CN113041533B - 消防车灭火控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消防车灭火控制方法，涉及高空消防技术领域，用以提高消防车的高层灭火能力。该方法包括以下步骤：判断是否满足耦合无人机灭火的条件；如果满足耦合所述无人机灭火的条件，将所述无人机与所述消防车的支撑平台解锁；驱动所述无人机带着水带共同从所述支撑平台起飞；向所述水带输送灭火剂，所述无人机带着装有灭火剂的水带飞行至待灭火位置，以实现所述无人机灭火。上述技术方案提供的消防车灭火控制方法，实现了更高高度的高空灭火。并且，在相同灭火高度要求下，无人机拖拽的水带长度更短，无人机的负载更小，所以可以采用大流量的灭火剂进行灭火，灭火能力会得到提高。

Description

消防车灭火控制方法

技术领域

本发明涉及高空消防技术领域，具体涉及一种消防车灭火控制方法。

背景技术

我国城市高层建筑数量总体已位列世界首位。高层建筑火灾具有火势蔓延速度快、人员疏散困难、火灾补救困难的特点。在建筑自身消防***存在设计缺陷或者维护不足的情况下，一旦建筑内部起火且不能及时扑救、或者是出现外层起火、未完工建筑起火等情况下，往往可能形成灾难事件。相关技术中，用于楼外举高喷射灭火救援的80米以上大型消防车，其底盘的桥数都是5桥以上的，消防车的长度特别大，车长造成消防车机动性差。目前大型举高消防车在世界范围内，其高度也难以突破120米，作业空间也很受失火建筑物楼外场地的限制。另外，大型举高消防车单台售价高、使用和维护成本巨大，城市消防救援队配置有限。因此，高层建筑火灾扑救是世界性难题。

近年来，为提升快速高层灭火反应能力和更大高度的火灾扑救，出现了将无人机应用于消防的技术，其具体分为以下四种：①采用无人机携带并发射灭火弹实现高层灭火；②采用无人机携带并喷射灭火剂实现高层灭火；③采用无人机抛投水带辅助城市主战消防车高层灭火；④采用无人机拖拽水带与城市主战消防车或地面可移动泡沫制备***联合高层灭火。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：但是受制于当前无人机负载能力，上述各种方式或者在灭火效能上、或者在作业灵活性上、或者在作业高度上都存在着很大的不足。为了提升快速反应能力和实现更大高度的火灾扑救，发明人提出了一种兼具举高消防车及无人机灭火救援功能的新型高层建筑火灾扑救方法及装置，通过中、小型举高消防车给无人机提供高空起飞平台、灭火剂的供给和中转输送，以弥补现阶段无人机负载能力不足的缺陷，实现更大流量或更高高度的连续喷射扑救高层火灾。随之而来的，目前亟需解决如何控制该装置。

发明内容

本发明提出一种消防车灭火控制方法，用以提高消防车的高层灭火能力及保证与无人机耦合高空作业的安全性。

本发明实施例还提供一种消防车灭火控制方法，包括以下步骤：

判断是否满足耦合无人机灭火的条件；

如果满足耦合所述无人机灭火的条件，将所述无人机与所述消防车的支撑平台解锁；

驱动所述无人机带着水带共同从所述支撑平台起飞；

向所述水带输送灭火剂，所述无人机带着装有灭火剂的水带飞行至待灭火位置，以实现所述无人机灭火。

在一些实施例中，所述驱动所述无人机带着水带共同从所述支撑平台起飞，具体以下步骤：

驱动所述无人机带着水带共同从所述支撑平台起飞至悬停位置，以等待灭火剂供应输送。

在一些实施例中，所述向所述水带输送灭火剂，所述无人机带着装有灭火剂的水带飞行至待灭火位置，具体以下步骤：

向所述水带输送灭火剂；

待灭火剂输送稳定后，所述无人机带着装有灭火剂的水带飞行至待灭火位置。

在一些实施例中，在使用所述无人机灭火过程中执行以下步骤：

实时检测所述无人机相对于支撑平台的距离；

如果所述无人机相对于所述支撑平台的距离超过设定值，则调整所述无人机在空中的位置，以使得所述无人机相对于所述支撑平台的距离不超过所述设定值。

在一些实施例中，所述距离为D，D＜(L-△ε)；其中，L为水带允许被有效拉拽的长度，△ε为无人机基于自身惯性测量单元和定位***在水平方向或垂直方向上的定位偏差最大值。

在一些实施例中，在将所述无人机与所述消防车的支撑平台解锁之前，还包括以下步骤：

调整所述消防车的臂架的姿态，以使得所述臂架处于第二姿态；其中，所述臂架具有第一姿态和第二姿态，所述第一姿态为单独使用消防车的消防炮进行灭火；在所述第一姿态下，所述消防车的臂架自由变幅，所述臂架处于举高灭火模式下安全工作范围的限制曲线内；所述第二姿态为单独使用所述无人机灭火，处于所述第二姿态下，所述臂架保持不动，所述臂架被限制在耦合作业时要求标准工作姿态下的范围限制曲线内。

在一些实施例中，消防车灭火控制方法还包括以下步骤：

判断所述无人机是否完成灭火或者是否出现异常；

如果所述无人机完成灭火或者出现异常情况，则释放所述水带中的灭火剂，控制所述无人机带着空水带飞行。

在一些实施例中，所述异常情况至少包括以下其中一种：所述无人机的电能不足、所述无人机的负荷超过设定值、所述无人机所处环境的风速超过额定损失风速。

在一些实施例中，消防车灭火控制方法还包括以下步骤：

操作所述无人机降落地面；

操作消防车从展开状态回收至行驶状态。

在一些实施例中，消防车灭火控制方法还包括以下步骤：

无人机的数据传输模块将所述无人机的状态参数以及所述无人机的预设参数传递至安装于所述支撑平台或者所述消防车的臂架末端的数据处理模块；

无人机操控台根据所述数据处理模块获取到的所述无人机的状态参数以及所述无人机的预设参数，控制无人机飞行、灭火剂的输送量和/或是否输送灭火剂，或者是否卸载管路中灭火剂，以确保所述无人机不因被过度拖拽而坠机。

