“有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式在氣象(衍生)災(zāi)害中應(yīng)急救援策略研究

摘 要：在全球氣候變化日益嚴(yán)峻和城市化進(jìn)程快速發(fā)展的背景下，極端天氣事件頻繁發(fā)生，給人類社會(huì)帶來了極大的損失。為了有效應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)救援方式在應(yīng)對(duì)現(xiàn)在突發(fā)的自然災(zāi)害時(shí)存在一定的局限性，隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，越來越先進(jìn)的救援方式不斷出現(xiàn)，尤其是無人機(jī)在應(yīng)急救援中的應(yīng)用，起到了關(guān)鍵的作用，同時(shí)無人機(jī)由于受到自身的結(jié)構(gòu)限制，也存在一些缺陷。然而，作為一種前沿的應(yīng)急救援手段，“有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式逐漸展現(xiàn)出極大的潛力和優(yōu)勢(shì)。分析了無人機(jī)在氣象（衍生）災(zāi)害中應(yīng)急救援中的優(yōu)勢(shì)和局限性，探討了“有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式，詳細(xì)研究了“有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式在氣象（衍生）災(zāi)害中的應(yīng)用及效果。

關(guān)鍵詞：有人機(jī)；無人機(jī)；氣象災(zāi)害；協(xié)同模式

中圖分類號(hào)：S252 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）08–0-03

氣象災(zāi)害及其衍生災(zāi)害是因氣象因素引起的原生災(zāi)害進(jìn)一步導(dǎo)致的災(zāi)害。當(dāng)氣象原生災(zāi)害，如暴雨、干旱、臺(tái)風(fēng)、冰雪、寒潮、沙塵暴、高溫、雷電、冰雹、大霧、大風(fēng)等，破壞了人類生存的和諧條件后，會(huì)衍生出一系列災(zāi)害。因?yàn)檫@些衍生出的一系列災(zāi)害是在氣象原生災(zāi)害的基礎(chǔ)上進(jìn)一步產(chǎn)生的，所以被稱為氣象衍生災(zāi)害[1]。氣象衍生災(zāi)害以其突發(fā)性、毀滅性和不可預(yù)測(cè)性等特點(diǎn)，常常給人類社會(huì)帶來重大破壞和人員傷亡。

傳統(tǒng)的救援方式在應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害時(shí)存在一定的局限性，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：（1）反應(yīng)速度較慢。在災(zāi)害發(fā)生后，傳統(tǒng)的救援方式通常需要一定的時(shí)間評(píng)估形勢(shì)、調(diào)動(dòng)資源和制定應(yīng)對(duì)方案。這段時(shí)間的延遲可能導(dǎo)致災(zāi)害的擴(kuò)大和損失的增加。（2）信息溝通不暢。不同部門和機(jī)構(gòu)之間可能存在信息壁壘，導(dǎo)致無法及時(shí)共享關(guān)鍵信息。尤其是在“三斷”環(huán)境下的災(zāi)害，信息溝通和共享更加困難。這不僅會(huì)影響救援響應(yīng)的速度，還可能導(dǎo)致資源的重復(fù)投入或浪費(fèi)。例如，在地震救援中，若醫(yī)院與救援隊(duì)伍之間信息不暢，救援隊(duì)伍可能無法及時(shí)了解醫(yī)院的實(shí)時(shí)需求和狀況，導(dǎo)致救援資源的分配不合理。（3）救援手段有限。傳統(tǒng)的救援方式主要依賴于人力和物力資源的投入，但在某些情況下，這些資源可能無法滿足救援需求。例如，在地震、洪水等災(zāi)害中，救援人員可能無法進(jìn)入災(zāi)區(qū)進(jìn)行救援，而物資也可能因道路受阻而無法及時(shí)送達(dá)。（4）救援效果受限。傳統(tǒng)的救援方式通常是在災(zāi)害發(fā)生后進(jìn)行應(yīng)對(duì)，其救援效果往往受到災(zāi)害破壞程度和救援資源投入的限制。在某些情況下，即使投入了大量的資源，也可能無法完全恢復(fù)受災(zāi)地區(qū)的正常秩序。傳統(tǒng)的應(yīng)急救援方式雖然在一定程度上能夠減少災(zāi)害的影響，但受限于人力、物力和技術(shù)手段等因素，往往難以在第一時(shí)間實(shí)施有效的救援行動(dòng)。因此，探索和發(fā)展新型、高效的應(yīng)急救援手段成為當(dāng)前的重要任務(wù)。

