低空智救先锋：基于人工智能救援飞行器设计

引言：党的二十届三中全会提出发展通用航空和低空经济，2024 年政府工作报告将低空经济列为新的增长引擎，随着社会的发展和科技的进步，自然灾害、突发事件等紧急情况时有发生，对高效、精准的救援手段提出了更高要求。低空飞行器在救援领域具有独特的优势，能够快速到达现场并获取信息。同时，人工智能技术的飞速发展为救援飞行器赋予了更强大的功能和智能决策能力。

本课题基于飞行器平台的灭火球灭火系统应运而生，该系统融合了先进的飞行器技术和高效的灭火球灭火技术，能够充分发挥飞行器的机动性和灵活性，实现对火灾现场的快速响应和精准灭火。通过将灭火球搭载在飞行器上，消防员可以在远离危险区域的安全地带操控飞行器，将灭火球准确投放到火源位置，从而有效降低消防员的伤亡风险，提高灭火效率。本文将对该系统的设计原理、关键技术以及实际应用效果进行深入研究和分析，提高救援效率和质量，为应对紧急情况提供有力支持。

一、目前我国火灾救援现状

近年来，我国火灾事故频发，给人民生命财产安全带来了严重威胁。从国家消防救援局公布的数据来看，每年火灾发生的起数均维持在较高水平。例如在2025 年上半年，全国消防救援队伍共接报处置各类警情 124.2万起，比去年同期增加 7.7% ，共出动消防救援人员 1402.2 万人次、消防车 253.6 万辆次，从灾害现场营救被困人员 9.8 万人，疏散遇险人员 4.7 万人。这主要与居民生活用火用电不慎、消防意识淡薄等因素有关。而在造成重大人员伤亡和财产损失的火灾中，高层建筑火灾、大型商业综合体火灾以及化工火灾尤为突出。高层建筑由于其高度高、人员疏散困难、火势蔓延迅速等特点，一旦发生火灾，救援难度极大。大型商业综合体内部结构复杂、功能多样、人员密集，火灾荷载大，火灾发生后容易形成立体燃烧，给救援工作带来极大挑战。化工火灾则因涉及易燃易爆化学物品，火势凶猛、爆炸风险高，对周边环境和人员安全构成严重威胁。

二、基于用户体验的消防系统分析

消防员是火灾救援的直接执行者，他们在火灾现场面临着巨大的风险和压力。对于消防员来说，他们需要一款操作简便、性能可靠的救援装备。在操作方面，希望能够通过简洁直观的控制界面，快速实现对救援飞行器的起飞、降落、飞行姿态调整以及灭火球投放等操作。同时，他们也关注飞行器的可靠性，在复杂恶劣的火灾环境中，飞行器能够稳定运行，不出现故障。例如在高温、浓烟环境下，飞行器的电子设备不会因过热或受到干扰而失灵。此外，消防员还期望飞行器能够具备强大的功能，如高精度的火源定位能力，帮助他们迅速确定火源位置，提高灭火效率；良好的避障性能，确保在飞行过程中不会与建筑物、障碍物等发生碰撞，保障飞行安全。

受灾群众在火灾发生时处于极度恐慌和危险的状态。从他们的角度来看，希望能够尽快得到救援，保障自身的生命安全。对于火灾救援飞行器，他们期望飞行器能够快速投放灭火球，控制火势蔓延，为他们争取更多的逃生时间。同时，飞行器搭载的通信设备能够与他们保持联系，给予他们心理上的安慰和指引。例如，飞行器可以通过广播功能，向受灾群众传达逃生路线、注意事项等信息；通过视频监控功能，将受灾群众的位置和状况实时反馈给消防指挥中心，以便救援人员能够更有针对性地展开救援行动。

