國外救援無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

張峰，佟巍，周立冬，劉愛兵

災(zāi)害救援醫(yī)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武警總醫(yī)院 醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，北京 100039

國外救援無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

張峰，佟巍，周立冬，劉愛兵

災(zāi)害救援醫(yī)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武警總醫(yī)院 醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，北京 100039

近年來無人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，從軍事領(lǐng)域到民用領(lǐng)域日趨成熟，在救援中顯出不可替代的優(yōu)勢(shì)，國內(nèi)外紛紛進(jìn)行救援無人機(jī)的研究。本文介紹和分析了國外幾種救援無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)，并探索和研究了需要適應(yīng)各種環(huán)境并完成任務(wù)的無人機(jī)系統(tǒng)。

無人機(jī)；機(jī)動(dòng)生命支持系統(tǒng)；涵道風(fēng)扇；醫(yī)療救援

0 引言

國外無人機(jī)研究較早，1917年英國人研制了世界上第一架無人機(jī)，已有約一百年的歷史。在軍用方面，海灣戰(zhàn)爭后美國等無人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，能用于訓(xùn)練、偵查、誘餌、戰(zhàn)斗。在民用方面，有更廣泛的用途，例如警用、城市管理、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、電力、搶險(xiǎn)救災(zāi)等行業(yè)。無人機(jī)用于救援成效顯著，逐漸成為救援中不可替代的有力武器，例如，2008年汶川地震，無人機(jī)率先為后方提供了災(zāi)區(qū)圖像信息，使中國政府和全世界能及時(shí)了解災(zāi)情、組織救援。2015年3月13日，法國巴黎發(fā)生人質(zhì)劫持事件，警方動(dòng)用無人機(jī)參與救援行動(dòng)。近年來，各國不斷進(jìn)行救援無人機(jī)的研制和應(yīng)用[1]。

1 國外救援無人機(jī)介紹

1.1 以色列救援無人機(jī)

以色列歷來重視無人機(jī)工業(yè)，是僅次于美國的世界上無人機(jī)技術(shù)最發(fā)達(dá)的國家，還開發(fā)了一系列與無人機(jī)系統(tǒng)相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)。其產(chǎn)品已出口各國，是重要的軍貿(mào)產(chǎn)品，我國也購買使用。以色列正在研制一種用于戰(zhàn)時(shí)醫(yī)療救助和后送的無人機(jī)。以色列在黎巴嫩的作戰(zhàn)行動(dòng)中發(fā)現(xiàn)空軍直升機(jī)不得不在密集的火力下執(zhí)行醫(yī)療救援任務(wù)，這對(duì)救援人員的生命造成很大的威脅，從而迫切需要一種無人平臺(tái)可以從戰(zhàn)區(qū)運(yùn)送傷員撤退。無人機(jī)將配備用于救傷和運(yùn)輸?shù)臋C(jī)動(dòng)生命支持（MLSTAT）系統(tǒng)，并能遠(yuǎn)程監(jiān)視傷員的身體狀況和實(shí)施遠(yuǎn)程急救治療。此外，該無人平臺(tái)還將攜帶一種被動(dòng)和主動(dòng)的自保護(hù)系統(tǒng)。飛行平臺(tái)的設(shè)計(jì)之一是采用涵道風(fēng)扇無人機(jī)，這種無人機(jī)能用于戰(zhàn)區(qū)補(bǔ)給和救傷任務(wù)，可以攜帶兩名受傷的士兵飛行2 h。

涵道風(fēng)扇較同樣直徑的孤立風(fēng)扇能產(chǎn)生更大的升力，且風(fēng)扇環(huán)括在涵道內(nèi)，可阻擋風(fēng)扇氣動(dòng)聲向外傳播，且結(jié)構(gòu)緊湊、安全性高。作為一種特殊的無人飛行器，涵道風(fēng)扇式無人機(jī)具有垂直起降、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、噪音低、安全隱蔽等性能優(yōu)點(diǎn)，日益成為當(dāng)今無人機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

1.2 醫(yī)療援助無人機(jī)

總部位于倫敦的邁拓公司（Matternet）正在致力于打造一個(gè)基于無人機(jī)的運(yùn)輸系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要是針對(duì)在低收入國家沒有適當(dāng)?shù)尼t(yī)療救助方式的個(gè)人，可運(yùn)送診斷治療等醫(yī)學(xué)臨床用品。在一些特殊地區(qū)，如埃博拉病毒傳染區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)，無人機(jī)系統(tǒng)攜帶疫苗、藥片和水等緊急物品可以及時(shí)抵達(dá)。無人機(jī)不是單獨(dú)飛行，通過控制系統(tǒng)，每架無人機(jī)被跟蹤和監(jiān)視，在預(yù)編程序的空間飛行，可以飛約400 in或約40層樓高[2]。