作為一種創(chuàng)新的應(yīng)急救援手段，“有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式通過結(jié)合有人機(jī)的穩(wěn)定性和大載重能力與無人機(jī)的靈活性和快速部署能力，能夠在氣象（衍生）災(zāi)害應(yīng)急救援中發(fā)揮巨大的潛力。該模式不僅能夠提高救援效率，降低救援成本，還能降低救援人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。將對(duì)有人機(jī)與無人機(jī)協(xié)同模式在氣象（衍生）災(zāi)害應(yīng)急救援中的策略進(jìn)行深入研究，為未來的應(yīng)急救援工作提供更加全面、深入的參考。

1 無人機(jī)在氣象（衍生）災(zāi)害中應(yīng)急救援中的優(yōu)勢(shì)和局限性

無人機(jī)是無人駕駛飛機(jī)的簡(jiǎn)稱（Unmanned Aer-ial Vehicle，UAV）。一架典型的無人機(jī)由飛行器、控制站、起飛（發(fā)射）和回收裝置及檢測(cè)系統(tǒng)等組成，是能按指令飛行的空中機(jī)器人。無人機(jī)與航空模型的差別在于無人機(jī)通常具備自動(dòng)駕駛功能，能按任務(wù)要求進(jìn)行自主飛行，避免人工操作造成的各項(xiàng)限制。小型無人機(jī)具有成本低、起飛降落方便、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)；此外，無人機(jī)通?？沙暰嘧灾黠w行，并可攜帶一定的有效載荷執(zhí)行偵察、航攝、監(jiān)控等任務(wù)。在重大自然災(zāi)害發(fā)生后，在信息中斷交通受阻的情況下，使用無人機(jī)可迅速越過高山、河流，深入腹地進(jìn)行拍攝獲取災(zāi)情，及時(shí)為搶險(xiǎn)救災(zāi)提供準(zhǔn)確信息[2]。

1.1 無人機(jī)在氣象（衍生）災(zāi)害中應(yīng)急救援中的優(yōu)勢(shì)

作為新型救援力量，無人機(jī)在氣象（衍生）災(zāi)害中應(yīng)急救援具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：（1）快速響應(yīng)和部署。無人機(jī)可以快速起飛并抵達(dá)災(zāi)區(qū)，進(jìn)行空中監(jiān)測(cè)和救援行動(dòng)。相比傳統(tǒng)的救援方式，無人機(jī)能夠在短時(shí)間內(nèi)覆蓋更廣泛的區(qū)域，迅速獲取災(zāi)情信息。（2）高空視角和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。無人機(jī)可以從高空俯瞰災(zāi)區(qū)，獲取全面的災(zāi)情信息。同時(shí)，通過搭載高清攝像頭和傳感器，無人機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)災(zāi)區(qū)的變化，為救援人員提供實(shí)時(shí)圖像和數(shù)據(jù)支持。（3）降低救援風(fēng)險(xiǎn)。在某些情況下，救援人員可能面臨危險(xiǎn)的環(huán)境，如洪水、地震等[3]。無人機(jī)在這些危險(xiǎn)的環(huán)境中可以代替救援人員進(jìn)行空中監(jiān)測(cè)和偵察。（4）多樣化救援任務(wù)。無人機(jī)可以根據(jù)不同的救援任務(wù)進(jìn)行不同的配置和搭載。例如，可以搭載醫(yī)療設(shè)備和藥品進(jìn)行醫(yī)療救援，或搭載通信設(shè)備恢復(fù)通信等。這種多樣化的救援方式可以滿足不同救援任務(wù)的需求。（5）高效地處理和分析數(shù)據(jù)。無人機(jī)可以獲取大量的災(zāi)情數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理和無人機(jī)在災(zāi)害救援中展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，例如提供及時(shí)的空中監(jiān)測(cè)和圖像傳輸功能，幫助救援人員快速了解災(zāi)情，指導(dǎo)救援行動(dòng)。它們還可以通過紅外傳感器探測(cè)人員和動(dòng)物的體溫，提高搜救效率。在火災(zāi)和爆炸事故等救援中，無人機(jī)也可以在危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行空中監(jiān)測(cè)，防止產(chǎn)生二次災(zāi)害。此外，無人機(jī)還可以搭載醫(yī)療設(shè)備和急救藥品，及時(shí)響應(yīng)并搶救傷員，運(yùn)送血液、器官和藥品到門急診室外的遠(yuǎn)程和人煙稀少地區(qū)。

1.2 無人機(jī)在氣象（衍生）災(zāi)害中應(yīng)急救援中的局限性

（1）技術(shù)限制。盡管無人機(jī)的技術(shù)正在不斷進(jìn)步，但在某些極端條件下，例如強(qiáng)風(fēng)、大雨、濃霧等惡劣天氣，無人機(jī)的飛行和探測(cè)能力會(huì)受到限制。無人機(jī)可能需要頻繁更換電池或?qū)ふ页潆娫O(shè)施。

