從加拿大北極醫(yī)療救援現(xiàn)狀探討極地?zé)o人機 搜救的可行性及制約因素

張 賀，李雪華，武 岳，田 競

全球氣候變暖使北極海冰覆蓋率下降，自然資源開采難度下降，長期趨勢表明北極地區(qū)的通航能力更加穩(wěn)定，對關(guān)鍵航道的控制成為各國新的競爭領(lǐng)域[1]。隨著極地大國地緣政治競爭日益激烈，北極的軍事演示演訓(xùn)和軍事部署等活動日益頻繁[2-3]。人類在極地區(qū)域的經(jīng)濟、軍事和科研活動日益頻繁。人類活動的增加對醫(yī)療搜救力量提出更高要求。探索極地區(qū)域的醫(yī)療救援關(guān)鍵技術(shù)是提高極地醫(yī)療保障水平的重要環(huán)節(jié)，對實現(xiàn)我國在北極地區(qū)戰(zhàn)略目標具有深遠影響。然而，惡劣的自然條件和特殊的地理位置使醫(yī)療搜救具備獨特地域?qū)傩裕瑹o法照搬以往的救援經(jīng)驗。文獻檢索[4]發(fā)現(xiàn)，目前對于北極的研究主要集中于海上航運、北極氣候探測，以及國家軍事戰(zhàn)略部署等方面，對于醫(yī)療救援方面的報道較少。而且，大部分醫(yī)療救援依靠近陸地沿海地區(qū)的當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)醫(yī)療力量為主，海上則以科考單船單人保障為主，尚未見北極公共區(qū)域的醫(yī)療救援的報道。北極區(qū)域內(nèi)，只有加拿大存在一定數(shù)量的常住居民，本文通過研究加拿大北極地區(qū)的急救醫(yī)療現(xiàn)狀，以期為我國北極各類軍事及民事活動提供醫(yī)療救援策略。

1 材料與方法

通過知網(wǎng)文獻數(shù)據(jù)庫（https://www.cnki.net/），以“無人機+救援”為關(guān)鍵字搜索出學(xué)術(shù)期刊984篇，學(xué)位論文201篇，“北極+救援”為關(guān)鍵字搜索出學(xué)術(shù)期刊23篇，學(xué)位論文9篇，但是以“北極+無人機+救援”為關(guān)鍵字并未搜索出任何文獻；在PubMed文獻數(shù)據(jù)庫（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/），以“arctic+medical rescue”為關(guān)鍵字搜索出24篇文獻，以“UAV+medical rescue”為關(guān)鍵字搜索出9篇文獻，以“arctic+medical rescue+UAV”為關(guān)鍵字僅搜索出1篇文獻。上述學(xué)術(shù)期刊中“北極地區(qū)”多以加拿大北極地區(qū)為研究對象。

2 結(jié) 果

加拿大北極地區(qū)醫(yī)療救援現(xiàn)狀。大多數(shù)加拿大北極社區(qū)在地理位置上處于孤立狀態(tài)，救援力量極為有限。例如加拿大北極的因紐特地區(qū)[5]，占地約400萬km2，占加拿大陸地面積的35%，占加拿大海岸線的50%以上。而由于受到加拿大北極地區(qū)極端偏遠的影響，當(dāng)?shù)鼗緵]有院前緊急醫(yī)療服務(wù)，絕大多數(shù)社區(qū)的緊急醫(yī)療救援極度依賴于社區(qū)志愿者。過去30年間，加拿大北極地區(qū)氣溫上升1.9℃，增幅是全球平均水平的兩倍多[6]，過去10年中，野外搜救的頻率已經(jīng)翻了1倍多，2014年需要野外搜救次數(shù)是全國平均水平的16.4倍[7]。由于加拿大災(zāi)害和大規(guī)模傷亡應(yīng)急救援能力仍然集中在區(qū)域和聯(lián)邦一級，社區(qū)醫(yī)療資源僅能應(yīng)對日常問題，這造成了地方和聯(lián)邦緊急救援資源分配之間的脫節(jié)。有研究報道顯示[8]，僅僅依靠社區(qū)力量，野外僅造成3人重傷的車禍就可能給當(dāng)?shù)蒯t(yī)療救援力量帶來極大壓力，使搜救隊、醫(yī)療診所以及后送醫(yī)療資源癱瘓。甚至發(fā)生了傷病員在等待進一步醫(yī)療評估的過程中死亡。其制約原因主要在于：（1）極地區(qū)域地域廣袤，短時間內(nèi)無法掌握地形，視野色彩單一，極易造成視覺疲勞，對人員搜救造成困難；（2）受限于極端氣候條件，遇有極端風(fēng)雪天氣，不僅增加了搜救響應(yīng)時間，也增加了護送速度和途中救治難度。有研究顯示[9]，無人機具有體積小、造價低、使用方便、環(huán)境適應(yīng)性強、戰(zhàn)場生存能力較強等特點。將無人機用于社區(qū)醫(yī)療救援行動，可承擔(dān)的主要任務(wù)包括人員搜救、應(yīng)急通訊以及救援管理。雖然上述研究的重點是加拿大的因紐特人社區(qū)，但研究結(jié)果可以應(yīng)用于更廣泛的北極周圍地區(qū)。

