無(wú)人機(jī)營(yíng)救海上落水人員應(yīng)用探究

蘆海利，常成基，余 松

95894部隊(duì)

世界各地每年都會(huì)發(fā)生數(shù)量眾多的海上遇險(xiǎn)事故，低溫海水、饑餓、脫水、海洋動(dòng)物攻擊等因素嚴(yán)重威脅著落水人員生命安全，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)施救援，將直接決定遇險(xiǎn)者能否生存。極其令人欣慰的是，無(wú)人機(jī)技術(shù)日漸成熟，且具有成本低、起降靈活、滯空時(shí)間長(zhǎng)、偵察手段多、信息傳輸快等優(yōu)勢(shì)，可滿足海上搜救任務(wù)需要，有效提高救援成功率。

2019年7月17日，美國(guó)海軍“亞伯拉罕·林肯”號(hào)航母的1名水兵在阿拉伯海域墜海，多國(guó)軍艦參與搜救，最終未能找到。新世紀(jì)我國(guó)面臨來(lái)自海上的安全威脅，未來(lái)海上發(fā)生的激烈軍事沖突將不可避免，我們必須為此做好各項(xiàng)準(zhǔn)備。對(duì)落水人員營(yíng)救是一個(gè)重要課題，二戰(zhàn)中戰(zhàn)船沉沒(méi)、飛機(jī)墜海后鮮有人員生還，主要原因是搜救不及時(shí)。據(jù)聯(lián)合國(guó)貿(mào)易與發(fā)展會(huì)議（UNCTAD）發(fā)布的《2019全球海運(yùn)發(fā)展評(píng)述報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，2019年初全球注冊(cè)的航行船舶約有95402艘（100t以上有推動(dòng)力船舶），每年巨量的船舶會(huì)發(fā)生數(shù)量眾多的海難事故，海上救援成為各國(guó)關(guān)注的重要課題。落水人員生命安全受低溫海水、脫水、饑餓、海洋動(dòng)物攻擊等因素的威脅，其中，低溫海水是導(dǎo)致人員死亡的重要原因，由寒冷引發(fā)的死亡率非常高。如何快速實(shí)施搜索救援行動(dòng)，將直接決定人員存活率和救援效率的高低。過(guò)去落水人員搜救，主要采取調(diào)派附近船舶，出動(dòng)岸基飛機(jī)，進(jìn)行拉網(wǎng)式目視搜索，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、組織協(xié)調(diào)困難、搜索范圍有限、成本高、效率低。隨著無(wú)人機(jī)在軍事及民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以及新材料、信息處理、飛行控制等技術(shù)的提升，無(wú)人機(jī)可以充分彌補(bǔ)傳統(tǒng)搜救方式的短板，利用無(wú)人機(jī)搜救落水人員正成為可能。

無(wú)人機(jī)營(yíng)救海上落水人員的優(yōu)勢(shì)

部署靈活

人員遇險(xiǎn)后對(duì)其展開(kāi)搜救，快速響應(yīng)最關(guān)鍵，應(yīng)爭(zhēng)取在黃金救援時(shí)間內(nèi)完成搜救。某些小型無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，甚至可以由操控人員隨身攜帶。大、中型無(wú)人機(jī)可以利用車(chē)、船、飛機(jī)運(yùn)輸至指定地點(diǎn)，也可以提前部署在事故多發(fā)地域附近或艦船上，不需要復(fù)雜運(yùn)輸保障條件。垂直起降無(wú)人機(jī)可以在狹小、平整地面起降，起飛準(zhǔn)備時(shí)間短，收到指令后能迅速按預(yù)設(shè)航線執(zhí)行任務(wù)。

表1 落水人員存活時(shí)間對(duì)照表。

圖1 無(wú)人機(jī)能快速抵達(dá)任務(wù)區(qū)域展開(kāi)大范圍海域搜救。

響應(yīng)快速

無(wú)人機(jī)能快速抵達(dá)任務(wù)區(qū)域展開(kāi)大范圍海域搜救，將獲取的音視頻實(shí)時(shí)回傳至救援指揮部。伴隨人工智能（AI）技術(shù)的不斷進(jìn)步，利用無(wú)人機(jī)深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖像處理技術(shù)，可從動(dòng)態(tài)視頻和靜態(tài)圖像中識(shí)別出落水人員。當(dāng)無(wú)人機(jī)發(fā)現(xiàn)可能的救援目標(biāo)后進(jìn)行抵近識(shí)別，執(zhí)行定點(diǎn)監(jiān)控，確定目標(biāo)后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助決策，救援指揮部及時(shí)評(píng)測(cè)險(xiǎn)情并制定搜救方案，供救援組織參考。同時(shí)，無(wú)人機(jī)攜帶救援設(shè)備進(jìn)行施救，或者救援指揮部協(xié)調(diào)其他救援力量開(kāi)展救護(hù)，提高救援成功率。