在一些实施例中，所述无人机的预设参数至少包括以下其中之一：无人机的预定载荷能力、无人机对环境风速的设限值、无人机允许远离起飞点的设定距离。

在一些实施例中，所述将所述无人机与所述消防车的支撑平台解锁之后，还包括以下步骤：

打开位于所述支撑平台下方的存放装置的底板，以放下所述水带，使得水带不再叠合。

上述技术方案提供的消防车灭火控制方法，适用于同时具有可变幅的臂架、支撑平台、无人机、水带和中转管路，无人机安装于支撑平台，支撑平台被臂架带着升高，这使得无人机可以直接从变幅到高空中的支撑平台上直接起飞，而不需要从地面或者车体附近起飞。在使用无人机进行灭火时，首先判断是否符合耦合无人机进行灭火的条件，只有条件满足时，才能采用无人机进行灭火；否则，不使用无人机灭火。如果判断需要耦合无人机灭火，则先将无人机从支撑平台上解锁，解锁后，无人机带着空的水带起飞。水带从中转管路中接收灭火剂。本发明实施例提供的消防车灭火控制方法，通过合理设置各个步骤，实现了更高高度的高空灭火。并且，在相同灭火高度要求下，无人机拖拽的水带长度更短，无人机的负载更小，所以可以采用大流量的灭火剂进行灭火，灭火能力会得到提高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的消防车主视示意图；

图2为本发明实施例提供的消防车的局部放大示意图；

图3为本发明另一些实施例提供的消防车的局部放大示意图；

图4为本发明另一实施例提供的消防车的臂架处于两种工作模式下支撑平台的相对位置示意图；

图5为图4的M局部放大示意图；

图6为本发明另一些实施例提供的消防车灭火控制方法流程示意图；

图7为本发明又一些实施例提供的消防车灭火控制方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图7对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

在介绍本发明实施例提供的消防车灭火控制方法，先介绍消防车的具体结构和实现方式，以便于清晰说明消防车灭火控制方法的相关内容。

参见图1，本发明实施例提供一种消防车，包括车体1、臂架2、支撑平台3、无人机4、中转管路5以及水带6。车体1被构造为可行走的。臂架2安装于车体1，臂架2被构造为可变幅的。支撑平台3安装于臂架2的末端。无人机4安装于支撑平台3。中转管路5安装于臂架2。水带6的一端与中转管路5流体连通，另一端与无人机4可拆卸连接。

消防车选用举高能力为40米～50米的中型消防车或者小型消防车，该类型的消防车外形尺寸较小，机动性好，举升操作所需要的时间非常短，能快速实现耦合无人机4灭火。

消防车的车体1以转台101处的回转支承105分界，分为上车和下车。下车具有底盘102、前支腿103、后支腿104、压缩空气泡沫***总成106。该***可自动调节供给压力和流量。上车具有臂架2、中转管路5、无人机4、支撑平台3、后文介绍的存放装置9和数据处理模块10等。臂架2比如采用组合臂架。

臂架2为可变幅臂架，或者可伸缩臂架，或者兼备变幅和伸缩功能。以臂架2可变幅为例，臂架2的末端是指臂架2变幅后的顶端。臂架2变幅后会带着支撑平台3一同升高，那么就使得安装于支撑平台3的无人机4和消防炮7都随着被升高。后续在使用无人机4进行灭火时，无人机4不是从车体1起飞，也不是从地面起飞，而是从被升高的支撑平台3上起飞，这使得无人机4升空所需要的飞行距离短，缩短了飞行时间，也减少了对无人机4电量的消耗，延长了无人机4的工作时长。

另一方面，水带6并不是直接连接至车体1上的压缩空气泡沫***总成106，而是连接至中转管路5，中转管路5将压缩空气泡沫***总成106中的灭火剂泡沫输送至一定的高度，在后文介绍的实施例中，可以直接输送至支撑平台3，那么使得水带6直接从中转管路5接收灭火剂泡沫，即是从半空中接收灭火剂泡沫，这使得对于相同灭火高度要求时，水带6的长度也可以比较短，无人机4拖拽了水带6飞行时，水带6的重量轻，无人机4所承受的负载小，所以较好地弥补相关技术中无人机4负载能力不足的缺陷，实现了更大流量或更高高度的连续喷射扑救高层火灾。

上述技术方案提供的消防车，不仅可实现常规举高喷射灭火功能，还可以通过后文介绍的第一控制阀18和第二控制阀19的切换，让举高消防车已有的灭火剂输送管路(即消防管路)向臂架2顶端的中转管路5供给灭火剂。无人机4则通过水带6与中转管路5流体连通，实现高空中转获得灭火剂，从而能够起飞进行高层灭火。上述技术方案，可以用于高空灭火，无人机4拖拽超轻的水带6与举高消防车组成耦合***，联合扑救高层建筑火灾；实现了高效、灵活、经济地扑救更高米数的高层建筑火灾。并且，无人机4喷射的灭火剂的流量大。

下面详细介绍各部分的具体实现方式。

首先，介绍无人机4的安装关系。参见图1和图2，无人机4安装于支撑平台3，在需要无人机4执行灭火任务时，将无人机4与支撑平台3解锁。其他时候，使得无人机4与支撑平台3保持锁止状态。

参见图2，在一些实施例中，消防车还包括锁止机构14，锁止机构14安装于支撑平台3，以将无人机4与支撑平台3固定。

锁止机构14具有多种实现方式。锁止机构14与无人机操控台12电连接，通过操作无人机操控台12，控制锁止机构14是将无人机4和支撑平台3锁紧、还是将无人机4和支撑平台3解锁。