3 討 論

3.1 無人機在極地區(qū)域醫(yī)療搜救的可行性

3.1.1 科技投入持續(xù)增加，無人機性能大幅度提高 近幾年，幅員遼闊的西伯利亞和遠東地區(qū)森林火災(zāi)以及洪澇災(zāi)害頻發(fā)，給當(dāng)?shù)鼐用裨斐蓢乐負p失。俄羅斯國防部以中部軍區(qū)和東部軍區(qū)無人機分隊為基礎(chǔ)，在西伯利亞地區(qū)部署軍用無人機搶險救災(zāi)隊，運用軍隊列裝的無人機監(jiān)測當(dāng)?shù)鼐謩?，及時發(fā)現(xiàn)險情并實施救援?！昂５?10”無人機作用半徑120 km，滯空時間14 h，全重18 kg，可裝車運輸，能在任何平坦的平臺上起降并深入偏遠地區(qū)執(zhí)行任務(wù)，機動性強，是俄軍目前使用最為廣泛的機型之一，已列裝數(shù)百架，主要裝備俄陸軍部隊?！扒吧凇睙o人機重500 kg，滯空時間18 h，作用半徑250 km，需在機場起降，監(jiān)測面積更廣，主要裝備俄空天軍[10]。搶險救災(zāi)隊的軍用無人機均裝有高分辨率攝像機和熱成像儀，可實時進行跟蹤觀察，紅外鏡頭能在漆黑的夜間發(fā)現(xiàn)微弱的火苗。加拿大政府購買的Hermes 900 StarLiner，用于北極地區(qū)巡邏。目前，商業(yè)化的多旋翼無人機可以在海拔6 km以下、0～40℃的環(huán)境中飛行；微型無人機能承受10 m/s左右風(fēng)速，依靠視覺系統(tǒng)、紅外感知系統(tǒng)、智能飛控系統(tǒng)等技術(shù)實現(xiàn)主動蔽障和智能指點飛行，在動力允許的情況下、晝夜長時間連續(xù)飛行，能在對人威脅力強的危險區(qū)，例如涉核、生物、化學(xué)危險的地區(qū)執(zhí)行任務(wù)[11]。

2.2.2 無人機在極地搜救中的用途日漸廣泛 北極國家主要的搜救能力多用于沿海地區(qū)，大部分的救援船只過小或過弱，無法在惡劣的海洋氣象條件下距海岸線過遠行動，導(dǎo)致噸位較大的軍艦被迫用于公海救援行動，但大噸位軍艦無法保證迅速支援。為了解決上述限制，特別是在惡劣氣候或核生化沾染環(huán)境下仍能安全、有效、快速地后送傷員，使用無人機不失是一種有益的選擇[11]。海上救援中，僅靠船舶和人工在廣闊的水域搜救落水人員難以達到理想的效果，且會出現(xiàn)許多搜尋盲點[12]。因此，在搜救最初階段可使用無人機先行搜索落水人員，鎖定水中目標后，再由救援人員駕駛搜救直升機或船只再前往營救，既可節(jié)省時間又可節(jié)省人力、物力，也能提高搜救成功率。隨著裝載能力的發(fā)展，無人機還可以將醫(yī)療急救包或應(yīng)急包進行遠程投送，保證遇險者在救援力量到來前進行現(xiàn)場自救互救。其在遠距離運送、緊急運送，傳染病重災(zāi)區(qū)、核輻射區(qū)、自然災(zāi)害地區(qū)等場景下優(yōu)勢尤為明顯。在軍事演習(xí)中使用無人機可使醫(yī)療物資獲得時間從2 h縮短至22 min左右[13]?？紤]到極地區(qū)域大部分為社區(qū)醫(yī)院，醫(yī)務(wù)人員應(yīng)對急危重癥的處置能力不足，無人機的高清攝像和懸停功能可以將艦艇中傷員傷情傳遞至后方專業(yè)醫(yī)療人員，同時借助遠程通話功能進行現(xiàn)場救治的遠程指導(dǎo)。此外，通信中轉(zhuǎn)功能是無人機近年來新拓展的救援功能。2021年我國洪澇災(zāi)害中，我國“翼龍2H”無人機飛行1 200 km，為河南鄭州鞏義市米河鎮(zhèn)的受災(zāi)群眾送來通信中繼服務(wù)。據(jù)報道，在約5 h內(nèi)，累計接通用戶3 572個，產(chǎn)生流量2 089.89 M，單次最大接入用戶648個，為災(zāi)區(qū)提供了可靠的移動通信保障[14]。

