消防救援無人機造型設計研究

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摘要:隨著社會的進步和發(fā)展，消防安全形勢日益嚴峻。面對未知復雜的災害現場，無人機的參與大大提高了救援效率。本文通過對不同類型無人機的技術原理及優(yōu)缺點進行分析，探究小型無人機在消防救援領域的發(fā)展趨勢，并基于仿生設計學理論對消防救援無人機的功能與造型進行設計分析，為今后消防救援無人機的設計提供新的可能和發(fā)展方向。

關鍵詞:消防救援;造型設計;仿生設計;無人機

一、消防救援無人機研究背景

隨著社會生產力的發(fā)展，社會財富日益增加，我國自然災害的頻發(fā)，給人類社會造成了不少生命、財產的嚴重損失。2019年1月23日，中國應急管理部消防救援局了2018年全國火災情況，據初步統(tǒng)計，2018年全國共發(fā)生火災23．7萬起，造成1407人死亡，798人不同程度受傷，直接造成財產損失達36．75億元。通過這一系列的數據表明火災給人們帶來巨大的生命財產損失。隨著社會經濟建設的快速發(fā)展，城市的規(guī)模和人口密度大幅度擴增，城市環(huán)境變得越來越擁擠，高層建筑鱗次櫛比，生產企業(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峻挑戰(zhàn)。經過調查顯示，目前一些城市的消防基礎設施完全跟不上城市建設的發(fā)展需求，存在很大的安全隱患。同時人們在林區(qū)活動的日益頻繁，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社會所共同面臨的挑戰(zhàn)。隨著無人機技術的逐漸成熟和發(fā)展，目前開始廣泛應用于民用領域，特別是在災害等應急救援中，無人機可以做到傳統(tǒng)手段無法完成的任務和工作。在大型的災害事故現場，消防人員無法快速獲得現場全貌，無人機的應用可以最及時有效地進入災害環(huán)境進行偵檢［1］。由于無人機具備機動靈活、造價成本低、體積小并且便于操作的特點，對環(huán)境的要求極低，它可以迅速進入災害現場了解情況并及時傳回有效信息，減少了救援人員的人身安全風險，適用于復雜危險的緊急環(huán)境中［2］。由于無人機在救援方面的優(yōu)勢，促使國內外設計師爭相研發(fā)救援無人機，為今后的災害救援提高效率。目前，無人機已經開始廣泛應用于應急救援、火災搶險、重大安全事故中。無人機行業(yè)不斷地進行自主研發(fā)，逐步攻克技術難關，推動工業(yè)無人機行業(yè)前進穩(wěn)步發(fā)展，根據應急救援領域的需求，無人機正在朝著更輕便化、實用化、智能化的方向發(fā)展。正是由于其廣闊的應用前景，很多國家都爭相在救援無人機領域投入大量科研經費，加緊研發(fā)各種性能優(yōu)異、功能完善的無人機，為消防救援無人機產業(yè)提供了一定的安全和技術保障，同時也促進了無人機搜索救援技術的發(fā)展。

二、消防救援無人機發(fā)展現狀

隨著無人機技術的進一步發(fā)展，其在災難救援領域的運用也日趨成熟，目前已經有相關部門運用無人機來代替部分人力行動，在抗擊各類災害過程中積極發(fā)揮作用，特別是消防部隊，無人機在滅火救援中起到了越來越重要的作用［3］。當災害發(fā)生時，使用無人機進行災情偵查，復雜的地形和環(huán)境對其影響較小，能夠做到機動靈活的開展偵查，特別是一些危害嚴重的災害現場，救援人員無法開展偵查工作，這時候無人機便可以迅速地進入災難現場進行環(huán)境偵察、展開工作。通過無人機的探測不僅能夠有效提升救援偵查的效率，同時可以在第一時間查明災害事故的關鍵因素，以便指揮員作出正確決策和應對措施。目前消防救援無人機還可以通過集成偵檢模塊對易燃易爆的有毒氣體進行有效的檢測，并且對相關氣體的濃度可進行遠程檢測，快速得到危險地方的實時信息，這樣既能避免救援人員進入有毒易燃易爆等危險環(huán)境中，又能全面細致掌握現場情況，因此能夠有效規(guī)避人員傷亡。面對各種原因造成的消防安全事故，小型無人機的應用發(fā)揮了很好的偵查優(yōu)勢，消防救援無人機的使用，可以更好地完成各類滅火救援和搶險救災任務。目前，我國也有少數無人機生產企業(yè)開始進軍消防救援領域，生產出來專門用于消防救援的無人機。如深圳一家科比特航空科技有限公司發(fā)明生產了一款消防救援無人機，其搭載熱成像、毒氣檢測、高空喊話等設計模塊，但是無人機設計的氣體檢測模塊直接掛在機身下部，無人機本身也并不具備防爆性能，安全性能相對較低，以至于不能很好地在救援工作中發(fā)揮有效的作用。

