無人機(jī)在應(yīng)急救援中的應(yīng)用研究

基金項目：2020年重慶市科學(xué)技術(shù)研究項目《警用無人機(jī)空地一體化協(xié)同作戰(zhàn)模式創(chuàng)新研究》（項目編號：KJQN202001704）;2021年重慶市高等教育教學(xué)改革研究項目《新時期警用無人機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀及深化教改新途徑》（項目編號：212133）。

作者簡介：陳思信（1983—），男，碩士，講師，研究方向為無人機(jī)警務(wù)應(yīng)用、警務(wù)戰(zhàn)術(shù)。

摘要：在無人機(jī)+行業(yè)應(yīng)用不斷深入拓展的背景下，參考無人機(jī)在河南省特大暴雨災(zāi)害救援中的應(yīng)用實踐，分析當(dāng)前應(yīng)急救援中的任務(wù)難點，將無人機(jī)所具備的獨特優(yōu)勢靈活運用到應(yīng)急救援中，創(chuàng)新應(yīng)用方法，可以在應(yīng)急偵查、指揮調(diào)度、高效搜救、通信中繼、物資投送等諸多方面發(fā)揮不可或缺的作用，并進(jìn)一步挖掘其潛力，從而提升應(yīng)急管理部門對突發(fā)事件的預(yù)防和應(yīng)急處置能力。

關(guān)鍵詞：無人機(jī) 應(yīng)急救援 偵查 指揮 通信中繼

中圖分類號：V19 ??文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ??文章編號：1672-3791（2021）12（b）-0000-00

Abstract： In the context of the continuous deepening of the application of UAV industry， the application practice of UAV in the rescue of heavy rain disaster in Henan Province is referred to analyze the difficulties in the current emergency rescue tasks， flexibly apply the unique advantages of UAV to the emergency rescue， and innovate the application methods. It can play an indispensable role in emergency investigation， command and dispatch， efficient search and rescue， communication relay， material delivery and many other aspects， and further tap its potential， so as to improve the emergency management department's ability to prevent and deal with emergencies.

Key Words： Drone; Emergency Rescue; Reconnaissance; Command; Communications relay

我國是世界上自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一，災(zāi)害種類分布地域廣、發(fā)生頻率高、造成損失重，嚴(yán)重威脅人民群眾的生命和財產(chǎn)安全[1]。提升應(yīng)急救援能力，是關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展全局以及人民群眾生命財產(chǎn)安全的大事。在應(yīng)急救援的各種方法手段中，航空救援由于其響應(yīng)速度快、受地理空間限制少等優(yōu)勢，成為世界各國普遍采用的有效手段。相較于有人機(jī)，無人機(jī)具有高安全性、成本低、易操縱、高度靈活等特點，往往更適合那些“愚鈍、骯臟或危險”的任務(wù)，具備其他措施無法比擬的優(yōu)勢，無人機(jī)將成為航空救援體系中的核心力量。

