多旋翼無人機(jī)在人防應(yīng)急救援中的應(yīng)用

皇甫紀(jì)紅，李 健，曹國棟，孫 金

（陜西省人防（民防）指揮信息保障中心，西安 710061）

1 引言

多旋翼無人機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低、機(jī)動性好等優(yōu)點(diǎn)，可以完成許多不適合其他機(jī)型的任務(wù)。可廣泛應(yīng)用于人防應(yīng)急救援領(lǐng)域，如危險檢測、區(qū)域巡邏、救災(zāi)等。常見的配置是高清晰度航空相機(jī)、控制系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)、以及高清晰度數(shù)字圖像傳輸系統(tǒng)，能在緊急事件中充當(dāng)偵察員，也可以充當(dāng)救援隊(duì)。

2 無人機(jī)工作原理

基于多旋翼無人機(jī)（UAV）技術(shù)，可以有效提高人防應(yīng)急響應(yīng)能力。多旋翼無人機(jī)的特點(diǎn)是有助于應(yīng)急人員在短時間內(nèi)了解形勢，為制定科學(xué)有效的救災(zāi)政策做出重要依據(jù)。無人機(jī)工作原理分為兩部分：信息收集、信息處理。

（1）信息采集。無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以為防災(zāi)工作提供大量的音視頻數(shù)據(jù)，為災(zāi)害的應(yīng)急監(jiān)測和防災(zāi)、災(zāi)害監(jiān)測、及時、準(zhǔn)確、預(yù)防性創(chuàng)造有利條件。對于高風(fēng)險地區(qū)的災(zāi)害，可以通過多旋翼機(jī)無人機(jī)測量地形和地貌，以及對危險地區(qū)的建筑物進(jìn)行基本信息調(diào)查來進(jìn)行較低級別的飛行。在緊急情況下，無人機(jī)可以直接到達(dá)應(yīng)急現(xiàn)場，利用數(shù)字遠(yuǎn)程圖像傳輸系統(tǒng)實(shí)時傳輸音頻和視頻圖像，并獲得現(xiàn)場的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。

（2）信息處理。在野外，通過信息處理系統(tǒng)的集成處理航拍圖像和其他相關(guān)數(shù)據(jù)，自動處理信息，快速生成現(xiàn)場情況報告，建立完善災(zāi)害現(xiàn)場臨時地理信息。這是一種及時、可靠、準(zhǔn)確的防災(zāi)救災(zāi)行動。

3 多旋翼無人機(jī)在指揮通信技術(shù)方面的發(fā)展

應(yīng)急處理能否滿足相關(guān)要求，在很大程度上取決于通信網(wǎng)絡(luò)，操作簡單，效果穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是可提供24小時中繼通信服務(wù)的無人機(jī)技術(shù)和通信基站小型化技術(shù)的成熟度逐漸提高，救援人員有一個更高效、方便和經(jīng)濟(jì)的通信中繼和臨時網(wǎng)絡(luò)解決方案。

在我國發(fā)生重大自然災(zāi)害時，災(zāi)區(qū)核心區(qū)的公共通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中斷，幾天內(nèi)難以恢復(fù)。然而，緊急衛(wèi)星通信系統(tǒng)（國際海事衛(wèi)星）由于緊急情況下應(yīng)急單元和人員之間的過度通信，無法保證實(shí)時通信。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)目前只提供簡單的通信服務(wù)。由于缺乏應(yīng)急通信系統(tǒng)的支持，許多應(yīng)急小組無法實(shí)時將信息從現(xiàn)場發(fā)送到救援現(xiàn)場指揮中心和后方應(yīng)急中心。在進(jìn)入災(zāi)區(qū)核心區(qū)的過程中，進(jìn)入救援工作后，應(yīng)急救援隊(duì)和救援現(xiàn)場指揮中心和后方應(yīng)急中心基本處于通信失效狀態(tài)。

無人機(jī)通信系統(tǒng)可以承載更多的自組織網(wǎng)絡(luò)廣播、集群微型基站、LTE微基站等通信負(fù)載，并在災(zāi)區(qū)的核心應(yīng)用中形成多種靈活的通信模式。該地區(qū)迅速開通通信業(yè)務(wù)。在應(yīng)急中心的現(xiàn)場，形成了一個覆蓋了10千米寬帶視頻通信的40千米寬的視頻通信網(wǎng)絡(luò)和一個大面積的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)。

