新冠疫情防控中無人機(jī)應(yīng)用淺析

吳耕宇，陳黎，徐悅

中國航空研究院

新冠疫情在2020年給全球帶來了巨大的沖擊，具有傳播速度快、感染范圍廣、防控難度大等特點(diǎn)，使得抗疫工作有著不小的難度。而近年來發(fā)展迅速的無人機(jī)行業(yè)給抗疫工作帶來了新思路，并且取得了不錯(cuò)的戰(zhàn)果。

自2019年底開始的新冠疫情，是新中國成立以來在全國范圍內(nèi)傳播速度最快、感染范圍最廣、防控難度最大的一次重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件。由于新冠病毒具有極高傳染性、較高致死率、較長潛伏期，并且潛伏期內(nèi)具有傳染性、以飛沫傳播/接觸傳播為主要傳染途徑等特點(diǎn)，因此國內(nèi)在防控工作中采取了加強(qiáng)重點(diǎn)區(qū)域（場所）管理、城鄉(xiāng)社區(qū)（村）封閉管理、車輛通行管控、環(huán)境衛(wèi)生管理、居民健康全面排查、重點(diǎn)人群管理和服務(wù)、醫(yī)用防護(hù)物資保障、強(qiáng)制停工停產(chǎn)等一系列措施，以控制傳染源、阻斷傳播途徑，遏制疫情的擴(kuò)散蔓延。

為了在有效落實(shí)各項(xiàng)疫情防控措施、確?？箵粜鹿诜窝讘?zhàn)“疫”最終勝利的同時(shí)，最大程度地減少防控工作所帶來的各種負(fù)面影響，國內(nèi)很多地區(qū)廣泛使用無人機(jī)作為抗疫裝備，并取得了良好效果。

無人機(jī)的傳統(tǒng)任務(wù)定位

與有人駕駛飛機(jī)相比，無人機(jī)由于機(jī)上沒有機(jī)組人員，通常由地面人員操控或者在一定程度上自主工作，因而不存在人體生理限制和健康損傷問題，更便于執(zhí)行“枯燥”（Dull）、“骯臟”（Dirty）和“危險(xiǎn)”（Dangerous）的任務(wù)，亦即所謂的“3D任務(wù)”。由于此次新冠疫情防控工作的復(fù)雜性、危險(xiǎn)性、艱巨性，很多相關(guān)任務(wù)在相當(dāng)程度上具備了“3D任務(wù)”的特征，因而非常適合使用各種類型的無人機(jī)來承擔(dān)。

“枯燥”任務(wù)通常是指重復(fù)瑣碎、單調(diào)無聊、令人厭煩，更適合自動(dòng)完成的任務(wù)。例如，對較大范圍區(qū)域?qū)嵤┏掷m(xù)空中監(jiān)控就是一種非常典型的“枯燥”任務(wù)，這期間飛行員由于長時(shí)間內(nèi)持續(xù)不間斷地進(jìn)行觀測作業(yè)，將很容易導(dǎo)致疲勞、注意力不集中，進(jìn)而嚴(yán)重影響任務(wù)完成質(zhì)量。以往要解決這一問題，只能增加機(jī)上人員數(shù)量以便進(jìn)行輪班換崗，而這將會(huì)導(dǎo)致成本費(fèi)用的急劇增長。相比之下，無人機(jī)在攜帶合適的雷達(dá)/光電任務(wù)載荷后，將可以自動(dòng)、高效、廉價(jià)地完成該類任務(wù)，地面操控員和觀測員將可以通過輪班換崗、交替工作的方式來降低單人的工作強(qiáng)度，使其始終保持旺盛的精力，從而在無人機(jī)無需返航的情況下使任務(wù)長時(shí)間持續(xù)下去。

“骯臟”任務(wù)通常是指對核、生物、化學(xué)污染環(huán)境和和放射性物質(zhì)的監(jiān)視探測。若有人駕駛飛機(jī)來執(zhí)行這類任務(wù)，除了機(jī)組人員會(huì)面臨不同程度的危險(xiǎn)外，完成任務(wù)后還需要對飛機(jī)和機(jī)組人員進(jìn)行必要的洗消，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且費(fèi)用高昂。如果利用無人機(jī)攜帶相應(yīng)的任務(wù)載荷來執(zhí)行這類任務(wù)，不但無需讓機(jī)組人員身處險(xiǎn)境，而且無人機(jī)因?yàn)槠毡轶w型較小且無復(fù)雜的人員座艙，完成任務(wù)后的洗消作業(yè)也更加方便容易，成本費(fèi)用也更低。由于此次新冠疫情在相當(dāng)程度上可視為一場生化危機(jī)，疫情監(jiān)控?zé)o疑非常符合人們對無人機(jī)的傳統(tǒng)任務(wù)定位，甚至可以說是為其“量身定做”的。