1.3 瑞士耐碰撞無人機(jī)

瑞士“飛行動(dòng)力”公司研發(fā)的耐碰撞無人機(jī)Gimball，外層是一個(gè)超輕且堅(jiān)實(shí)的碳纖維籠，不怕碰撞，同時(shí)保護(hù)人員不被其雙螺旋槳傷到。其飛行時(shí)不是躲開障礙物，而是選擇“勇往直前”，在碰撞中自行開路，而且可以在狹小的空間內(nèi)飛行，如地震后的建筑物內(nèi)或地下管道中。

1.4 防水無人機(jī)

Splash防水無人機(jī)的設(shè)計(jì)者建造了一個(gè)防水常平架，使其成為不怕水的無人機(jī)，能漂浮在水上，從水上滑行、起飛，掉到水里也不會(huì)沉下去，可以進(jìn)行水上救援活動(dòng)。它裝有一個(gè)2磅有效載荷的分離裝置，可以在水域傳遞物品。它有緊急救援呼叫功能，還能發(fā)射一枚長達(dá)15 min的呼救照明彈。啟動(dòng)“跟隨”模式，它就會(huì)自動(dòng)跟在你身后拍攝。Splash無人機(jī)由ABS熱塑性聚合物制成框架，內(nèi)置5.8 GHz、600 mW視頻發(fā)射機(jī)，一個(gè)2.4 GHz的無線電臺(tái)控制器，一個(gè)相機(jī)潛水箱，還有GPS輔助設(shè)備，跟蹤模式，智能手機(jī)操縱裝置，以及17 min的飛行時(shí)間[3]。

1.5 能定位WiFi信號(hào)的無人機(jī)

瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種搜救無人機(jī)，他可以通過準(zhǔn)確定位手機(jī)WiFi信號(hào)，確定失蹤或被困者的位置。研究團(tuán)隊(duì)在SenseFly eBee無人機(jī)平臺(tái)上附加了一根WiFi天線，雪崩和地震后，無人機(jī)在受災(zāi)地區(qū)上空飛行，從多點(diǎn)確認(rèn)手機(jī)信號(hào)發(fā)出的大致位置，然后通過三角測(cè)量法縮小范圍，進(jìn)而找到攜帶手機(jī)的失蹤或被困者，精準(zhǔn)度可達(dá)9 m。如果基礎(chǔ)設(shè)施在災(zāi)難中被毀，無人機(jī)也可被用作WiFi系統(tǒng)，迅速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)。而且，無人機(jī)上的天線還可以替換為雪崩受害者探測(cè)器（Detector Avalanche Victims，DAV），變成一個(gè)既快又便宜的雪崩搜救設(shè)備。

1.6 新型醫(yī)療急救無人機(jī)

新型醫(yī)療急救無人機(jī)是由奧地利一名學(xué)生設(shè)計(jì)，荷蘭的一名學(xué)生率先研制出醫(yī)療急救無人機(jī)系統(tǒng)。一旦接到心臟病突發(fā)事件的呼救，急救機(jī)構(gòu)便會(huì)馬上派出醫(yī)療無人機(jī)到達(dá)現(xiàn)場送來心臟除顫器，專業(yè)醫(yī)護(hù)人員則可以通過無人機(jī)的遠(yuǎn)程視頻設(shè)備指揮周邊的人在現(xiàn)場操作除顫器。這種救護(hù)無人機(jī)能夠在1 min內(nèi)將除顫器送到周邊12×106平方公里內(nèi)的患者身邊，將存活率從8%提高到80%。一旦醫(yī)療無人機(jī)系統(tǒng)建成，可想而知，醫(yī)療設(shè)備相對(duì)匱乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)將會(huì)成為急救無人機(jī)的最大舞臺(tái)[4]。