（2）信號(hào)傳輸問題。無人機(jī)與指揮中心之間的信號(hào)傳輸可能會(huì)受到地形、建筑物或其他障礙物的影響，導(dǎo)致信號(hào)中斷或延遲。這可能會(huì)影響無人機(jī)在災(zāi)害救援中的實(shí)時(shí)指揮和控制。

（3）法規(guī)和政策限制。不同國家和地區(qū)對(duì)無人機(jī)的使用可能有不同的法規(guī)和政策限制。在某些情況下，需要獲得特定的許可或批準(zhǔn)才能使用無人機(jī)進(jìn)行災(zāi)害救援。

（4）人力和資源限制。盡管無人機(jī)可以提高救援效率，但仍需要人力和資源來操作和維護(hù)無人機(jī)。在災(zāi)害救援中，人力和資源的限制可能會(huì)限制無人機(jī)的使用范圍和效果[4]。

然而，在災(zāi)害救援中有人機(jī)具有快速部署、垂直起降、監(jiān)測(cè)、物資運(yùn)輸和撤離人員等優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)使得有人機(jī)一直作為災(zāi)害救援中不可或缺的重要力量，能夠補(bǔ)齊無人機(jī)在救援中的缺陷，有人機(jī)與無人機(jī)協(xié)同能夠最大限度地獲得“1+1＞2”的效果。

2 “有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式

“有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式是一種基于先進(jìn)通信技術(shù)的創(chuàng)新救援方式。該模式通過高效的協(xié)同控制算法和任務(wù)分配與調(diào)度策略，將有人機(jī)的穩(wěn)定性、大載重能力與無人機(jī)的靈活性、快速部署能力完美結(jié)合，共同完成救援任務(wù)。

在“有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式下，有人機(jī)主要負(fù)責(zé)執(zhí)行復(fù)雜和高運(yùn)送量的任務(wù)，例如深入災(zāi)區(qū)進(jìn)行人員搜救、重型物資投送等。有人機(jī)的穩(wěn)定性和大載重能力使其成為救援行動(dòng)中的得力助手，能夠在惡劣的環(huán)境條件下長時(shí)間作業(yè)，為救援工作提供強(qiáng)大的支持。無人機(jī)則利用體積小、靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，在災(zāi)區(qū)進(jìn)行空中偵察、災(zāi)情評(píng)估和信息傳遞等工作。無人機(jī)能夠迅速部署到災(zāi)區(qū)上空，通過搭載的高清攝像頭、紅外探測(cè)儀等設(shè)備，獲取實(shí)時(shí)的災(zāi)區(qū)圖像和數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)為救援指揮中心提供了準(zhǔn)確的信息支持，有助于制定合理的救援策略。此外，無人機(jī)還能夠進(jìn)行空中物資運(yùn)輸和通信中繼等任務(wù)。在災(zāi)區(qū)通信設(shè)施受損的情況下，無人機(jī)可以搭載通信設(shè)備，建立臨時(shí)通信中繼站，確保救援指揮中心和災(zāi)區(qū)內(nèi)部的信息暢通。同時(shí)，無人機(jī)還可以通過空中投送的方式將救援物資快速送達(dá)指定地點(diǎn)，解決災(zāi)區(qū)物資短缺的問題。通過協(xié)同控制算法和任務(wù)分配與調(diào)度策略的優(yōu)化，有人機(jī)與無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無縫銜接和任務(wù)共享。兩者在救援過程中相互協(xié)作、密切配合，共同完成各項(xiàng)救援任務(wù)。這種協(xié)同模式不僅能提高救援效率和質(zhì)量，還能降低救援成本和風(fēng)險(xiǎn)。

3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

在新型救援模式的研究方面，國外早在1996年10月在美國蒙大拿州，以色列飛機(jī)工業(yè)公司演示了“火鳥”無人機(jī)，該機(jī)裝備有專門的前視紅外（FLIR）有效載荷，無論白天還是夜晚都可用于探測(cè)火情和熱點(diǎn)區(qū)域所收集的數(shù)據(jù)可以標(biāo)在地理信息系統(tǒng)上以表示火災(zāi)的進(jìn)展情況，還可顯示滅火飛機(jī)的飛行樣式。采用FLIR就有機(jī)會(huì)在火已被撲滅后探測(cè)地下熱點(diǎn)，這也可由地理信息系統(tǒng)顯示，并被當(dāng)作可能存在的危險(xiǎn)而加以處理[5]。