下面介绍中转管路5的安装关系。参见图1和图2，在一些实施例中，中转管路5的顶端延伸至支撑平台3处，中转管路5的底端位于车体1处。这样使得无人机4可以利用中转管路5，并且使得在相同高度的灭火需求下，无人机4拖带的水带6长度可以尽量短。

与相关技术中无人机拖拽水带与城市主战消防车或地面可移动泡沫制备***联合高层灭火相比，本发明实施例提供的消防车的灭火剂中转供给是在高空，为了达到同样的灭火高度只需要更短的水带6，这样就具有更好的灭火剂管路输送能力。如果充分利用无人机4的搭载能力，当拖拽相同长度的水带6，它作业高度可以更高；当作业高度相同时，它也可以拖拽更大通径的水带6。它充分利用了举高消防车的灭火剂输送通道，该通道相比水带6能够做到通径更大(一般≥DN80)，因而整体的灭火剂输送压力损失会更小，这样在压缩空气泡沫***最大压力不变的情况下(目前都是≤1.2MPa)，未来更能支撑无人机4拖拽水带6到达更高高度进行消防作业，或者在高度不增加的情况下，可以进一步提高输送灭火剂流量。

参见图1和图2，在一些实施例中，消防车还包括存放装置9，存放装置9安装于支撑平台3的底部，存放装置9设置有存储腔91。水带6的一端与无人机4的输送管404流体连通，水带6的另一端与消防车的中转管路5流体连通，水带6的中间部分存放于存储腔91中。存放装置9的底部被构造为可开合的。存放装置9的底板可以设置为对开式的，通过转动每一半底板，实现存放装置9底部的快速打开。

存放装置9的底板打开后，水带6的叠合部分能够由此靠自重放下，以便无人机4升空作业。整个操作流程如下：打开存放装置9的底板，使得水带6在自身重力作用下下落，即水带6不再折叠；无人机4解锁后，无人机4往上飞一定的高度悬停；灭火剂稳定输送至无人机4后，控制无人机4高飞至待灭火位置，进行灭火操作。

存放装置9设置在举高消防车的头端，利用举高消防车的组合臂架或梯架展开作为高空作业的中转点，还可以避免水带6在地面上的打绞和牵绊，组合臂架或梯架的水平跨度还能够减少无人机4的水平飞行距离和改善无人机4拖拽水带6易出现斜拉的情况。现有无人机4拖拽水带6与城市主战消防车或地面可移动泡沫制备***联合高层灭火，需要专人去整理地面上的水带6以避免缠绕和过度斜拉。

下面介绍无人机4的具体结构。

参见图1和图2，在一些实施例中，无人机4包括机体401、旋翼402和灭火剂喷射装置403。旋翼402包括多个，各个旋翼402设置于机体401的顶部。灭火剂喷射装置403的高度低于无人机4的旋翼402的高度。

无人机4为电动多旋翼无人机，设有拖拽六维力检测装置、风速仪、摄像机、北斗导航装置、陀螺仪稳定机构以及动力***等，这些结构均与无人机4的飞行控制***电连接，用于采集高空作业过程中拖拽水带6的实时受力状态、瞬时风速、周围障碍物情况、灭火剂喷射状态和灭火效果，以及空中定位坐标等信息。这些信息都通过飞行控制***传输给无线操控装置。来自中转管路5的灭火剂通过水带6输送上来后，再通过无人机4自带管路输送给灭火剂喷射装置403。

机体401是无人机4的主体部分，无人机4常规集成部件，比如摄像机、导航装置、陀螺仪稳定机构、动力***、飞行控制***等都集成于机体401。机体401的下方可以设置起落架。

参见图3，在另一些实施例中，无人机的灭火剂喷射装置403的实现方式与上文介绍的不相同。具体地，灭火剂喷射装置403包括输送管404和喷射管405，输送管404从机体401的底部贯穿至机体401的顶部，喷射管405与输送管404流体连通，且喷射管405的位置高于旋翼402的位置。

灭火剂喷射装置403用于喷射灭火器。无人机4本身不带灭火剂存储元件，灭火剂经由输送管404输送至喷射管405处。输送管404和位于消防车、甚至地面、其他高建筑或者固定物体上的灭火剂存储元件流体连通，以将灭火剂输送至灭火剂喷射装置403的喷射管405处。

参见图3，在一些实施例中，输送管404包括第一管路404a、第二管路404b以及第三管路404c。第一管路404a位于机体401的下方。第二管路404b位于第一管路404a的下游，且与第一管路404a流体连通，第二管路404b包括至少两根，各根第二管路404b相对于机体401的中轴线对称布置。第三管路404c位于各根第二管路404b的下游，且与各根第二管路404b均流体连通。

第一管路404a、第二管路404b以及第三管路404c均可以采用轻质材料，比如超轻金属，比如铝合金等。输送管404采用先分后合的对称式结构，即方便输送管404的安装固定，也可以保证无人机更好的平衡。

在一些实施例中，第一管路404a的中轴线和机体401的中轴线重合。和/或，第三管路404c的中轴线和机体401的中轴线重合。这样使得无人机4在空中工作时，更易保持平衡。

在一些实施例中，无人机4还包括风速检测元件8，风速检测元件8设置于机体401的顶部。风速检测元件8比如为风速仪，通过风速仪实时监测无人机4所处位置的风速。

参见图3，在一些实施例中，无人机4还包括六维力传感器406，六维力传感器406的一端安装于无人机4的机体401，且灭火剂喷射装置403安装于六维力传感器406的另一端，以检测无人机4在飞行工作中拖拽物作用于无人机的六维力。拖拽物具体比如为超轻的水带6。超轻的水带6的单重低于等于150g/m。在一些实施例中，水带6的长度为90米～110米。该长度的水带搭配现有的中等型号的举高消防车，就能够实现最高约120米高度的高空灭火。在一些实施例中，水带6被构造为输送6～8倍的泡沫发泡倍数的泡沫混合液灭火剂。