圖1 無人機(jī)防控宣傳。

“危險(xiǎn)”任務(wù)通常是指會(huì)影響到人身安全、甚至可能導(dǎo)致機(jī)上人員傷亡的任務(wù)。例如，到危險(xiǎn)空域（惡劣天氣、火災(zāi)等場合）進(jìn)行各種任務(wù)作業(yè)就是一項(xiàng)典型的“危險(xiǎn)”任務(wù)，使用有人駕駛飛機(jī)來執(zhí)行這類任務(wù)時(shí)，飛行員人身安全將會(huì)面臨很大威脅，由此還會(huì)導(dǎo)致其精力分散而嚴(yán)重影響任務(wù)完成的質(zhì)量。如果使用無人機(jī)來執(zhí)行這類任務(wù)，由于地面操控員不會(huì)面臨任何危險(xiǎn)，將可以更加集中精力、更高效地完成任務(wù)。由于新冠病毒的高傳染性，在很多場合使用無人機(jī)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)有人駕駛裝備執(zhí)行任務(wù)，可以充分發(fā)揮無人機(jī)的特點(diǎn)，最大程度地減少操控人員被感染的風(fēng)險(xiǎn)。

無人機(jī)在新冠疫情防控中的主要用途

此次新冠疫情發(fā)生后，全國各地在較短時(shí)間內(nèi)迅速整合力量，全力抗擊。在這場沒有硝煙的戰(zhàn)爭中，部分地區(qū)選用無人機(jī)平臺(tái)實(shí)施“非接觸式”防控，全方位開創(chuàng)了立體疫情防控的新模式，將無人機(jī)廣泛用于防控工作的各個(gè)環(huán)節(jié)，不僅大幅提高了工作效率，而且有效降低了一線工作人員的感染風(fēng)險(xiǎn)，取得了很好的效果。

無人機(jī)防控宣傳

在開展防疫宣傳工作的過程中，傳統(tǒng)的懸掛橫幅標(biāo)語、報(bào)刊媒體新聞報(bào)道、地面固定廣播等宣傳方式，不但宣傳效果較為有限，而且不可避免地會(huì)存在大量宣傳盲區(qū)。利用無人機(jī)掛載相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行防控宣傳作業(yè)，例如搭載對講喊話器或廣播系統(tǒng)在空中喊話勸導(dǎo)，只要合理規(guī)劃飛行路徑并調(diào)整任務(wù)飛行時(shí)間，將具有傳播距離遠(yuǎn)、覆蓋面更廣、影響范圍大等獨(dú)特優(yōu)勢，由此可以有效提升群眾的疫情防控意識。

無人機(jī)巡察監(jiān)控

在開展防疫工作的過程中，以傳統(tǒng)人工作業(yè)的方式對防控區(qū)域逐片進(jìn)行巡察，不僅耗時(shí)長、效率低，而且防控人員感染的風(fēng)險(xiǎn)也較高。利用攜帶有高清攝像機(jī)的無人機(jī)替代人工作業(yè)，只要合理規(guī)劃好飛行路徑，將可以在空中對數(shù)千米、甚至更大范圍的區(qū)域?qū)嵤┤直O(jiān)控，拍攝高質(zhì)量影像并實(shí)時(shí)回傳至控制中心，對違規(guī)聚集、防護(hù)措施不到位等行為進(jìn)行重點(diǎn)查控并及時(shí)進(jìn)行勸導(dǎo)，在實(shí)現(xiàn)相關(guān)區(qū)域無接觸安全巡察自動(dòng)化、有效提升群防群控效率、最大程度消除防控死角的同時(shí)，還節(jié)約了大量人力和物力，同時(shí)也避免了人員之間直接接觸，減少互相傳染的幾率。

無人機(jī)噴灑消殺

在疫情防控過程中，街道、農(nóng)貿(mào)市場、醫(yī)院、學(xué)校、公園、小區(qū)等區(qū)域均需要進(jìn)行噴灑消毒，以預(yù)防病毒的傳播。以前這項(xiàng)工作是由防疫人員利用背負(fù)式噴霧機(jī)、以人工噴灑覆蓋的方式來完成的，不僅工作效率較低，而且防疫人員自身也存在被病毒感染的風(fēng)險(xiǎn)。利用無人機(jī)進(jìn)行空中噴灑作業(yè)，將可以有效避免這些問題，不但覆蓋面積更廣、工作效率更高、無人員感染風(fēng)險(xiǎn)，而且徹底解決了地面作業(yè)存在的消殺死角問題，同時(shí)噴灑消毒液的霧化效果也更加均勻。