1 無人機(jī)在應(yīng)急救援中的優(yōu)勢

1.1 無人機(jī)類型及特點

無人機(jī)是無人機(jī)駕駛航空器的簡稱，指利用無線電遙控設(shè)備和自備程序控制裝置操縱的可反復(fù)使用的不載人飛行器[2]。通常所稱無人機(jī)指無人機(jī)系統(tǒng)，主要由航空器、地面控制單元、通訊鏈路和任務(wù)設(shè)備組成。無人機(jī)系統(tǒng)種類繁多、特點鮮明，可根據(jù)飛行平臺構(gòu)型、用途、尺度、活動半徑、任務(wù)高度等方法進(jìn)行分類[3]。根據(jù)飛行平臺構(gòu)型，包括旋翼無人機(jī)、固定翼無人機(jī)以及混合翼無人機(jī)[4]?！睹窈椒ㄒ?guī)》規(guī)定，根據(jù)尺度，包括微型無人機(jī)（空機(jī)質(zhì)量≤7 kg）、輕型無人機(jī)（7 kg<空機(jī)質(zhì)量≤116 kg）、小型無人機(jī)（116 kg<空機(jī)質(zhì)量≤5 700 kg）以及大型無人機(jī)（空機(jī)質(zhì)量>5 700 kg）;根據(jù)活動半徑，包括超近程無人機(jī)（活動半徑15 km以內(nèi)）、近程無人機(jī)（活動半徑15～50 km之間）、短程無人機(jī)（活動半徑50～200 km之間）、中程無人機(jī)（活動半徑200～800 km之間）和遠(yuǎn)程無人機(jī)（活動半徑大于800 km）;根據(jù)任務(wù)高度，包括超低空無人機(jī)（任務(wù)高度0～100 m）、低空無人機(jī)（任務(wù)高度100～1 000 m）、中空無人（任務(wù)高度1000～7 000 m）機(jī)、高空無人機(jī)（任務(wù)高度7 000～18 000 m）和超高空無人機(jī)（任務(wù)高度大于1 8000 m）等[3]。根據(jù)應(yīng)急救援的工作需要，適于應(yīng)用的無人機(jī)以中小微型，近、短程低空無人機(jī)為主。從飛行平臺構(gòu)型選擇來講，多旋翼無人機(jī)具有操縱簡單、起降要求低、懸停效果好、價格低廉等優(yōu)勢，成為應(yīng)急救援中最主要的機(jī)型;固定翼無人機(jī)具有巡航速度快、面積大、續(xù)航時間長等優(yōu)勢，混合翼無人機(jī)兼具懸停及高速飛行功能，均能在應(yīng)急救援中發(fā)揮中重要作用。

1.2 無人機(jī)在應(yīng)急救援中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.2.1 安全性高

自然災(zāi)害事故或突發(fā)事故現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，不可控因素多，次生險情隱蔽性強(qiáng)。在各類危險任務(wù)場合，利用無人機(jī)作業(yè)可直接避免人員到場，有效避免人員傷亡。隨著無人機(jī)技術(shù)發(fā)展，避障技術(shù)更加強(qiáng)大，抗風(fēng)防水能力更強(qiáng)，即便是遇到不良?xì)夂驐l件，無人機(jī)依然可以完成緊急飛行任務(wù)[5]。加之無人機(jī)槳葉防護(hù)罩的普遍使用，即使受到損毀也大大降低了安全事故的發(fā)生。

1.2.2 環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)

無人機(jī)技術(shù)目前已能達(dá)到全天候作業(yè)要求。無人機(jī)抗風(fēng)等級可達(dá)到4-6級，多款無人機(jī)具備防水功能，搭載的攝像頭變焦可達(dá)數(shù)百倍，實現(xiàn)數(shù)公里至數(shù)十公里的超視距偵查，搭載紅外熱成像儀可實現(xiàn)夜晚環(huán)境下的偵查。在核、生、化沾染區(qū)域，在有毒物質(zhì)侵襲時仍可正常進(jìn)行工作;在嚴(yán)寒、酷熱的沙漠、戈壁等惡劣環(huán)境下仍能正常作業(yè)，具有超強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。

1.2.3 功能豐富

無人機(jī)功能具有定制化特點，即通過搭載不同的功能模塊實現(xiàn)不同的功能。通過實時空中監(jiān)測、多形式偵查，構(gòu)建扁平化救援組織指揮模式;應(yīng)急通信、應(yīng)急搜救、高空喊話、應(yīng)急照明等諸多功能，構(gòu)建立體作業(yè)體系，完成傳統(tǒng)作業(yè)模式無法實現(xiàn)的任務(wù)。

2 ?無人機(jī)在應(yīng)急救援中的應(yīng)用

2.1 城市消防救援

2.1.1 任務(wù)難點

在城市大型火災(zāi)中，受觀察條件限制，救援人員難以精準(zhǔn)識別起火點和高溫區(qū)域，救援人員在信息缺失的情況下貿(mào)然進(jìn)入火場危險極大。災(zāi)后評估中，傳統(tǒng)的平面圖和照片無法滿足直觀反應(yīng)現(xiàn)場情況的需要。