下面介绍与消防炮灭火剂输送流路相关的内容。

参见图3，在一些实施例中，消防车还包括消防炮7和消防管路17。消防管路17是消防车上已有的管路。中转管路5是从消防管路17的中段分出去的支路。消防炮7安装于支撑平台3，消防炮7与消防管路17流体连通。在臂架2变幅过程中，消防炮7随着变幅。举高灭火模式下安全工作范围的限制曲线S1参见图4和图5所示。在使用无人机4灭火时，臂架2变幅到设定位置之后，臂架2不再动作，而是保持在该位置。

参见图3，在一些实施例中，消防车还包括第一控制阀18和第二控制阀19。第一控制阀18设置于中转管路5，且被构造为控制中转管路5是否导通。第二控制阀19设置于消防管路17的出口端，且被构造为控制消防管路17是否导通。第二控制阀19位于消防管路17的末端，而中转管路5与消防管路17连通的端部位于第二控制阀19的上游。其中，第一控制阀18和所述第二控制阀19的工作状态相反。第一控制阀18、第二控制阀19比如采用电磁阀。通过检测消防炮7的状态、无人机4的状态以及灭火需求，自动调节第一控制阀18和第二控制阀19的阀位，进而实现所需要的灭火剂供应状态。

下面介绍消防车的控制***的具体实现方式。

消防车的控制***包括两大部分，其一是消防车常规的控制部分，其二是与无人机控制相关的控制部分。

参见图1，在一些实施例中，消防车还包括主操控台11、数据处理模块10以及无人机操控台12。其中，主操控台11是消防车常规的控制部分，但是增加了与无人机控制交互的部分，以实现常规举高消防车的安全作业保护和操控功能以及与无人机的信号交互。数据处理模块10、无人机操控台12、以及后文介绍的无人机作业监视器16是实现无人机控制的重要部分。

数据处理模块10安装于支撑平台3或者臂架2的末端，即臂架2伸出状态的顶端，无人机4包括数据传输模块，数据处理模块10与数据传输模块通过无线方式通信连接。主操控台11与数据处理模块10通信连接。无人机操控台12与数据处理模块10也通信连接，无人机操控台12被构造为根据数据处理模块10获取到的数据传输模块传输的无人机4的状态参数以及无人机4的预设参数，控制灭火剂的输送量和/或是否输送灭火剂。

无人机4的数据传输模块及天线，除了传递飞行控制***与数据处理模块10之间的常规上/下行信息和指令外，还能将六维力传感器、风速仪的输入信号，以及空中定位坐标等信息发送给数据处理模块10。数据处理模块10也安装于支撑平台3，在作业时因为该数据处理模块10随着臂架2和支撑平台3在空中展开，是整车上距离无人机4更近的距离，且在高空通信环境更好。因为相比当数据处理模块10放在下部的情况，避免了现场建筑物对其接受传递信号的遮挡干扰。数据处理模块10和无人机4之间通过无线方式实现通信连接，数据处理模块10还通过电缆再与举高消防车的主操控台11、无人机操控台12有线连接，用于交互控制升空飞行和灭火剂喷射等。并且，为了保证无人机4作业的安全性，数据处理模块10和无人机操控台12还可以根据无人机4的预定载荷能力、对环境风速的设限值以及无人机4允许远离起飞点的距离设定，自动控制地面灭火剂的流量供应控制、卸流，以及打开超轻的水带6两端连接的两个电控锁紧装置15，从而确保无人机4不因被过度拖拽而坠机。

在一些实施例中，无人机4的预设参数至少包括以下其中之一：无人机4的预定载荷能力、无人机4对环境风速的设限值、无人机4允许远离起飞点的设定距离。上述的四个参数任一超过阈值，说明无人机4需要根据实际情况选择返航、卸荷、甩载落地其中的一种操作。

在一些实施例中，主操控台11和/或无人机操控台12安装于车体1。无人机操控台12通过有线方式与举高消防车头端设置的数据处理模块10连接，操作人员通过无人机操控台12能够控制锁止机构14打开、存放装置9底板的打开，操控无人机4起飞和灭火作业、控制中转管路5与水带6连接处的电控锁紧装置15的开启和关闭等。

通过无人机作业监视器16可手工按键选择接受显示位于举高消防车头端摄像头13的影像或位于无人机4常规集成部件(摄像机、导航装置、陀螺仪稳定机构、动力***、飞行控制***)上摄像机的影像。转台处无人机操控台12通过有线与举高消防车头端设置的数据处理模块10连接。

操作人员通过无人机操控台12，能够控制无人机4固定锁紧机构的打开、存放装置9底板的打开、操控无人机4起飞和灭火作业、控制中转输送口处连接水带6接口处的锁紧机构打开等。通过无人机作业监视器，可手工按键选择接受显示位于举高消防车头端摄像头13的影像或位于无人机4上摄像机的影像。

为了实现对无人机数据的采集，在一些实施例中，消防车还包括摄像头13，摄像头13安装于臂架2的顶端或者安装于支撑平台3，摄像头13被构造为检测无人机4的起飞和飞行过程。

摄像头13可以和上文介绍的数据处理模块10配合，共同实现监视无人机4起飞过程中的障碍物信息。数据处理模块10是控制信息传递的重要组成部分，其与无人机4飞行控制***和举高消防车的控制***均信号连接，用于控制无人机4的升空飞行和灭火剂喷射等操作。

除了上述的控制之外，还需要对水带6的连接状态进行控制。参见图3和图4，在一些实施例中，消防车还包括电控锁紧装置15，电控锁紧装置15包括两个，其中之一设置于中转管路5，以实现水带6的一端和中转管路5的锁紧和解锁；其中另一设置于第一管路404a的另一端，以实现第一管路404a和水带6的顶端的锁紧和解锁。