三、基于用户体验的火灾救援飞行

（1）飞行器总体设计构思

火灾救援飞行器的外形设计采用流线型，以降低飞行阻力，提高飞行效率。机身主体结构采用高强度、轻量化的碳纤维材料，这种材料具有重量轻、强度高、耐高温等优点，能够有效减轻飞行器的自重，同时保证在恶劣火灾环境下的结构稳定性。飞行器采用多旋翼设计，通常为六旋翼或八旋翼，相比四旋翼，多旋翼能够提供更大的升力和更好的稳定性，适应复杂的飞行环境。旋翼臂采用可折叠设计，便于飞行器的运输和存储。在飞行器的底部，设计有专门的灭火球挂载装置，该装置采用快速装卸结构，方便在飞行前安装灭火球，并且能够确保在飞行过程中灭火球的牢固挂载，防止掉落。同时，在飞行器的顶部，安装有高清摄像头和热成像仪，用于实时拍摄火灾现场画面和监测火源位置。

（2）工作原理

无人机起飞前，操作人员将灭火球装填进储存仓。起飞后，通过飞控系统设定飞行路线，无人机依靠动力系统产生的升力和推力到达指定灭火区域。到达目标位置后，飞控系统发出指令，弹射机构启动，将灭火球准确投放到火源处。灭火球在接触火源后迅速爆炸，释放出灭火介质，扑灭火焰。在整个过程中，飞控系统实时监测无人机的飞行状态和位置，根据实际情况进行调整，确保灭火作业高效完成。

（3）性能特点

该无人机具有快速响应的特点，能在接到灭火指令后迅速起飞前往现场。其机动性强，可在狭窄空间和复杂地形中灵活飞行，到达传统消防设备难以抵达的区域。投放精度高，能准确将灭火球投放到火源中心，提高灭火效率。此外，无人机具备一定的抗风能力和稳定性，可在恶劣天气条件下执行任务。同时，它还可以搭载高清摄像头，实时回传现场画面，为指挥人员提供准确的火情信息。

（4）技术分析

在材料技术方面，采用先进的复合材料，降低机身重量的同时提高强度和耐腐蚀性。动力系统运用高效电机和螺旋桨，提升飞行性能和续航能力。飞控系统集成了先进的传感器和算法，实现精确的飞行控制和导航。灭火球投放装置采用智能弹射技术，可根据不同的火情和距离调整投放力度和角度。通信技术确保无人机与地面控制中心之间的稳定数据传输，保障操作的实时性和准确性。整体技术的应用使得无人机在灭火作业中更加高效、可靠

四、结论

本研究通过对我国火灾救援现状的深入分析，明确了传统救援装备的局限性以及消防员、受灾群众和消防指挥中心在火灾救援中的需求痛点。从用户体验角度出发，设计了一款新型火灾救援飞行器及配套系统。该飞行器在外形与结构、动力与续航、搭载设备等方面进行了创新设计，采用了先进的材料和技术，提高了飞行器的性能和可靠性。配套系统包括飞行控制系统和数据处理与分析系统，实现了飞行器的智能控制和数据的高效处理，为火灾救援提供了有力支持。

参考文献

[1] 蔡自兴，徐光佑. 人工智能及其应用[M]. 4 版. 北京：清华大学出版社，2010.

[2] 王万森. 人工智能[M]. 北京：人民邮电出版社，2011.

[3] 李兢尧，王宝军，李轩，王战玺，罗子彦.低空无人机系统关键技术与应用前景[J].航空工程进展，2025

[4] 李新盛.无人机在森林火灾处置中的应用[J].植物保护;林业，2025

[5] 郝晓朋.无人机技术在消防救援现场通信中的应用[J]. 航空航天科学与工程;建筑科学与工程;电信技术，2025

作者简介：杨璐西（2005，10-），女，汉族，内蒙古自治区鄂尔多斯人，本科，学生，专业：工业设计。

姜美（1990，09-），女，汉族，辽宁省大连人，美术学硕士，讲师，研究方向：艺术设计教育。课题基金：2025 年大学生创新创业项目