三、消防救援無人機的功能分析與研究

(一)圖像采集與監(jiān)測。無人機配置的多媒體采集系統(tǒng)可以進行視頻、音頻等數據的信息采集，通過無線電方式傳輸到地面的接收器，以提供給指揮人員實時準確的災害現場信息。(二)氣體檢測。無人機機載氣體檢測主要是用于消防應急救援方面，在嚴重的災害現場如果出現有毒氣體泄漏情況發(fā)生時，無人機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據傳輸能力，可以將災情及時反饋給指揮中心。無人機氣體檢測體系主要包含無人飛行器、NEsensor氣體檢測、數傳/GPRS、地面站/服務器、數據處理軟件等構成。首要地作用于檢測大氣空氣質量AQI與應急檢測有毒有害氣體，其精度非常高可以達到1PPB。改變了傳統(tǒng)固定點的檢測，使得氣體檢測變得靈活、快速、精確、方便。(三)照明與拋投牽引。無人機在夜間應急搜索時，一套應急照明無人機裝備是必不可少的，它需要由電池供電系統(tǒng)、收放線系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)等多個模塊構成。由于搜索救援需要的時間長、面積大、高亮度的照明需求使無人機在設計該模塊時，要考慮無人機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，拋投器可以為救援順利進行提供方向，但是現有拋投器的使用環(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遙控器，根據機型載重及控制距離而具體設計，提高使用效率和精確度。

四、消防救援無人機造型設計與研究

對于消防救援無人機的外觀筆者采用的是仿生設計，它所仿生的對象原型是鯊魚，雖然鯊魚和飛行器是處在不同的空間媒介中，但它們在運行過程中具有類似的流體力學特性。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救援無人飛行器無論是從理論上還是實踐上都是行的通的［4］。同時，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計融入到飛行器的造型設計中，體現出產品的時尚性和功能性。色彩設計方面，飛行器主體采用的是白色和黑色，上部結構為白色，便于提高識別度，下部結構由于材料原因采用黑色設計，同時，飛行器兩側設計有紅色警示燈，便于消防人員和被困人員更好的識別。同時以黑白灰為主色調，更容易突出產品的科技感，用紅色加以提亮，使產品的設計感更強。

在我國，無人機應用于消防救援領域還是不夠專業(yè)和普遍，大部分停留在實驗探究階段，更多的設計師只關注技術性設計和功能實現的問題，往往忽略了產品的人機合理性、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)勢進行創(chuàng)造研究，針對我國的現實情況，進行分析和設計。通過產品形態(tài)研究、仿生學研究、美學研究、藝術設計學角度進行邏輯分析，在無人機的造型方面進行創(chuàng)新設計，從技術角度對現有的用于消防救援的無人機進行了改進和功能整合，使其功能更加的強大和完善，可以做到更全面、更有效、更安全地進行實施救援任務。

參考文獻:

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

［2］朱易峰，蔡喜洋．無人機在危化品事故應急救援的應用研究［J］．當代化工研究，2018(9):103－104．

［3］尹超，喬國柱．無人機在消防部隊信息化建設中的應用［J］．中國消防，2016(2):47－49．

［4］林123．體驗設計［EB/OL］，2012－08－29．

作者:姜斌 單位:上海大學