水带6的两端均设置有电控锁紧装置15，水带6位于消防车和无人机4之间。一处电控锁紧装置15用于和无人机4配合，以锁定输送管404的下部接口与超轻的水带6的上部接口的连接；另一处电控锁紧装置15用于锁定超轻的水带6的下部接口与地面灭火剂供给管路接口(即中转管路5)的连接。通过控制电控锁紧装置15实现了水带6在输送灭火剂、卸流之间切换。

下面介绍使用该消防车进行灭火的控制部分。

消防车具有两种工作模式：第一种为消防车举高灭火模式。第二种为耦合无人机灭火模式。

整体来说，当该举高消防车只执行常规举高消防车灭火作业时，无人机4处于图5所示的A位置。无人机4通过锁止机构14安放于支撑平台3顶部。存放装置9位于支撑平台3下方，超轻的水带6叠合后装入存放装置9中。

参见图5，当该举高消防车执行耦合无人机4灭火作业时，无人机4的动作主要包括两个过程，第一过程是由B位置起飞到C位置悬停等待灭火剂供应输送；第二过程是由C位置飞向扑救作业面。具体描述如下：先把存放装置9的底板打开。随后，存放装置9内的水带6的叠合部分靠自身重力放下，以便无人机4升空作业不受超轻的水带6叠合的约束。水带6的展开状态参见图4和图5所示。然后，无人机4带着未输送灭火剂的水带6起飞至一定高度后悬停，此时开始输送灭火剂。待灭火剂输送稳定后，无人机4带着装有灭火剂的水带6飞行至待灭火位置。

在详细介绍各种灭火模式之前，先介绍消防车的具体实现方式。消防车采用举高能力为45米的举高消防车，该消防车具有三桥底盘，整车行驶状态外形尺寸≤12.5米。消防车车载有水和泡沫液两种灭火剂。举高消防车灭火剂输送管路通径≥80mm。车载无人机4为多旋翼电动无人机，具有50Kg的搭载能力。单独采用消防炮7灭火时，各个参数如下：泡沫发泡倍数N1、泡沫压力P1、泡沫混合液流量Q1。使用无人机4灭火时，各个参数如下：泡沫发泡倍数N2、泡沫压力P2、泡沫混合液流量Q2。

其中，泡沫发泡倍数N1设定与N2变化范围相同，均为6～8倍。泡沫混合液流量Q1变化范围≤20升/秒，Q2≤3升/秒；泡沫压力P1≤0.8MPa，P2≤1.2MPa。无人机4拖拽100米超轻的水带6，水带6的通径为45mm～55mm，比如50mm(水带6单重为150g/m)，能够实现120米高度、30米跨度的高层建筑火灾扑救。

压缩空气泡沫***总成106可自动调节所供给的压缩空气泡沫压力和流量。为了实现既能满足消防车举高灭火模式下，消防炮7的喷射需求(20升/秒≥泡沫混合液流量≥8升/秒)，又能满足耦合无人机4作业模式下，高空无人机4灭火喷射需求(5升/秒≥泡沫混合液流量≥1升/秒)，在灭火剂的制备、灭火剂供给状态等方面可以采用如下的控制方法。

整体来说，举高消防车在两种不同灭火作业模式下，对压缩空气泡沫***总成、阀门控制模块、安全作业姿态控制模块的控制策略和控制要求不同。其中，泡沫发泡倍数N1变化范围5～15倍，N2变化范围6～8倍；泡沫混合液流量Q1变化范围8～20升/秒，Q2变化范围1～5升/秒；泡沫压力P2＞P1。第一控制阀18和第二控制阀19的开关状态相反。

主操控台11设置有消防车举高灭火/耦合无人机灭火模式切换按键，该按键还被用来同时控制第一控制阀18和第二控制阀19的开闭状态，第一控制阀18和第二控制阀19的开闭状态被设计为相反的。当切换按键处于消防车举高灭火模式时，该模式下的灭火能力取决于举高消防车使用头端消防炮7的灭火作业能力，与常规举高消防车亦相同，都是利用车载增压泵、水、泡沫原液、泡沫比例混合器、空压机***等，实现大流量水或者泡沫灭火。该压缩空气泡沫***按常规举高消防车需求进行操控工作，这里不做赘述。

另外，举高灭火模式下安全工作范围的限制曲线为S1，组合臂架只能在安全范围内去操作，以满足消防炮7靠近扑救对象的需求。该模式下的车辆操作方法，与常规举高消防车相同，其头端新增可移动的部件如无人机4、超轻的水带6等有关附件相对于臂头均不作运动。当无人机4的锁止机构14未锁止时，切换按键不能使车辆处于消防车举高灭火模式。

在耦合无人机灭火模式下，其组合臂架作业姿态位于消防车举高灭火模式下安全工作范围之内，并被限制在耦合作业时要求标准工作姿态下的小范围限制曲线S2内。只有在此曲线范围内，无人机4才能升空实施灭火作业，一旦进入该区域确定了此种灭火模式，将限制臂架不允许动作。当组合臂架未处于小范围限制曲线S2内时，切换按键不能使车辆处于耦合无人机灭火模式。所以，一旦车辆处于耦合无人机灭火模式时，高层灭火只依靠无人机4飞高抵近扑救对象。

当锁止机构14打开时，只有控制中转管路5处第一控制阀18以及电控锁紧装置15打开，完成无人机4拖拽超轻的水带6与车辆脱离后，切换按键才能使车辆重返消防车举高灭火模式，举高消防车的组合臂架才能在消防车举高灭火模式下的安全范围内被再次操作。

