn)有的用于消防救援的無人機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)和功能整合，使其功能更加的強(qiáng)大和完善，可以做到更全面、更有效、更安全地進(jìn)行實(shí)施救援任務(wù)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 王海峰.多旋翼無人機(jī)在消防工作中的合理化應(yīng)用[J].消防界，2017(6)：62.

　　[2] 朱易峰，蔡喜洋.無人機(jī)在�；�品事故應(yīng)急救援的應(yīng)用研究[J].當(dāng)代化工研究，2018(9)：103-104.

　　[3] 尹超，喬國柱.無人機(jī)在消防部隊(duì)信息化建設(shè)中的應(yīng)用[J]. 中國消防， 2016(2)：47-49.

　　[4] 林123.體驗(yàn)設(shè)計(jì)[EB/OL].http：//blog.sina.com，2012-08-29.