無人機用于野外條件下藥材補給的前瞻性實驗研究

岳 旭，李玉龍，岳 雷，王海云，劉 然，劉 杰

無人機是無人駕駛飛機(unmanned aerial vehicle，UAV)的簡稱，是一種利用無線電遙控設(shè)備或自備程序操控無需人工駕駛的飛行器[1]。近年來，部隊執(zhí)行搶險救災、搶救戶外探險遇險人員等非戰(zhàn)爭軍事行動，往往需要具備野外快速投送補給藥材等能力。目前，外國已開始嘗試使用無人機進行藥物運輸，并取得了良好的效果[2]。因此，筆者根據(jù)無人機自動導航、飛行速度快、起降靈活的特點，設(shè)計了野外條件下應用無人機快速投送急救藥材的實驗研究。

1 資料與方法

1.1實驗材料 ①選用某型民用無人機(以下簡稱無人機)5架，性能參數(shù)：最大起飛重量56 kg，最大有效載荷25 kg，最大平飛速度104 km/h，實用升限5000 m，續(xù)航時間>30 min，最大控制半徑7/10 km(遙控器/地面站控制距離)。無人機每個機組由1名無人機操作員、1名衛(wèi)生員組成，其中衛(wèi)生員負責協(xié)助固定、吊裝戰(zhàn)救藥材。②選用某型野戰(zhàn)急救車5臺，每個車組由軍醫(yī)和衛(wèi)生員兼駕駛員各1人構(gòu)成。③采用戰(zhàn)救藥材1個營基數(shù)作為投送物品。④導航設(shè)備：無人機和野戰(zhàn)急救車均采用GPS系統(tǒng)進行導航，并配備地圖、指北針和望遠鏡用于觀察。⑤試驗場地為內(nèi)蒙古自治區(qū)某荒漠丘陵地，面積8×8 km2，最大高程差75 m，道路條件為無人工修筑道路。

1.2研究方法 設(shè)想某地旅游愛好者組成的10人探險隊在野外遇險，某部接到命令后派出一個營兵力進行拉網(wǎng)式搜索，并配野戰(zhàn)急救車一臺用于補給急救藥材。某班在搜索途中發(fā)現(xiàn)探險隊時，探險隊成員已有多人不同程度受傷，需立即進行醫(yī)療救護。該班戰(zhàn)士均接受完整的戰(zhàn)救訓練，能夠進行簡單的急救處置，但缺乏急救藥材。實驗中共設(shè)置5個模擬傷員發(fā)生點，裝載戰(zhàn)救藥材的野戰(zhàn)急救車距傷員發(fā)生點距離6.09～8.40 km。每個傷員發(fā)生點面積均為10×10 m2，在四角處分別插一面高度為2.0 m、旗面為60×30 cm2的紅旗作為標記。其中2、4、5號模擬傷員發(fā)生點位于道路附近，1、3號位于山谷內(nèi)。無人機機組和野戰(zhàn)急救車車組在實驗前已詳細研究該區(qū)域地圖，但均不了解模擬傷員發(fā)生點位置。演練開始前，裝載戰(zhàn)救藥材的前運包和營戰(zhàn)救藥材箱組均已準備完畢，由營長向無人機機組和野戰(zhàn)急救車車組同時下達為傷員發(fā)生點補給戰(zhàn)救藥材命令，并告知其精確平面直角坐標和地理坐標；無人機機組和野戰(zhàn)急救車車組立即開始進行物資裝載并出動運輸。

1.3觀察指標 觀察比較應用無人機與野戰(zhàn)急救車完成運輸所需時間、實際航行(行駛)里程、平均時速。運輸所需時間包含準備時間和途中時間，兩者之和為運輸總時間。無人機的實際航行(行駛)里程由其控制系統(tǒng)記錄行動軌跡并計算距離，野戰(zhàn)急救車和人員由百度地圖記錄行動軌跡并計算距離。無人機、野戰(zhàn)急救車時速=實際航行(行駛)里程÷途中時間。

2 結(jié) 果

旅救護所應用無人機和野戰(zhàn)急救車為營救護所補給藥材情況比較 見表1。

表1 旅救護所應用無人機和野戰(zhàn)急救車為營救護所補給藥材情況比較

無人機出動準備時間長于野戰(zhàn)急救車出動準備時間；但無人機運輸途中時間和運輸總時間均明顯短于野戰(zhàn)急救車所需時間，且實際航行里程明顯短于野戰(zhàn)急救車實際行駛里程，時速明顯快于野戰(zhàn)急救車。

3 討 論

近年來，部隊執(zhí)行各類非戰(zhàn)爭軍事行動越來越多，其任務(wù)特點對我軍裝備建設(shè)提出了新的要求。例如發(fā)生地震、山體滑坡、墜機、探險者失蹤等事件時，由于需要搜索的面積過大，部隊往往需要分散為班組展開搜救。我軍官兵經(jīng)過多年戰(zhàn)救訓練，往往掌握了較好的戰(zhàn)救技能，能夠完成簡單的急救處置；但在搜索過程中受負重所限往往難以攜帶大量急救藥材，從而難以在第一時間對傷員進行緊急救治，只能等待救護力量趕來救援。而災區(qū)往往地形復雜、交通破壞嚴重，車輛難以通行，導致等待時間較長。此時，如果能夠利用無人機進行藥材補給，就可以大大縮短傷員等待救治時間，挽救更多傷員生命。