2.1.2 無人機(jī)應(yīng)用

應(yīng)用無人機(jī)于火場救援行動中，可在火情快速偵查、現(xiàn)場動態(tài)掌握、指揮調(diào)度、災(zāi)后評估環(huán)節(jié)提供強(qiáng)力支持。無人機(jī)可快速構(gòu)建立體監(jiān)控體系，第一時間深入火場中心區(qū)域獲取信息，協(xié)助消防員準(zhǔn)確識別起火點和高溫區(qū)域?；跓o人機(jī)航拍功能的360°全景采集信息完整、立體、可觀，為指揮員作出科學(xué)決策提供依據(jù)[6]。無人機(jī)對現(xiàn)場進(jìn)行快速二維、三維建模，獲取精準(zhǔn)的可視化信息，輔助消防預(yù)案制定及損失評估。借助實時二維、三維模型支持，通過智圖軟件處理，救援人員可實時打點快速，精準(zhǔn)計算出火場面積與相關(guān)街道、建筑物間距，指揮員可以不必再采取抽離人力攀爬至周邊制高點使用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測，救援效率與精確度大大提升。同時，根據(jù)任務(wù)需要還可利用多旋翼無人機(jī)精準(zhǔn)投擲滅火彈，實現(xiàn)滅火救援[7]。在災(zāi)后評估環(huán)節(jié)，使用無人機(jī)搭配軟件快速繪制出受災(zāi)區(qū)域的三維模型，為災(zāi)情量化評估及災(zāi)后廠區(qū)重建提供高效、全局、精準(zhǔn)的參考。

2.2 森林防火滅火

2.2.1 任務(wù)難點

森林地區(qū)面積廣大，地形復(fù)雜，交通不便，傳統(tǒng)人工巡查效益低下。任務(wù)中，響應(yīng)速度慢，森林火災(zāi)發(fā)生時，現(xiàn)場火情多變，需要準(zhǔn)確收集火情發(fā)展態(tài)勢信息，協(xié)助精確調(diào)度打火力量滅火工作，以及科學(xué)規(guī)劃進(jìn)入、撤離路線，保障人員安全。

2.2.2 無人機(jī)應(yīng)用

在日常森林防火工作中，使用無人機(jī)開展自動化巡查，可極大提升工作效率。無人機(jī)搭載喊話器進(jìn)行高空防火政策宣傳，提高人們防火意識，有效預(yù)防火災(zāi)發(fā)生。在滅火現(xiàn)場，無人機(jī)可利用空中視角快速感知火場全局態(tài)勢，獲取火線位置分布情況，使用熱成像相機(jī)快速識別并定位火情，提升信息獲取效率，科學(xué)調(diào)度滅火力量。合理規(guī)劃安全進(jìn)入、撤離路線，保證現(xiàn)場工作人員安全，即使發(fā)生風(fēng)向突變、林火爆燃等危急情況時，無人機(jī)空中視角也能第一時間掌握現(xiàn)場態(tài)勢，及時指揮安全撤離，防止因現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、視野受限而導(dǎo)致盲目的危險行動。在撲滅明火后，無人機(jī)搭載熱成像儀巡邏火場，識別復(fù)燃點和煙點，杜絕二次大面積起火。

2.3 野外走失救援

2.3.1 任務(wù)難點

走失人員的搜尋工作一直是警方工作的難點。野外搜救行動中，時間就是生命，錯過最佳救援時機(jī)會導(dǎo)致搜救目標(biāo)生存率大幅度降低。搜救任務(wù)往往發(fā)生在地形復(fù)雜的山區(qū)、林區(qū)，交通不便，且搜尋范圍大，部分地區(qū)容易被忽略，需要耗費大量人力和時間。夜間、惡劣天氣時搜救難度更高，搜救人員自身安全也面臨威脅。

2.3.2 無人機(jī)應(yīng)用

無人機(jī)機(jī)動靈活，不受地形限制，為搜救人員提供空中視角，搭載高清多倍變焦鏡頭可實現(xiàn)短時間搜索大面積區(qū)域，有效解決傳統(tǒng)人力搜索方式速度慢、效率低的問題。在夜間、濃霧，或密林區(qū)域，人工搜救難以開展工作，無人機(jī)搭載熱成像儀能突破光線限制，實現(xiàn)全天候作業(yè)，為拯救生命爭取寶貴時間。2021年1月28日，黑龍江一患有智力障礙的26歲男子走失，警方接警后迅速組織警力開展搜尋工作，通過走訪排查和調(diào)取視頻監(jiān)控的方式尋找無果后，利用無人機(jī)的熱成像功能和機(jī)載探照燈，開展全覆蓋無死角搜尋，及時發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，避免了悲劇發(fā)生。