風(fēng)險(xiǎn)可控

相比于有人機(jī)，無(wú)人機(jī)運(yùn)用更加便捷，能在危險(xiǎn)環(huán)境、復(fù)雜地域和惡劣氣象條件下執(zhí)行任務(wù)，即使發(fā)生事故，僅損失無(wú)人機(jī)平臺(tái)，而不會(huì)對(duì)救援任務(wù)產(chǎn)生影響，更不會(huì)發(fā)生飛行員傷亡情況，后續(xù)救援也可以補(bǔ)充新無(wú)人機(jī)。同時(shí)，無(wú)人機(jī)由操控員在地面進(jìn)行智能化操控，可極大減輕人員工作量，在續(xù)航時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大范圍海域搜索。

可擴(kuò)展性

無(wú)人機(jī)可靈活搭載光電/紅外傳感器、激光指示器等設(shè)備，具備遠(yuǎn)程操控、視頻實(shí)傳、目標(biāo)定位、物資運(yùn)輸?shù)裙δ堋Ｄ承┈F(xiàn)有無(wú)人機(jī)稍加改進(jìn)就能搭載救生浮帶、充氣式救生筏、無(wú)線電信標(biāo)等各種搜救設(shè)備，執(zhí)行投放補(bǔ)給品，驅(qū)趕危險(xiǎn)海洋動(dòng)物等任務(wù)，必要時(shí)可搭載通信設(shè)備，建立海上通信基站，平臺(tái)擴(kuò)展性非常強(qiáng)。

成本低

無(wú)人機(jī)機(jī)上沒(méi)有飛行員，無(wú)需裝配人員維生儀器和逃生設(shè)備，減輕重量和降低成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了功能最大化。無(wú)人機(jī)搭載衛(wèi)星定位系統(tǒng)、電子地圖軟件、遙感系統(tǒng)等展開(kāi)半自主飛行，操控員干預(yù)減少，無(wú)人機(jī)的使用更加便利。操控員不需要具備豐富的飛行控制理論，只要掌握操控技術(shù)，經(jīng)培訓(xùn)即可操控?zé)o人機(jī)飛行，極大降低了培訓(xùn)、維修、使用成本。

救援無(wú)人機(jī)技術(shù)與應(yīng)用分析

早在20世紀(jì)90年代，美國(guó)就開(kāi)始使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測(cè)及救援，2018年澳大利亞使用無(wú)人機(jī)投放充氣式救生浮帶，將兩名被海浪卷入大海的男孩救回到岸邊，避免了溺亡悲劇發(fā)生。我國(guó)國(guó)務(wù)院應(yīng)急管理專(zhuān)家組建議，除建立全國(guó)統(tǒng)一的常備應(yīng)急救援無(wú)人機(jī)力量外，還應(yīng)建立全國(guó)應(yīng)急救援無(wú)人機(jī)大數(shù)據(jù)庫(kù)。

救援信息遠(yuǎn)程傳輸

圖2 浙江氫航科技有限公司多功能海事無(wú)人機(jī)搭載光電吊艙、喊話器、救生圈在海上執(zhí)行救援任務(wù)。

小型無(wú)人機(jī)通信傳輸使用頻率多為72MHz、433 MHz、2.4GHZz，使用半徑在幾百米到20km；民用無(wú)人機(jī)地面控制站一般使用頻率90 MHz，使用半徑可達(dá)60km，大型無(wú)人機(jī)可使用衛(wèi)星鏈路，使用半徑達(dá)數(shù)千千米。隨著遠(yuǎn)程通信傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，傳輸信道抗干擾能力也獲得顯著提升，可根據(jù)人員遇險(xiǎn)位置和距離，靈活選用不同類(lèi)型無(wú)人機(jī)執(zhí)行搜救任務(wù)。無(wú)人機(jī)搭載高清攝像機(jī)，將拍攝視頻由通信傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳回給后方，通過(guò)地面控制站多路轉(zhuǎn)發(fā)提供給救援指揮部。通過(guò)遠(yuǎn)程操控，行動(dòng)與指揮被分離為兩部分，使后方指揮部免受外界干擾，更加專(zhuān)注于搜救的組織與實(shí)施。