無人機(jī)物資配送

在新冠疫情期間，部分地區(qū)實(shí)施的封閉式管理讓大量小區(qū)成為了“孤島”，不但防護(hù)服、醫(yī)用口罩、手套、醫(yī)療試劑盒、消毒液、醫(yī)用酒精等防疫物資難以順利送達(dá)，部分居家隔離人員所必需的米面、肉類、蔬菜、水果等生活用品供應(yīng)也成了很大問題。廣泛利用無人機(jī)開展“無接觸配送”，構(gòu)建起疫區(qū)空中應(yīng)急運(yùn)輸生命通道，將可以在相當(dāng)程度上解決因人員流動(dòng)限制引起的傳統(tǒng)物流鏈阻斷的狀況，進(jìn)而使上述問題得到有效緩解。事實(shí)表明，與傳統(tǒng)的地面運(yùn)輸相比，目前技術(shù)條件下的無人機(jī)盡管運(yùn)載量有限，但運(yùn)輸速度可提高一倍以上，并且還可以消除人工運(yùn)送物資過程中駕駛員可能面臨的種種風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而有效避免疫情的擴(kuò)散。

圖2 無人機(jī)巡察監(jiān)控。

圖3 無人機(jī)噴灑消殺。

圖4 無人機(jī)物資配送。

圖5 無人機(jī)健康監(jiān)測。

無人機(jī)健康監(jiān)測

在新冠疫情防控過程中，一項(xiàng)重要工作就是進(jìn)行初步篩查，盡早找出人群中的新冠病毒感染者，但傳統(tǒng)的人工檢測方式效率太低，在很多場合基本不具備可行性。針對這一問題，可以借鑒目前森林防火、電力巡線、工廠溫檢、城市消防等領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用的無人機(jī)測溫技術(shù)，通過無人機(jī)搭載相應(yīng)的檢測設(shè)備來識別人群中體溫異常的人員，并引導(dǎo)他們接受進(jìn)一步檢查，由此既可以充分保證安全又能大幅提高工作效率。

其他應(yīng)用場合

此次抗擊新冠疫情的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)表明，無人機(jī)還可用于其他多種任務(wù)場合，由此可以間接為防控工作提供有力的支援。例如，在武漢火神山醫(yī)院建設(shè)期間，曾使用了浙江極客橋公司提供的六架照明無人機(jī)，利用機(jī)上搭載的小型發(fā)電機(jī)和照明設(shè)備，在空中為地面工地提供長時(shí)間、不間斷的照明，有效解決了建設(shè)工地上的應(yīng)急照明問題。此外，國內(nèi)部分地區(qū)2020年的春耕工作盡管受到新冠疫情的很大影響，但借助植保無人機(jī)的有效使用，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)很快恢復(fù)正常，有力保障了春耕備耕工作。

注意事項(xiàng)

此次全面參與新冠疫情防控工作，是對無人機(jī)處理公共衛(wèi)生危機(jī)能力的一次大規(guī)模實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)，憑借這期間的突出表現(xiàn)，無人機(jī)充分展現(xiàn)了其在疫情防控工作中的獨(dú)特優(yōu)勢和應(yīng)用前景，為實(shí)現(xiàn)民用無人機(jī)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。但全國各地在使用無人機(jī)承擔(dān)疫情防控工作的過程中，也陸續(xù)暴露出一些大大小小的問題，在相當(dāng)程度上影響了無人機(jī)性能優(yōu)勢的發(fā)揮，需要在今后的工作中多加注意和預(yù)防。

適時(shí)開發(fā)疫情防控專用的無人機(jī)任務(wù)載荷

無人機(jī)僅僅是一個(gè)飛行平臺(tái)，其功能歸根到底要通過各種任務(wù)載荷設(shè)備來完成。在此次新冠疫情防控任務(wù)作業(yè)中，無人機(jī)除了大量使用傳統(tǒng)的雷達(dá)/光電吊艙、貨運(yùn)吊艙、藥物噴灑設(shè)備外，很多單位/機(jī)構(gòu)還根據(jù)自己的特殊需要，使用各種“臨時(shí)客串”的任務(wù)設(shè)備，或者將幾種功能單一的設(shè)備臨時(shí)組合起來使用。盡管這樣也能在很大程度上滿足需求，但同時(shí)會(huì)帶來工作效率降低、使用成本增加、操控使用難度增大等問題，有時(shí)甚至?xí)戆踩[患。