1.7 英國中央蘭開夏大學(xué)的AeroSee項(xiàng)目

英國中央蘭開夏大學(xué)的AeroSee項(xiàng)目讓任何人都可以遠(yuǎn)程遙控?zé)o人機(jī)，見圖1。使用裝有攝像頭的無人機(jī)及其他能夠傳遞圖像的設(shè)施，執(zhí)行實(shí)時(shí)的圖像分析救援工作。通過上網(wǎng)查看實(shí)時(shí)的圖像，并在圖像上面進(jìn)行各種標(biāo)記，隨后將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給搜救者，便于搜救行動(dòng)。這個(gè)計(jì)劃可以縮短搜救的響應(yīng)時(shí)間，為陷于險(xiǎn)境的人們?cè)黾荧@救機(jī)會(huì)。同時(shí)，救援隊(duì)在到達(dá)事故現(xiàn)場之前，也能讓自身的安全得到保證[5]。

圖1 AeroSee遠(yuǎn)程遙控?zé)o人機(jī)

1.8 帶救生圈的無人機(jī)

位于倫敦東區(qū)的RTS Ideas公司發(fā)明的救援無人機(jī)每架飛機(jī)攜帶3個(gè)救生圈和攝像頭，可以進(jìn)行海上溺水救援。無人機(jī)漂浮在海上平臺(tái)上，由太陽能供電，接到信號(hào)，能馬上飛到溺水者附近投擲救生圈，并觀察現(xiàn)場情況[6]。

2 國外救援無人機(jī)應(yīng)用分析

國外利用無人機(jī)救援，在搜救、人員轉(zhuǎn)運(yùn)、物品運(yùn)輸、機(jī)身構(gòu)造、網(wǎng)絡(luò)化等方面的研究取得了有意義的成果。

2.1 人員搜救

對(duì)失蹤或遇難人員搜救是救援工作最重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的人海戰(zhàn)術(shù)需要大量人力物力，效率低。用無人機(jī)搜索速度快、范圍廣，搜索效果主要依據(jù)搭載的搜索裝備的性能，現(xiàn)多采用光學(xué)、紅外等方法。瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員借助普遍攜帶的手機(jī)，利用WiFi尋找地下被掩埋人員，新穎實(shí)用，還能建立臨時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)，作用很大[7-8]。

2.2 傷病員的運(yùn)送

從戰(zhàn)場或?yàn)?zāi)害現(xiàn)場將傷病員及時(shí)運(yùn)送到后方醫(yī)療單位是一件困難的事，最早主要是人背或人抬，后來使用機(jī)械車輛，現(xiàn)在美國在開發(fā)救護(hù)機(jī)器人，都是通過地面運(yùn)送。如地面道路不通，常使用直升機(jī)，直升機(jī)可以垂直起降，效果較好。但有人駕駛的直升機(jī)成本高，對(duì)天氣環(huán)境有要求，陰雨雷電或高山峻嶺很難飛行。由于環(huán)境惡劣、時(shí)間緊迫、人員勞累，在歷次的救援活動(dòng)中，參與救援的直升機(jī)常常發(fā)生機(jī)毀人亡的事故。

以色列載人無人機(jī)的研究應(yīng)用前景很好。使用大載重的無人機(jī)，既能實(shí)現(xiàn)無人駕駛，又能載人載物，解決了實(shí)際問題，也增加了無人機(jī)的用途。涵道風(fēng)扇作為動(dòng)力，技術(shù)先進(jìn)，適合多種救援情況[9-10]。

2.3 特殊環(huán)境的生存能力

救援中會(huì)遇到各種特殊環(huán)境，如地震、風(fēng)災(zāi)、火災(zāi)、毒氣、核污染等，需要無人機(jī)能在這些環(huán)境下正常飛行完成任務(wù)。無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)中很難做到完全不碰到其他物體，但瑞士Gimball無人機(jī)能像坦克一樣不怕碰撞，有優(yōu)秀的生存能力，能在地道、震后倒塌的房屋、煙霧籠罩的建筑物中飛行。防碰撞設(shè)計(jì)增加了無人機(jī)的活動(dòng)能力，能完成很多困難的救援任務(wù)。

地球大部分面積被水覆蓋，江河湖海都有人類的活動(dòng)足跡，海嘯、暴雨等也帶給人類各種災(zāi)難。Splash防水無人機(jī)和海上救援無人機(jī)能在水域飛行，完成水上救援任務(wù)，拓展了無人機(jī)救援活動(dòng)的空間。還有的無人機(jī)能在暴風(fēng)中、雷雨中、火中、化學(xué)氣體中、放射性物質(zhì)中飛行，在這些人類不能進(jìn)入的環(huán)境中完成任務(wù)，凸顯無人機(jī)不可替代的作用[11-12]。

2.4 醫(yī)療用品運(yùn)送與現(xiàn)場干預(yù)