2.4 自然災(zāi)害救援

2.4.1 任務(wù)難點

自然災(zāi)害發(fā)生后，地形復(fù)雜，人群分散，救援工作時間緊、任務(wù)重。地震、洪水、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生，往往伴隨著斷路、斷電、斷網(wǎng)情況。災(zāi)區(qū)交通道路損毀，難以及時對災(zāi)情進(jìn)行評估，也無法及時進(jìn)入受災(zāi)區(qū)域救援;公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，應(yīng)急通信設(shè)備的傳統(tǒng)簡易架高天線覆蓋有限，無法有效保障災(zāi)區(qū)的信號覆蓋;電力設(shè)備損毀，導(dǎo)致救援難度增大。某些救援區(qū)域危險性大，人工難以到達(dá)。災(zāi)后防止疾病傳播，消毒殺菌工作往往占用大量人力。

3.4.2 無人機(jī)應(yīng)用

自然災(zāi)害救援基本為大面積區(qū)域作業(yè)，無人機(jī)機(jī)動靈活、偵察范圍廣，幾乎不受復(fù)雜地形、惡劣天氣影響，為搜救工作快速提供現(xiàn)場信息，協(xié)助地面指揮快速部署救援工作，最大程度確保最佳救援時機(jī)。無人機(jī)能夠搭載不同載荷，具備滿足多樣化任務(wù)需求的能力。針對災(zāi)區(qū)“三斷”情況，通過融合空中組網(wǎng)、高點中繼等技術(shù)，實現(xiàn)圖像、語音、數(shù)據(jù)上下貫通橫向互聯(lián)。無人機(jī)能突破交通限制，快速進(jìn)入災(zāi)情中心區(qū)搜集信息，前期數(shù)據(jù)采集時可使用諸如大疆系列的小型無人機(jī)，搭載攝影設(shè)備懸停于現(xiàn)場高空，對現(xiàn)場地形、天候、環(huán)境等情況進(jìn)行全面、完整的拍攝[8]，通過照片、視頻，二維、三維建模，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)化，為救援決策提供精準(zhǔn)的信息支撐。無人機(jī)可攜帶應(yīng)急通信基站，穩(wěn)定懸停于災(zāi)區(qū)上空，為災(zāi)區(qū)提供良好的信號覆蓋。2021年7月21日，受河南特大暴雨災(zāi)害影響，鄭州鞏義市米河鎮(zhèn)一度通訊受阻，中國應(yīng)急管理部派出翼龍-2H應(yīng)急救災(zāi)型無人機(jī)，利用其空中應(yīng)急通信平臺搭載的移動公網(wǎng)基站，實現(xiàn)了約50km2范圍長時穩(wěn)定的連續(xù)移動信號覆蓋，打通了應(yīng)急通信保障生命線。據(jù)羊城晚報報道，截至7月26日上午11點，大疆應(yīng)急救援聯(lián)盟在此次應(yīng)急救援中共調(diào)集北京、河北、山西等11省37支無人機(jī)救援隊伍，作業(yè)1 000余架次，在應(yīng)急偵察、搜救、積水排查、空中照明、防疫消殺等工作中發(fā)揮了巨大作用，是近年來第一次大規(guī)模多地集結(jié)救援行動，為高科技裝備在應(yīng)急救援中更好地發(fā)揮作用積累了經(jīng)驗。

3 結(jié)語

雖然在近幾年的大型應(yīng)急救援中無人機(jī)作用愈發(fā)突出，但仍有巨大潛力可挖。一是無人機(jī)集成化、智能化功能尚未發(fā)揮出來，仍以單兵作業(yè)為主，且高難度作業(yè)如狹窄區(qū)域偵查、救援等應(yīng)用不足;二是具有實戰(zhàn)經(jīng)驗的無人機(jī)應(yīng)急救援隊數(shù)量少，需從軍隊、警察、消防、民間救援組織等多層面建設(shè)專業(yè)隊伍，打造無人機(jī)大規(guī)模應(yīng)急救援體系，更大程度滿足應(yīng)急救援工作需求。

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