有鑒于此，根據(jù)此次新冠疫情的特點(diǎn)，研發(fā)一些既具備防疫/抗疫功能、又適合無人機(jī)搭載攜帶的專用任務(wù)載荷就變得很有必要，以滿足一些特殊任務(wù)場合的需要。例如，加拿大德拉甘飛行公司（Dragan）就根據(jù)此次新冠疫情防控工作的需要，研制了一種同時(shí)集成有熱成像儀、高分辨率攝像頭等傳感器，并且采用了人工智能技術(shù)的無人機(jī)防疫專用任務(wù)設(shè)備，可以在較遠(yuǎn)距離上檢測人員的體溫、心率、呼吸頻率、血壓等生命體征以及打噴嚏、咳嗽、發(fā)燒等癥狀征候，同時(shí)還能測量人們的社交距離，從而實(shí)現(xiàn)對地面人群進(jìn)行有效的健康監(jiān)測。

圖6 無人機(jī)工地照明。

加強(qiáng)無人機(jī)的專業(yè)技術(shù)保障

由于新冠疫情防控工作的特殊性，無人機(jī)在此期間的使用強(qiáng)度、飛行環(huán)境和后勤條件，均與平時(shí)不可同日而語，由此會(huì)對技術(shù)保障工作提出更高要求。例如，由于任務(wù)需要，無人機(jī)經(jīng)常不得不長時(shí)間、超負(fù)荷或者在較惡劣天氣條件下飛行；所攜帶的外掛載荷與載機(jī)不匹配，任務(wù)設(shè)備的重量、體積、外形尺寸明顯超標(biāo)；在部分特殊任務(wù)場合，需要根據(jù)用戶的現(xiàn)實(shí)需要對無人機(jī)進(jìn)行臨時(shí)性改裝；短時(shí)間內(nèi)集中培訓(xùn)的操控人員技能和經(jīng)驗(yàn)不足，存在違規(guī)使用、甚至野蠻操控等現(xiàn)象。這些問題的存在，會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)零部件磨損嚴(yán)重、機(jī)體結(jié)構(gòu)疲勞加劇、飛行/地面事故增多，妥善率和出動(dòng)率下降，最終會(huì)影響到抗疫工作的完成。

針對這種情況，非常有必要加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)技術(shù)保障工作，在加大相關(guān)單位/機(jī)構(gòu)操控人員培訓(xùn)力度的同時(shí)，為用戶提供全面的技術(shù)保障服務(wù)，使無人機(jī)的使用、維護(hù)和臨時(shí)改裝等行為更加專業(yè)化、合法化、規(guī)范化，為無人機(jī)高效作業(yè)和安全飛行撐起保護(hù)傘。

確保無人機(jī)任務(wù)過程中的飛行安全

在新冠疫情防控期間，無人機(jī)任務(wù)繁重、使用強(qiáng)度大、保障條件差，很多時(shí)候還需要在復(fù)雜地形環(huán)境、甚至較惡劣天氣條件下執(zhí)行任務(wù)，導(dǎo)致飛行安全問題顯得非常突出。

例如，目前無人機(jī)普遍采用遙控方式，自主控制水平和智能化程度低，進(jìn)行任務(wù)作業(yè)過程中需要頻繁進(jìn)行人機(jī)交互，導(dǎo)致協(xié)同動(dòng)作多、操控難度大，不僅嚴(yán)重影響了工作效率，而且增大了發(fā)生事故的機(jī)率。

當(dāng)前使用的無人機(jī)通常飛行高度較低，并且缺乏自主避障能力，但在任務(wù)作業(yè)過程中經(jīng)常會(huì)在城市、山地、密林等壞境下飛行，一旦不慎就有可能與高層建筑、電線桿、廣告牌、樹叢等各種障礙物相撞。

很多用戶也缺乏相關(guān)的專業(yè)知識，會(huì)隨意外掛自行購置、制作的任務(wù)設(shè)備，導(dǎo)致無人機(jī)掛載后的飛行穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響，帶來潛在的安全隱患；疫情期間臨時(shí)培訓(xùn)的操控人員相關(guān)技能經(jīng)驗(yàn)欠缺，在無人機(jī)任務(wù)作業(yè)過程中的誤操作、違規(guī)操作現(xiàn)象增多。

針對這些問題，除了需要嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)法規(guī)，遵從有關(guān)部門的管理，合理規(guī)劃飛行路徑外，還需要加強(qiáng)對用戶及操控人員的技術(shù)培訓(xùn)和安全教育，以最大程度地減少、避免各種失誤，消除事故隱患。