下面详细介绍两种灭火模式。

第一工作模式：消防车举高灭火模式。

针对60米以下高层火灾，是以消防车举高灭火模式作业，主要通过该举高消防车的头端的水-泡沫两用消防炮7进行灭火。该消防炮7喷射≥60升/秒(水)或≥120升/秒(压缩空气泡沫，发泡倍数6～8倍)的大流量灭火剂灭火。

此状态下，臂架2可以正常变幅，消防炮7的举高灭火模式下安全工作范围的限制曲线S1参见图4和图5所示。图4中，工作高度是指消防炮7相对于地面的高度。工作幅度是指消防炮7距离臂架转动点的水平方向的距离。在相关技术已经具备的条件下，已知四桥40～50米级举高消防车，均能车载灭火剂3吨左右、作业幅度可达20米左右，可较好实现60米以下高层火灾扑救。

消防车举高灭火模式下，其组合臂架或梯架的伸长及变幅角度取决于整机稳定性、主要结构件强度和刚度的计算控制，与常规举高消防车不同之处只是计算中须考虑其头端新增无人机4及有关附件的重量，组合臂架或梯架的姿态可在安全范围内去操作，以满足消防炮7靠近扑救对象的需求。该模式下的车辆操作方法，与常规举高消防车相同，其头端新增可移动的部件如无人机4、水带6等有关附件均为战备情况下安装就位。为了简化并可靠实现消防车举高灭火的安全作业控制，进一步设定，只有当无人机4固定锁止机构14锁止时，切换按键才能使车辆处于消防车举高灭火模式。

处于消防车举高灭火模式下的车辆操作基本类同常规举高消防车，未尽事项，此处不再赘述。下面重点讲述耦合无人机灭火模式下的作业方法。

第二工作模式为耦合无人机灭火模式。

针对60米以上高层火灾，是以消防车耦合无人机灭火模式作业。该模式下，主要通过无人机4拖拽水带6，借助举高消防车的灭火剂制备和输送***供给，通过无人机4的灭火剂喷射装置403，以小流量灭火剂升空抵近灭火。无人机4的灭火剂喷射装置403喷射≥18升/秒(压缩空气泡沫，发泡倍数6～8倍)的小流量灭火剂升空，以抵近火源来灭火。此情况下，臂架2不再动作，消防炮7的位置位于图4和图5中的小范围限制曲线S2的范围内，均认为是满足无人机空中起飞所要求的位置条件。

在控制无人机4进行灭火之前，要对无人机4的状态进行监控。

控制无人机4的各种操作通过操作举高消防车的主操控台11和无人机操控台12共同来实现，主操控台11设置消防车举高灭火/耦合无人机灭火两种模式切换按键，用以切换两种模式的消防救援。在不同作业模式下，新型举高消防车操控其组合臂架或梯架安全作业姿态的范围不同、组合臂架或梯架的可操作性不同。

耦合无人机灭火模式下，其组合臂架或梯架的伸长及变幅角度仍然取决于整机稳定性、主要结构件强度和刚度的计算控制，不同之处则在于计算中除了考虑新增无人机4及有关附件的重量外，还应考虑超轻的水带6中充满灭火剂的重量以及拖拽水带6在外界风载作用下给予的相关影响，因此，其作业姿态应位于消防车举高灭火模式下的安全工作范围之内。为了简化并可靠实现耦合无人机4灭火的安全作业控制，进一步设定，只有当组合臂架或梯架处于一种确定的小范围标准工作姿态时，切换按键才能使车辆处于耦合无人机灭火模式，无人机4也只能在耦合无人机灭火模式下升空实施灭火作业。并且，一旦车辆处于耦合无人机灭火模式时，举高消防车组合臂架或梯架将被锁定在这一小范围标准工作姿态内，高层灭火只依靠无人机4飞高抵近扑救对象。

当切换按键处于耦合无人机灭火模式时，车载控制器根据无人机4的飞行高度和六维力检测装置的受力反馈，实时自动限定增压水泵的压力和流量、压缩空气注入的压力和流量，以保证超轻的水带6输送灭火剂的最佳流量和6～8倍的泡沫发泡倍数。水带6输送灭火剂的最佳流量是指在无人机4的负载能力范围内、合理的无人机4灭火剂喷射压力条件下的最大流量。控制底部6～8倍的泡沫发泡倍数则是为了保证低倍数湿泡沫在长距离垂直输送过程中不因为离析而异化无人机4喷射口湿泡沫的发泡倍数，影响其实际灭火效能。当六维力传感器406的受力达到无人机4安全作业的负荷能力，或者高空风速仪的实测风速达到安全作业的额定瞬时风速时，车载控制器还设置了自动开启灭火剂输送管路上的泄流阀，以应急泄流的方式，降低无人机4的负载。

对于消防车的控制***可以采用如下的操作方法。

首先，在举高消防车的转台处的主操控台11，操作组合臂架到达无人机4耦合作业时要求标准工作姿态下的小范围限制曲线S2内，然后按下模式切换按键，使其处于耦合无人机灭火模式。

其次，操作转台处无人机操控台12，打开存放装置9的底板、中转管路5处的第一控制阀18以及电控锁紧装置15→放下水带6叠合部分，操控无人机4从支撑平台3起飞悬停→操作举高消防车的压缩空气泡沫***总成106工作，让无人机4的灭火剂喷射装置403喷出湿泡沫→操控无人机4飞高抵近扑救目标灭火。

最后，当无人机4完成灭火作业时，操作员通过无人机操控台12，打开中转管路5处连接超轻的水带6接口的电控锁紧装置15，操作无人机4拖拽超轻的水带6降落地面。然后再通过切换按键将车辆处于消防车举高灭火模式下，与常规举高消防车相同的流程收车，这里不再赘述。

在一些实施例中，消防车还被配置为：当无人机4的锁止机构14打开时，只有连接超轻的水带6接口的锁紧机构被打开(此时无人机4拖拽超轻的水带6可以与车辆脱离)，切换主操控台11的按键才能使车辆重返消防车举高灭火模式。举高消防车的组合臂架或梯架才能在消防车举高灭火模式下的安全范围内被再次操作。

