消防救援无人机造型设计研究

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摘要:随着社会的进步和发展，消防安全形势日益严峻。面对未知复杂的灾害现场，无人机的参与大大提高了救援效率。本文通过对不同类型无人机的技术原理及优缺点进行分析，探究小型无人机在消防救援领域的发展趋势，并基于仿生设计学理论对消防救援无人机的功能与造型进行设计分析，为今后消防救援无人机的设计提供新的可能和发展方向。

关键词:消防救援;造型设计;仿生设计;无人机

一、消防救援无人机研究背景

随着社会生产力的发展，社会财富日益增加，我国自然灾害的频发，给人类社会造成了不少生命、财产的严重损失。2019年1月23日，中国应急管理部消防救援局了2018年全国火灾情况，据初步统计，2018年全国共发生火灾23．7万起，造成1407人死亡，798人不同程度受伤，直接造成财产损失达36．75亿元。通过这一系列的数据表明火灾给人们带来巨大的生命财产损失。随着社会经济建设的快速发展，城市的规模和人口密度大幅度扩增，城市环境变得越来越拥挤，高层建筑鳞次栉比，生产企业逐渐增多，古建筑和老城区问题日益突出，这一系列因素给城市消防带来了诸多问题和严峻挑战。经过调查显示，目前一些城市的消防基础设施完全跟不上城市建设的发展需求，存在很大的安全隐患。同时人们在林区活动的日益频繁，森林消防安全问题也随之增加。如何更好地解决消防安全问题是目前这个社会所共同面临的挑战。随着无人机技术的逐渐成熟和发展，目前开始广泛应用于民用领域，特别是在灾害等应急救援中，无人机可以做到传统手段无法完成的任务和工作。在大型的灾害事故现场，消防人员无法快速获得现场全貌，无人机的应用可以最及时有效地进入灾害环境进行侦检［1］。由于无人机具备机动灵活、造价成本低、体积小并且便于操作的特点，对环境的要求极低，它可以迅速进入灾害现场了解情况并及时传回有效信息，减少了救援人员的人身安全风险，适用于复杂危险的紧急环境中［2］。由于无人机在救援方面的优势，促使国内外设计师争相研发救援无人机，为今后的灾害救援提高效率。目前，无人机已经开始广泛应用于应急救援、火灾抢险、重大安全事故中。无人机行业不断地进行自主研发，逐步攻克技术难关，推动工业无人机行业前进稳步发展，根据应急救援领域的需求，无人机正在朝着更轻便化、实用化、智能化的方向发展。正是由于其广阔的应用前景，很多国家都争相在救援无人机领域投入大量科研经费，加紧研发各种性能优异、功能完善的无人机，为消防救援无人机产业提供了一定的安全和技术保障，同时也促进了无人机搜索救援技术的发展。

二、消防救援无人机发展现状

随着无人机技术的进一步发展，其在灾难救援领域的运用也日趋成熟，目前已经有相关部门运用无人机来代替部分人力行动，在抗击各类灾害过程中积极发挥作用，特别是消防部队，无人机在灭火救援中起到了越来越重要的作用［3］。当灾害发生时，使用无人机进行灾情侦查，复杂的地形和环境对其影响较小，能够做到机动灵活的开展侦查，特别是一些危害严重的灾害现场，救援人员无法开展侦查工作，这时候无人机便可以迅速地进入灾难现场进行环境侦察、展开工作。通过无人机的探测不仅能够有效提升救援侦查的效率，同时可以在第一时间查明灾害事故的关键因素，以便指挥员作出正确决策和应对措施。目前消防救援无人机还可以通过集成侦检模块对易燃易爆的有毒气体进行有效的检测，并且对相关气体的浓度可进行远程检测，快速得到危险地方的实时信息，这样既能避免救援人员进入有毒易燃易爆等危险环境中，又能全面细致掌握现场情况，因此能够有效规避人员伤亡。面对各种原因造成的消防安全事故，小型无人机的应用发挥了很好的侦查优势，消防救援无人机的使用，可以更好地完成各类灭火救援和抢险救灾任务。目前，我国也有少数无人机生产企业开始进军消防救援领域，生产出来专门用于消防救援的无人机。如深圳一家科比特航空科技有限公司发明生产了一款消防救援无人机，其搭载热成像、毒气检测、高空喊话等设计模块，但是无人机设计的气体检测模块直接挂在机身下部，无人机本身也并不具备防爆性能，安全性能相对较低，以至于不能很好地在救援工作中发挥有效的作用。