4 多旋翼無人機(jī)技術(shù)在人防應(yīng)急救援中的應(yīng)用

除了預(yù)測和評估災(zāi)害前的危險，多旋翼無人機(jī)技術(shù)也可應(yīng)用于災(zāi)害后的應(yīng)急救援領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)“指揮調(diào)度”、“高效搜救”和“物資投送”等應(yīng)急救援功能。

（1）在指揮調(diào)度中的應(yīng)用：多旋翼無人機(jī)還負(fù)責(zé)防空應(yīng)急救援中的指揮調(diào)度任務(wù)。在獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù)后，無人機(jī)可直接應(yīng)用于防空搶險指揮調(diào)度網(wǎng)絡(luò)?；跓o人機(jī)對高實(shí)時場景的研究，該控制器可以擴(kuò)大其調(diào)度指揮范圍，及時調(diào)整救援策略方案，提供科學(xué)的指揮調(diào)度，實(shí)現(xiàn)防空應(yīng)急指揮調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)接入。實(shí)現(xiàn)綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)。

（2）在高效搜救中的應(yīng)用：由于受影響的地區(qū)往往面臨地形變化、人口分布不規(guī)則、天氣惡劣等問題，救援隊(duì)無法再依靠傳統(tǒng)的救援方式。結(jié)合災(zāi)區(qū)的地理信息數(shù)據(jù)、無人機(jī)救援系統(tǒng)和半自動高空搜救，對災(zāi)區(qū)進(jìn)行人工遠(yuǎn)程控制，無人機(jī)通過預(yù)先設(shè)定的程序自動進(jìn)行人員搜索和救援操作。在專用紅外夜視相機(jī)的情況下，甚至可以在夜間進(jìn)行準(zhǔn)確的人員搜索和救援。

（3）在物資投送中的應(yīng)用。對于高性能的多旋翼飛行器無人機(jī)，他們可以攜帶儲存籃和拋物線模型，以提供緊急救援物資，如醫(yī)療用品、食物、飲用水和通信設(shè)備。它們也可以交付給被救援者，如繩索、手電筒、工具和其他便攜式應(yīng)急救援設(shè)備以便于自救行動。

5 有待改進(jìn)的問題

（1）續(xù)航能力有待提高。目前，多旋翼無人機(jī)大多由鋰電池供電，少數(shù)由小型燃油機(jī)驅(qū)動。其有限的續(xù)航能力影響可持續(xù)救援能力。

（2）信息采集有待改進(jìn)。由于無線傳輸技術(shù)和現(xiàn)場電磁干擾的不成熟，當(dāng)無人機(jī)采集數(shù)據(jù)和圖像時，經(jīng)常發(fā)生畸變、協(xié)調(diào)和同步，技術(shù)的發(fā)展和操作的改進(jìn)也是常見的。

（3）多機(jī)協(xié)作有待探索。人民防空指揮通信部門在使用無人機(jī)時往往是單項(xiàng)任務(wù)，雙機(jī)的高水平應(yīng)急救援協(xié)同任務(wù)非常少。在復(fù)雜的救援場景中，需要加強(qiáng)相關(guān)設(shè)備使用以及分析。因此，多旋翼無人機(jī)的多機(jī)協(xié)作模式在人防應(yīng)急救援中還有待探索。

6 結(jié)束語

多旋翼無人機(jī)通信系統(tǒng)是隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型通信技術(shù)，提高了人們應(yīng)對各種自然災(zāi)害的能力，減少了由災(zāi)害造成的損失。在水災(zāi)、地震、山體滑坡等火災(zāi)、雪、風(fēng)、沙塵暴等自然災(zāi)害中，利用無人機(jī)通信系統(tǒng)可以快速建立新的通信系統(tǒng)，保證了救援工作的順利進(jìn)行。多旋翼無人機(jī)通信系統(tǒng)不僅能夠在人防中發(fā)揮著重要應(yīng)急救援和應(yīng)急通信的作用，而且在未來的各個領(lǐng)域都將發(fā)揮重要作用?！?/p>