上述技术方案提供的消防车，无人机4在举高消防车臂架2展开时，能够拖拽超轻的水带6，从支撑平台3升空飞行这使得无人机4可以利用臂架2自身的展开动作实现一定的升空操作和靠近待灭火物体的操作，这就减少了无人机4的飞行距离，节省了无人机4的电量，使得无人机4执行灭火任务的时间可以更长。并且，该无人机4借助常规举高消防车压缩空气泡沫***，依托中转管路5，以小流量灭火剂升空抵近灭火。

并且，本发明实施例提供的消防车，还具有机动性高、场地适应性好、作业的高度和跨度更大、高空灭火作业展开速度更快的特点。依据现有电动无人机50Kg的搭载能力，通过可靠拖拽通径≥DN40的水带60米～80米，能够覆盖120米以下的高层建筑火灾扑救任务。随着技术发展，当更可靠的无人机4能够提供更大搭载能力时，该技术可以实现拖拽更长或更大通径的水带6，从而实现更大的作业范围。该技术因地制宜，低空灭火采用消防车举高灭火模式，高空灭火采用耦合无人机灭火模式，采取不同的方式靠近被扑救对象，更灵活便利。

另外，本发明实施例提供的消防车，与现有无人机独立携带灭火弹或喷射灭火剂相比，具有更持久、更强大的灭火能力。在60米以下能够大流量持续灭火，在60米以上也能够小流量持续灭火。与现有无人机抛投水带辅助城市主战消防车高层灭火方式相比，本发明实施例提供的消防车具有高空作业的机动和灵活性。

参见图6和图7，本发明实施例还提供一种消防车灭火控制方法，采用本发明任一技术方案所提供的消防车实现，关于消防车的实现方式请参见上文，此处不再赘述。该消防车灭火控制方法具有两种工作模式：第一种为消防车举高灭火模式。第二种为耦合无人机灭火模式。图6示意了两种模式下的不同参数。即上文介绍的，举高消防车在两种不同灭火作业模式下，对压缩空气泡沫***总成、阀门控制模块、安全作业姿态控制模块的控制策略和控制要求不同。其中，泡沫发泡倍数N1变化范围5～15倍，N2变化范围6～8倍；泡沫混合液流量Q1变化范围8～20升/秒，Q2变化范围1～5升/秒；泡沫压力P2＞P1。第一控制阀18、第二控制阀19的开关状态相反。

参见图7，该消防车灭火控制方法包括以下步骤：

步骤S100、判断是否满足耦合无人机灭火的条件。

消防车的臂架2具有第一姿态和第二姿态。第一姿态为单独使用消防车的消防炮7进行灭火。第一姿态下，臂架2自由变幅，举高灭火模式下安全工作范围的限制曲线为S1。第二姿态为单独使用所述无人机灭火。处于第二姿态下，臂架2保持不动，臂架2被限制在耦合作业时要求标准工作姿态下的范围限制曲线S2内。所谓的条件包括判断臂架2是否位于耦合作业时要求标准工作姿态下的范围限制曲线S2内。具体操作如下：在举高消防车的转台处的主操控台11，操作组合臂架到达无人机4耦合作业时要求标准工作姿态下的小范围限制曲线S2内，然后按下模式切换按键，使其处于耦合无人机灭火模式。

步骤S200、如果满足采用无人机灭火的条件，将无人机4与消防车的支撑平台3解锁。关于无人机4的具体实现方式，无人机4与支撑平台3的连接方式，请参见上文介绍的内容，此处不再赘述。

步骤S300、驱动无人机4带着水带6共同从支撑平台3起飞。具体的控制方式、各个控制模块的状态、第一控制阀18、第二控制阀19的相关状态，请参见上文介绍的内容，此处不再赘述。

在上述的步骤S300之前，消防车灭火控制方法还可以包括以下步骤：打开位于支撑平台3下方的存放装置9的底板，以放下水带6，使得水带6不再叠合。

在上述的步骤S200，具体可以分为以下几个步骤：驱动无人机4带着水带6共同从支撑平台3起飞至悬停位置，以等待灭火剂供应输送。

步骤S400、向水带6输送灭火剂，无人机4带着装有灭火剂的水带6飞行至待灭火位置，以实现无人机4灭火。

上述的步骤S400具体包括以下步骤：向所述水带输送灭火剂；待灭火剂输送稳定后，所述无人机带着装有灭火剂的水带飞行至待灭火位置。

在执行上述步骤S400的过程中，同时执行以下步骤：实时检测无人机4相对于支撑平台3的距离；如果无人机4相对于支撑平台3的距离超过设定值，则调整无人机4在空中的位置，以使得无人机4相对于支撑平台3的距离不超过设定值。

在一些实施例中，距离为D，D＜L-△ε；其中△ε为无人机4基于自身I MU惯性测量单元和GPS定位***在水平或垂直方向上的定位偏差最大值。其中，L为水带6允许被有效拉拽的长度，△ε为无人机4基于其I MU惯性测量单元和GPS定位***在水平或垂直方向上的定位偏差最大值。当无人机4的飞行一旦距离起飞平台中心接近D值时，无人机4飞行控制***自动限制其远离飞行，只允许减少距离飞行。

无人机4灭火过程中，始终拖拽着水带6，水带6的长度是一定的。所以无人机4距离支撑平台3的距离不能超过水带6的长度，可选地，该距离不超过水带6长度的80％，这样能使得无人机4和水带6之间保持可靠的连接，以有效输送灭火剂；并且，降低因为无人机4距离支撑平台3过远，而出现其他危险情形的几率。

在执行上述步骤S400的过程中，同时还执行以下步骤：判断无人机4是否完成灭火或者是否出现异常；如果无人机4完成灭火或者出现异常情况，则断开水带6下端的电控锁紧装置15，释放水带6中的灭火剂，控制无人机4带着空水带6飞行。