2006年美國航空航天局（NASA）和美國林業(yè)局在使用“牽牛星”（Altair，捕食者的改型）在森林大火上空進(jìn)行了2次飛行?！盃颗Ｐ恰睙o人機(jī)在火災(zāi)上空圍繞直徑為60 cm的圓弧路徑飛行，使用NASA艾姆斯研究中心提供的紅外掃描器查明了主要火災(zāi)點(diǎn)，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給地面站。該無人機(jī)持續(xù)飛行了3 d左右，約每隔30 min就向地面中繼傳輸火災(zāi)圖像，實(shí)時(shí)為消防人員提供火災(zāi)情況。

除火災(zāi)外，美國還使用無人機(jī)對(duì)颶風(fēng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。2007年美國使用一架AAI公司制造并擁有的Aero-

sonde Mk3跟蹤諾埃爾颶風(fēng)（Hurricane Noe1），并在風(fēng)暴環(huán)境中飛行了7.5 h，最低時(shí)飛行至91 m海面上空的風(fēng)暴中心搜集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳回了美國國家海洋與大氣局（NOAA）位于佛羅里達(dá)州邁阿密的國家颶風(fēng)中心。

中國在有人機(jī)和無人機(jī)協(xié)同研究起步晚，但我國使用無人機(jī)對(duì)抗自然災(zāi)害和對(duì)災(zāi)后的災(zāi)情評(píng)估方面發(fā)揮了重要作用。2008年的年初，我國民政系統(tǒng)第一次將無人機(jī)航拍方法運(yùn)用于南方地區(qū)雨雪冰凍災(zāi)害的救災(zāi)搶險(xiǎn)行動(dòng)。當(dāng)時(shí)執(zhí)行任務(wù)的專家及無人機(jī)都來自桂林國家減災(zāi)中心無人機(jī)生產(chǎn)研發(fā)基地和桂林鑫鷹電子科技有限公司。

4 “有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式在氣象（衍生）災(zāi)害中的應(yīng)用及其效果

“有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式在氣象（衍生）災(zāi)害應(yīng)急救援中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面。

4.1 災(zāi)情偵察與評(píng)估

在災(zāi)害發(fā)生后，無人機(jī)可以迅速部署到災(zāi)區(qū)上空，通過搭載的高清攝像頭、紅外探測(cè)儀等設(shè)備，對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)偵察和災(zāi)情評(píng)估。無人機(jī)能夠在復(fù)雜的環(huán)境條件下穩(wěn)定飛行，并獲取高清的災(zāi)區(qū)圖像和數(shù)據(jù)。通過對(duì)這些圖像和數(shù)據(jù)的分析和處理，可以及時(shí)了解災(zāi)區(qū)的受災(zāi)情況、人員分布和救援需求等信息。這些信息為救援指揮中心提供了重要的決策依據(jù)，有助于制定合理的救援策略和方案。

4.2 人員搜救與定位

“有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式是一種高效、精準(zhǔn)的搜救方式，適用于復(fù)雜和困難的環(huán)境條件，無人機(jī)進(jìn)行初步搜索，無人機(jī)可以先進(jìn)行大面積的搜索，利用其靈活性和快速性，快速找到可能的目標(biāo)區(qū)域。無人機(jī)還可以搭載高清攝像頭、紅外攝像頭等設(shè)備，以便在夜間或惡劣天氣條件下進(jìn)行搜索。當(dāng)無人機(jī)找到可能的目標(biāo)區(qū)域后，有人機(jī)進(jìn)行精確定位和救援，可以更直接、更準(zhǔn)確地接近被困人員，同時(shí)，有人機(jī)還可以搭載更多的救援設(shè)備，如擔(dān)架、醫(yī)療設(shè)備等，以便進(jìn)行緊急救援。

現(xiàn)在有人機(jī)與無人機(jī)的配合應(yīng)用越來越廣泛，2024年3月16日，四川甘孜雅江縣呷拉鎮(zhèn)白孜村發(fā)生的森林火災(zāi)?；饎?shì)兇猛，濃煙滾滾，給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重威脅。為了快速撲滅山火，應(yīng)急救援部門積極響應(yīng)，快速投入多種型號(hào)有人機(jī)參與滅火（圖1），同時(shí)協(xié)調(diào)我國產(chǎn)某型先進(jìn)無人機(jī)投入對(duì)火場(chǎng)的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控（圖2），在先進(jìn)技術(shù)的加持下和人民救援力量的全力撲救，四川雅江山火被迅速控制，這次山火的成功撲滅，是“有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式的成功運(yùn)用，充分證明了“有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式在災(zāi)害中應(yīng)急救援的重要作用。

5 結(jié)束語

隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步， “有人機(jī)+無人機(jī)”協(xié)同模式在氣象（衍生）災(zāi)害應(yīng)急救援中的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛和深入。未來，該模式有望在救援效率、救援成本、救援安全性等方面實(shí)現(xiàn)突破和創(chuàng)新。

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