三、消防救援无人机的功能分析与研究

(一)图像采集与监测。无人机配置的多媒体采集系统可以进行视频、音频等数据的信息采集，通过无线电方式传输到地面的接收器，以提供给指挥人员实时准确的灾害现场信息。(二)气体检测。无人机机载气体检测主要是用于消防应急救援方面，在严重的灾害现场如果出现有毒气体泄漏情况发生时，无人机搭载的气体检测系统就可用于检测有毒气体的浓度，并且需要具备无线数据传输能力，可以将灾情及时反馈给指挥中心。无人机气体检测体系主要包含无人飞行器、NEsensor气体检测、数传/GPRS、地面站/服务器、数据处理软件等构成。首要地作用于检测大气空气质量AQI与应急检测有毒有害气体，其精度非常高可以达到1PPB。改变了传统固定点的检测，使得气体检测变得灵活、快速、精确、方便。(三)照明与抛投牵引。无人机在夜间应急搜索时，一套应急照明无人机装备是必不可少的，它需要由电池供电系统、收放线系统、地面控制系统等多个模块构成。由于搜索救援需要的时间长、面积大、高亮度的照明需求使无人机在设计该模块时，要考虑无人机搭载的重量和使用寿命。抛投牵引系统可以为救援开辟新的途径。例如在山间、水上救援时，抛投器可以为救援顺利进行提供方向，但是现有抛投器的使用环境和范围均有很大的局限性，并且精度较差，利用无人机辅助抛绳可以为救援开辟新的救生通道，抛投控制按钮集成到原飞机遥控器，根据机型载重及控制距离而具体设计，提高使用效率和精确度。

四、消防救援无人机造型设计与研究

对于消防救援无人机的外观笔者采用的是仿生设计，它所仿生的对象原型是鲨鱼，虽然鲨鱼和飞行器是处在不同的空间媒介中，但它们在运行过程中具有类似的流体力学特性。大自然为鲨鱼创造了良好的外部形态，使它能在水中游往自如并获得很高的速度，这就像飞行器在火场厚厚的浓烟中飞行一样。因此，仿生鲨鱼外形的火灾救援无人飞行器无论是从理论上还是实践上都是行的通的［4］。同时，我们还从汽车的“鲨鱼鳍”天线中得到启示，通过仿生鲨鱼的造型可以完美地将此设计融入到飞行器的造型设计中，体现出产品的时尚性和功能性。色彩设计方面，飞行器主体采用的是白色和黑色，上部结构为白色，便于提高识别度，下部结构由于材料原因采用黑色设计，同时，飞行器两侧设计有红色警示灯，便于消防人员和被困人员更好的识别。同时以黑白灰为主色调，更容易突出产品的科技感，用红色加以提亮，使产品的设计感更强。

在我国，无人机应用于消防救援领域还是不够专业和普遍，大部分停留在实验探究阶段，更多的设计师只关注技术性设计和功能实现的问题，往往忽略了产品的人机合理性、市场需求，以及受众情况。在这里，笔者利用自己的专业优势进行创造研究，针对我国的现实情况，进行分析和设计。通过产品形态研究、仿生学研究、美学研究、艺术设计学角度进行逻辑分析，在无人机的造型方面进行创新设计，从技术角度对现有的用于消防救援的无人机进行了改进和功能整合，使其功能更加的强大和完善，可以做到更全面、更有效、更安全地进行实施救援任务。

参考文献:

［1］王海峰．多旋翼无人机在消防工作中的合理化应用［J］．消防界，2017(6):62．

［2］朱易峰，蔡喜洋．无人机在危化品事故应急救援的应用研究［J］．当代化工研究，2018(9):103－104．

［3］尹超，乔国柱．无人机在消防部队信息化建设中的应用［J］．中国消防，2016(2):47－49．

［4］林123．体验设计［EB/OL］，2012－08－29．

作者:姜斌 单位:上海大学