在一些实施例中，异常情况至少包括以下其中一种：无人机4的电能不足、无人机4的负荷超过设定值、无人机4所处环境的风速超过额定损失风速。

在无人机4起飞前、飞行过程中，消防车灭火控制方法还包括以下步骤：无人机的数据传输模块将所述无人机的状态参数以及所述无人机的预设参数传递至安装于所述支撑平台或者所述消防车的臂架末端的数据处理模块；无人机操控台根据所述数据处理模块获取到的所述无人机的状态参数以及所述无人机的预设参数，控制无人机飞行、灭火剂的输送量和/或是否输送灭火剂，或者是否卸载管路中灭火剂，以确保所述无人机不因被过度拖拽而坠机。各个部件的设置位置、具体的操作方式参见上文介绍的内容。

在一些实施例中，所述无人机的预设参数至少包括以下其中之一：无人机的预定载荷能力、无人机对环境风速的设限值、无人机允许远离起飞点的设定距离。

继续参见图6和图7，消防车灭火控制方法还包括以下步骤：

S500、操作无人机4降落地面。

S600、操作消防车从展开状态回收至行驶状态。具体内容参见上文描述的，此处不再赘述。

上述技术方案提供的消防车灭火控制方法，采用40～50米的中小型举高消防车、耦合无人机4拖拽60～80米超轻的水带6，能够实现更高米数、更大跨度的高效、灵活、经济性扑救高层建筑火灾。与现有大型举高消防车比，装备的自身成本及后期维护成本都显著降低。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种消防车灭火控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

判断是否满足耦合无人机灭火的条件；

如果满足耦合所述无人机灭火的条件，将无人机与消防车的支撑平台解锁；其中，消防车包括臂架、支撑平台、中转管路以及水带；所述支撑平台安装于所述臂架的顶端；所述中转管路安装于所述臂架的顶端；所述水带的一端与所述中转管路流体连通，另一端与所述无人机可拆卸连接；

驱动所述无人机带着水带共同从所述支撑平台起飞；

向所述水带输送灭火剂，所述无人机带着装有灭火剂的水带飞行至待灭火位置，以实现所述无人机灭火。

2.根据权利要求1所述的消防车灭火控制方法，其特征在于，所述驱动所述无人机带着水带共同从所述支撑平台起飞，具体以下步骤：

驱动所述无人机带着水带共同从所述支撑平台起飞至悬停位置，以等待灭火剂供应输送。

3.根据权利要求2所述的消防车灭火控制方法，其特征在于，所述向所述水带输送灭火剂，所述无人机带着装有灭火剂的水带飞行至待灭火位置，具体以下步骤：

向所述水带输送灭火剂；

待灭火剂输送稳定后，所述无人机带着装有灭火剂的水带飞行至待灭火位置。

4.根据权利要求1所述的消防车灭火控制方法，其特征在于，在使用所述无人机灭火过程中执行以下步骤：

实时检测所述无人机相对于支撑平台的距离；

如果所述无人机相对于所述支撑平台的距离超过设定值，则调整所述无人机在空中的位置，以使得所述无人机相对于所述支撑平台的距离不超过所述设定值。

5.根据权利要求4所述的消防车灭火控制方法，其特征在于，所述距离为D，D＜(L-△ε)；其中，L为水带允许被有效拉拽的长度，△ε为无人机基于自身惯性测量单元和定位***在水平方向或垂直方向上的定位偏差最大值。

6.根据权利要求1所述的消防车灭火控制方法，其特征在于，在将所述无人机与所述消防车的支撑平台解锁之前，还包括以下步骤：

调整所述消防车的臂架的姿态，以使得所述臂架处于第二姿态；其中，所述臂架具有第一姿态和第二姿态，所述第一姿态为单独使用消防车的消防炮进行灭火；在所述第一姿态下，所述消防车的臂架自由变幅，所述臂架处于举高灭火模式下安全工作范围的限制曲线内；所述第二姿态为单独使用所述无人机灭火，处于所述第二姿态下，所述臂架保持不动，所述臂架被限制在耦合作业时要求标准工作姿态下的范围限制曲线内。

7.根据权利要求1所述的消防车灭火控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

判断所述无人机是否完成灭火或者是否出现异常；

如果所述无人机完成灭火或者出现异常情况，则释放所述水带中的灭火剂，控制所述无人机带着空的水带飞行。

8.根据权利要求7所述的消防车灭火控制方法，其特征在于，所述异常情况至少包括以下其中一种：所述无人机的电能不足、所述无人机的负荷超过设定值、所述无人机所处环境的风速超过额定损失风速。

9.根据权利要求1所述的消防车灭火控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

操作所述无人机降落地面；

操作消防车从展开状态回收至行驶状态。

10.根据权利要求1所述的消防车灭火控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

无人机的数据传输模块将所述无人机的状态参数以及所述无人机的预设参数传递至安装于所述支撑平台或者所述消防车的臂架末端的数据处理模块；

无人机操控台根据所述数据处理模块获取到的所述无人机的状态参数以及所述无人机的预设参数，控制无人机飞行、灭火剂的输送量和/或是否输送灭火剂，或者是否卸载管路中灭火剂，以确保所述无人机不因被过度拖拽而坠机。

11.根据权利要求10所述的消防车灭火控制方法，其特征在于，

所述无人机的预设参数至少包括以下其中之一：无人机的预定载荷能力、无人机对环境风速的设限值、无人机允许远离起飞点的设定距离。

12.根据权利要求1所述的消防车灭火控制方法，其特征在于，所述将所述无人机与所述消防车的支撑平台解锁之后，还包括以下步骤：

打开位于所述支撑平台下方的存放装置的底板，以放下所述水带，使得水带不再叠合。

Images