3.1應用無人機藥材補給的優(yōu)勢

3.1.1目標定位精準 在野外條件下往往缺乏道路信息，此時衛(wèi)星導航系統(tǒng)只能顯示目標位置，無法規(guī)劃行進路線并進行導航。野戰(zhàn)急救車車組只能邊行進邊判斷位置、搜索目標，既延緩了行進速度，也容易錯過目的地。如本研究中，前往3號模擬傷員發(fā)生點時，野戰(zhàn)急救車車組曾3次選錯路線、2次停車定位并搜索目標，浪費了大量時間。而運輸無人機系統(tǒng)在輸入傷員發(fā)生點坐標后，即可在衛(wèi)星導航下直線飛往目標區(qū)域；即使定位稍有偏差，由于無人機飛行高度較高，從空中俯視地面也可以很容易發(fā)現(xiàn)目標準確位置，操作員即可通過視頻引導無人機準確降落，大大提高了保障效率。

3.1.2飛行速度較快 目前我軍補給藥品器材的主要方式為車輛運輸，必要時也可進行人力運輸，直升機僅用于極特殊情況，不作為常規(guī)手段。車輛運輸速度在越野條件下一般很難超過40 km/h，人力運輸速度則僅為3～5 km/h；而旋翼無人機飛行速度一般均在50 km/h以上，固定翼無人機則可達到500～600 km/h，運輸速度和效率顯著高于車輛和人力運輸。我們的結(jié)果顯示，無人機的平均飛行速度達到了51.06 km/h，而野戰(zhàn)急救車的平均行駛速度僅為20.73 km/h；無人機運輸平均時間僅為10.85 min，近乎達到“實時保障”的效果，從而可以挽救更多傷員的生命。

3.1.3不受地形影響 地面行車受地形影響很大，直線距離5公里的目標，在實際行軍過程中，考慮到地形起伏、道路選擇等問題，實際行程往往要多數(shù)倍；野戰(zhàn)急救車雖具有較強的機動能力，但仍經(jīng)常因遇到無法跨越的障礙或淤陷于沙地、泥濘地段而延緩行進速度[3]。如本研究中，野戰(zhàn)急救車平均實際行程為無人機的2.25倍；共遇到無法通過的反坦克壕、干涸河道、斷崖5次，陷入流沙2次，耽誤了寶貴的時間。同時，野戰(zhàn)急救車越野行駛時顛簸非常劇烈，固定于車廂內(nèi)的戰(zhàn)材箱組出現(xiàn)滑脫3次，不得不停車重新固定。而采用無人機進行藥材投送則完全不受地形影響，不僅可以無視隔離地面障礙物，而且空中飛行所產(chǎn)生的震動明顯小于地面車輛在復雜地形行駛的震動強度，可以為藥材提供相對平穩(wěn)舒適的輸送條件。

3.2無人機藥材補給存在的問題

3.2.1空域協(xié)調(diào)復雜 空域是根據(jù)飛行訓練和作戰(zhàn)任務(wù)的需要而劃定的一定范圍的空間團。隨著空地一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的不斷發(fā)展，空域已逐步成為極其重要的作戰(zhàn)資源[4]。目前，我國的空域使用統(tǒng)一由空軍管理，陸軍在使用無人機時需要預先向空軍申請審批，由空軍統(tǒng)籌協(xié)調(diào)劃分空域。如果在執(zhí)行任務(wù)時沒有提前為衛(wèi)勤無人機報備飛行計劃，或發(fā)生緊急情況需要變更航線，則很可能面臨冗長的空域協(xié)調(diào)、審批過程，甚至會抵消無人機補給速度快的優(yōu)勢。

3.2.2受氣象影響大 與有人駕駛飛機相比，無人機更容易受到復雜天候的影響，特別是微型、小型無人機直升機和多旋翼無人機，由于其自身動力小、質(zhì)量輕、速度慢，對氣象條件的要求更為嚴格。無論是雨雪、沙塵、強風，還是大霧、云層、煙霧，都會對無人機的飛行造成影響，從而對無人機的使用造成了極大的限制。如本研究使用的無人機既要求起飛時風力<6級，否則既無法成功完成起降，在一定程度上限制了實驗進程。

3.2.3控制距離有限 控制距離有限是現(xiàn)階段小型無人機的普遍弱點。目前，有效載荷在30 kg左右的無人機標稱的最大控制距離一般僅有8～10 km，遠小于其最大飛行半徑；而且一旦面臨較大的地形起伏，其有效控制距離也會明顯縮短；當實際目標點超出了其最大控制半徑時，則需要操作人員先乘車前往距離目標點足夠近的位置方可完成藥品投送，影響了其補給速度優(yōu)勢的發(fā)揮。

綜上所述，無人機作為一種新興技術(shù)，既有其顯著優(yōu)勢，也有明顯不足。因此，只有合理的選擇應用無人機補給急救藥材的使用時機和運用方式，才能揚長避短，提高救治效能。隨著對無人機作用意義認識的加深和無人機技術(shù)的不斷發(fā)展，相信在不久的將來，一定會有越來越多的藥材投送專用無人機問世和列裝，不僅可以提高我軍執(zhí)行非戰(zhàn)爭軍事行動衛(wèi)勤保障能力，也可以應用于占時藥材保障和傷員救護，提高戰(zhàn)傷救治效果，為我軍打贏信息化條件下的局部戰(zhàn)爭提供堅實保障。