無人機(jī)在物流方面的需求巨大，國內(nèi)外專業(yè)物流公司紛紛開展研究并已進(jìn)入實(shí)測(cè)階段，解決了政策法規(guī)限制后，前景不可限量。在突發(fā)疾病、災(zāi)難的時(shí)刻或在偏遠(yuǎn)地區(qū)，對(duì)醫(yī)療用品和急救器材的輸送有迫切的需求。無人機(jī)用于物流的優(yōu)勢(shì)是快速靈活、受環(huán)境影響小、起飛降落簡單不需要機(jī)場、在空中飛行不需要地面道路橋梁等設(shè)施、能到達(dá)人類不能到達(dá)的地方。無人駕駛功能既節(jié)約人力，又減少人員直接接觸感染物，減少傳染性疾病的傳播。

現(xiàn)場實(shí)時(shí)干預(yù)功能。無人機(jī)配備攝像系統(tǒng)、語音傳輸系統(tǒng)等，可實(shí)時(shí)進(jìn)行病情分析診斷、現(xiàn)場指揮、儀器藥品使用指導(dǎo)等。醫(yī)療無人機(jī)的運(yùn)送和干預(yù)功能往往是結(jié)合使用的，如無人機(jī)運(yùn)送搶救器材到現(xiàn)場，同時(shí)控制無人機(jī)的后方人員通過機(jī)載裝備看到現(xiàn)場情況，并指導(dǎo)現(xiàn)場人員使用。

醫(yī)療用品運(yùn)送有以下3種情況：① 遠(yuǎn)距離運(yùn)送。在邊遠(yuǎn)交通不發(fā)達(dá)地區(qū)，使用無人機(jī)方便快捷成本低；② 緊急運(yùn)送。地震等重大災(zāi)情發(fā)生道路不通，使用無人機(jī)運(yùn)送物品。城市內(nèi)，如心臟病突發(fā)情況，使用無人機(jī)快速送達(dá)除顫器，并指導(dǎo)使用；③ 疫情區(qū)、無人區(qū)運(yùn)送。傳染病重災(zāi)區(qū)、核輻射區(qū)、火山災(zāi)害地區(qū)等，人員不便到達(dá)，使用無人機(jī)則無此方面限制[13]。

2.5 利用網(wǎng)絡(luò)

使用網(wǎng)絡(luò)對(duì)無人機(jī)管理和對(duì)采集的信息進(jìn)行處理，使無人機(jī)的應(yīng)用從量變到質(zhì)變。無人機(jī)是一個(gè)信息化平臺(tái)，能獲得環(huán)境影像資料，也能傳遞其他信息。信息獲得后的分析需要知識(shí)和時(shí)間，通過網(wǎng)絡(luò)可以使更多的人參與、可利用更多的資源，結(jié)果也可以快速反饋。信息化救援需要準(zhǔn)確分析評(píng)估救援情況，調(diào)動(dòng)無人機(jī)或其他救援裝備，精確運(yùn)送投放救援物資。

3 結(jié)論

救援工作不是一種單一的活動(dòng)，救援無人機(jī)功能也不是單一的，現(xiàn)場監(jiān)控、搜索、運(yùn)送物品、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力等往往集成在一起。救援活動(dòng)中有許多未知因素，時(shí)間急迫、環(huán)境惡劣、任務(wù)多樣需要無人機(jī)功能齊全、性能優(yōu)良。相信國內(nèi)外會(huì)繼續(xù)研究救援無人機(jī)，使其結(jié)構(gòu)模塊化、功能標(biāo)準(zhǔn)化，研究出更多的救援工作需要的功能。

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Development Status of Rescue Unmanned Aerial Vehicle in Abroad

ZHANG Feng, TONG Wei, ZHOU Li-dong, LIU Ai-bing
Medical Experimental Center, Beijing Municipal Key Laboratory of Disaster Relief Medicine, China Armed Police General Hospital, Beijing 100039, China

Unmanned aerial vehicle (UAV) technology has developed rapidly. The technology has become more mature from military to civilian areas and has shown an irreplaceable advantages in the rescue. Research on rescue UAV at home and abroad has been carried out. This paper introduced and analyzed the advantages of several foreign rescue drones and explored the UAV system that can adapt to the particularity of the rescue environment.

unmanned aerial vehicle; mobile life support system; ducted-fan; medical aid

V279；R197.39

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.06.058

1674-1633(2016)06-0175-03

2015-06-10

2015-08-24

劉愛兵，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，武警總醫(yī)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心主任。

作者郵箱：fengzh2001@163.com