圖3 2018年澳大利亞使用無(wú)人機(jī)投放救生浮帶，將兩名落海男孩救到岸邊。

圖4 澳大利亞“小滑雪者”（Little Ripper）無(wú)人機(jī)可以監(jiān)測(cè)鯊魚(yú)出沒(méi)，也可用于救援。

智能化搜索和定位

無(wú)人機(jī)搜索技術(shù)將射頻技術(shù)與人員定位搜索相結(jié)合，進(jìn)行遠(yuǎn)程搜救，相較傳統(tǒng)船舶拉網(wǎng)式搜救方式，無(wú)人機(jī)定位搜救不但視野寬闊、效能性高，而且可實(shí)現(xiàn)全天時(shí)搜尋。按照國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)要求，船舶、救生艇、飛行員救生衣等必須安裝自動(dòng)觸發(fā)式信標(biāo)機(jī)。海上搜救無(wú)人機(jī)搭載專(zhuān)用設(shè)備，能夠在15km內(nèi)對(duì)信標(biāo)予以激活，使事故船員信息及時(shí)發(fā)出，并展開(kāi)迅捷化衛(wèi)星定位。如果落水人員沒(méi)有攜帶信標(biāo)機(jī)，則需要根據(jù)所報(bào)告的落水人員初始位置和時(shí)間，結(jié)合海水流速、流向及海風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)向，綜合確定可能的搜索區(qū)域，無(wú)人機(jī)快速抵達(dá)任務(wù)區(qū)域進(jìn)行落水人員搜索。發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，無(wú)人機(jī)空投信標(biāo)機(jī)以標(biāo)定人員位置，也可利用無(wú)人機(jī)自帶的定位系統(tǒng)予以位置解算，將落水人員位置推送給其他救援力量。

救援物資快捷投放

圖5 無(wú)人機(jī)為營(yíng)救海上落水人員提供照明。

無(wú)人機(jī)動(dòng)力技術(shù)不斷取得進(jìn)步，完全可以滿足攜帶救援物資的需要。海上意外落水人員，多數(shù)缺乏防護(hù)設(shè)備和維生物品，直接暴露在海水中，在救援過(guò)程中要優(yōu)先保證生命安全。無(wú)人機(jī)可攜帶救生浮帶、救生圈、充氣式救生筏等防護(hù)設(shè)備提供給落水者，必要時(shí)將食物和飲用水快速投送到落水者附近。若發(fā)現(xiàn)有鯊魚(yú)出沒(méi)，無(wú)人機(jī)在附近投擲驅(qū)鯊劑以防止人員受到傷害，投放海水染色劑標(biāo)示人員落水位置。

交互功能強(qiáng)大

無(wú)人機(jī)搭載強(qiáng)光照明系統(tǒng)和擴(kuò)音設(shè)備，能夠沖破夜暗、海霧、風(fēng)浪等不良條件的限制。無(wú)人機(jī)空中強(qiáng)光照明不僅能提升航拍實(shí)效，還能滿足救援過(guò)程的照明需求，幫助目標(biāo)定位、救治以及撤離。在發(fā)現(xiàn)落水者后，無(wú)人機(jī)搭載高功率擴(kuò)音系統(tǒng)傳播語(yǔ)音交互信息，指導(dǎo)遇險(xiǎn)人員自救、互救，并給予恰當(dāng)?shù)男睦硎鑼?dǎo)。在國(guó)際海事衛(wèi)星因救援力量過(guò)多不能保證實(shí)時(shí)通信，或者無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)相互干擾時(shí)，無(wú)人機(jī)搭載通信設(shè)備，建立臨時(shí)通信中繼站，保證通信網(wǎng)絡(luò)正常使用。

無(wú)人機(jī)在軍民領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，必然導(dǎo)致行為方式的轉(zhuǎn)變。在海上搜救、巡航監(jiān)管等領(lǐng)域的應(yīng)用，相較傳統(tǒng)救援方式，無(wú)人機(jī)更具優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性更勝一籌。如今無(wú)人機(jī)AI技術(shù)迅猛發(fā)展，基本能滿足各種海事搜救任務(wù)需要。相信隨著技術(shù)進(jìn)步，無(wú)人機(jī)在營(yíng)救海上落水人員任務(wù)中必大放異彩。