2.3 北極地區(qū)使用無人機進行搜救面臨的制約因素

2.3.1 極地氣象條件 為了研究加拿大北極地區(qū)的天氣條件對無人機的影響，有研究[5]評估了2010-2015年北極地區(qū)的風(fēng)速、能見度和溫度等條件，結(jié)果顯示，在2010-2015年的2 192個日觀測數(shù)據(jù)中，能見度觀測缺失384天，最大風(fēng)速觀測缺失26天，最低氣溫觀測缺失18天，這些有缺失值的日子被認為是無人機不能起飛條件。在最高限制模型下，平均每年有83.8天的飛行天數(shù)。無法飛行最常見的原因是風(fēng)速（平均236次失敗/年）、溫度（平均192.8次故障/年）和能見度（平均76.4次故障/年），且滿足無人機飛行氣象條件時長越少的月份，發(fā)生野外搜救的幾率越高[15]。極寒的環(huán)境溫度是制約無人機使用的重要因素。由于作業(yè)特點的要求，極寒環(huán)境下一般采用無人旋翼機，通常為鋰電池供電。除了發(fā)動機和飛行控制系統(tǒng)，各種傳感器、全球定位系統(tǒng)、攝像機等設(shè)備的功耗都很大，對于無人機的有效作業(yè)時間和飛行距離有很大的限制。極寒環(huán)境下無人機旋翼葉片上極易結(jié)冰。同樣，人體保暖也極為重要。操控?zé)o人機需要進行非常精確的細小動作。當(dāng)人體長時間處于寒冷環(huán)境下時，手指會失去敏感度[16]，進而影響對無人機的精密操作。

2.3.2 法律制約 隨著民用無人機的推廣，無人機“黑飛”事件頻頻發(fā)生。由此導(dǎo)致的信號干擾問題、隱私泄漏問題及軍用基地等機密信息泄露風(fēng)險也引起關(guān)注。因此，各國陸續(xù)出臺了無人機使用的行管法律法規(guī)。以加拿大為例，加拿大北極地區(qū)法律上對無人機使用的限制包括：不能飛出飛行員的視線、不能攜帶可落下的有效載荷、最大飛行上限為91 m、只能在能見度超過1.9 km的白天飛行及不能在云層中飛行。如果在機場9 km內(nèi)飛行必須提交額外的文件，并需要長達3個月的提前通知。目前，對中型無人機法律規(guī)定發(fā)生了變化，但預(yù)計仍存在一些廣泛的制約，將繼續(xù)限制無人機的能力。下一步還需通過國際合作和人道主義救援等方面，在法律層面完善無人機參與應(yīng)急救援的相關(guān)法律法規(guī)，推進無人機參與救援的標準化建設(shè)，制訂救援評估機制等。

2.3.3 通信基礎(chǔ)設(shè)施薄弱 通信是實施搜救的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[17]。極地地區(qū)地處偏遠且缺乏通信基礎(chǔ)設(shè)施，寬帶、無線電和其他通信手段受到嚴重限制[18]。北極地區(qū)快速搜救面臨的進一步挑戰(zhàn)則是可用的衛(wèi)星數(shù)量過少，衛(wèi)星覆蓋嚴重不足導(dǎo)致信標檢測和定位障礙。無人機和直升機等在北極附近，受極端的高緯度地區(qū)影響，會發(fā)生定位不準的現(xiàn)象。越接近北極，導(dǎo)航就越混亂，這對遇險跨國救援工作的展開十分不利。因此，有必要從傳感技術(shù)、信號傳輸、無線定位軟硬件各方面系統(tǒng)解決信號穩(wěn)定性問題。

4 結(jié) 論

北極地區(qū)人口密度低、地域遼闊，社區(qū)救援力量薄弱。從當(dāng)?shù)蒯t(yī)療保障現(xiàn)狀、極地科考任務(wù)，以及環(huán)北極八國在極地聯(lián)合演習(xí)等軍事活動的經(jīng)驗來看，北極醫(yī)療救援任務(wù)面臨的主要挑戰(zhàn)依舊是極地氣候和地理相關(guān)的問題[19]。通過無人機技術(shù)進行極地醫(yī)療救援是一種全新的嘗試。既能保障救援工作的安全展開，通過航拍的形式避免次生危險，又能夠為合理分配救援力量、選擇安全救援路線提供很有價值的參考，同時為救援受限區(qū)遇險人員提供緊急救助的物資條件以及遠程醫(yī)療指導(dǎo)。