國外救援無人機的發展現狀

張峰，佟巍，周立冬，劉愛兵

災害救援醫學北京市重點實驗室 武警總醫院 醫學實驗中心，北京 100039

國外救援無人機的發展現狀

張峰，佟巍，周立冬，劉愛兵

災害救援醫學北京市重點實驗室 武警總醫院 醫學實驗中心，北京 100039

近年來無人機技術發展迅速，從軍事領域到民用領域日趨成熟，在救援中顯出不可替代的優勢，國內外紛紛進行救援無人機的研究。本文介紹和分析了國外幾種救援無人機的優勢，并探索和研究了需要適應各種環境并完成任務的無人機系統。

無人機；機動生命支持系統；涵道風扇；醫療救援

0 引言

國外無人機研究較早，1917年英國人研制了世界上第一架無人機，已有約一百年的歷史。在軍用方面，海灣戰爭后美國等無人機技術發展迅速，能用于訓練、偵查、誘餌、戰斗。在民用方面，有更廣泛的用途，例如警用、城市管理、農業、地質、氣象、電力、搶險救災等行業。無人機用于救援成效顯著，逐漸成為救援中不可替代的有力武器，例如，2008年汶川地震，無人機率先為后方提供了災區圖像信息，使中國政府和全世界能及時了解災情、組織救援。2015年3月13日，法國巴黎發生人質劫持事件，警方動用無人機參與救援行動。近年來，各國不斷進行救援無人機的研制和應用[1]。

1 國外救援無人機介紹

1.1 以色列救援無人機

以色列歷來重視無人機工業，是僅次于美國的世界上無人機技術最發達的國家，還開發了一系列與無人機系統相關的先進技術。其產品已出口各國，是重要的軍貿產品，我國也購買使用。以色列正在研制一種用于戰時醫療救助和后送的無人機。以色列在黎巴嫩的作戰行動中發現空軍直升機不得不在密集的火力下執行醫療救援任務，這對救援人員的生命造成很大的威脅，從而迫切需要一種無人平臺可以從戰區運送傷員撤退。無人機將配備用于救傷和運輸的機動生命支持（MLSTAT）系統，并能遠程監視傷員的身體狀況和實施遠程急救治療。此外，該無人平臺還將攜帶一種被動和主動的自保護系統。飛行平臺的設計之一是采用涵道風扇無人機，這種無人機能用于戰區補給和救傷任務，可以攜帶兩名受傷的士兵飛行2 h。

涵道風扇較同樣直徑的孤立風扇能產生更大的升力，且風扇環括在涵道內，可阻擋風扇氣動聲向外傳播，且結構緊湊、安全性高。作為一種特殊的無人飛行器，涵道風扇式無人機具有垂直起降、機動性強、噪音低、安全隱蔽等性能優點，日益成為當今無人機領域的研究熱點。

1.2 醫療援助無人機

總部位于倫敦的邁拓公司（Matternet）正在致力于打造一個基于無人機的運輸系統。這個系統主要是針對在低收入國家沒有適當的醫療救助方式的個人，可運送診斷治療等醫學臨床用品。在一些特殊地區，如埃博拉病毒傳染區、偏遠地區，無人機系統攜帶疫苗、藥片和水等緊急物品可以及時抵達。無人機不是單獨飛行，通過控制系統，每架無人機被跟蹤和監視，在預編程序的空間飛行，可以飛約400 in或約40層樓高[2]。

1.3 瑞士耐碰撞無人機

瑞士“飛行動力”公司研發的耐碰撞無人機Gimball，外層是一個超輕且堅實的碳纖維籠，不怕碰撞，同時保護人員不被其雙螺旋槳傷到。其飛行時不是躲開障礙物，而是選擇“勇往直前”，在碰撞中自行開路，而且可以在狹小的空間內飛行，如地震后的建筑物內或地下管道中。

1.4 防水無人機

Splash防水無人機的設計者建造了一個防水常平架，使其成為不怕水的無人機，能漂浮在水上，從水上滑行、起飛，掉到水里也不會沉下去，可以進行水上救援活動。它裝有一個2磅有效載荷的分離裝置，可以在水域傳遞物品。它有緊急救援呼叫功能，還能發射一枚長達15 min的呼救照明彈。啟動“跟隨”模式，它就會自動跟在你身后拍攝。Splash無人機由ABS熱塑性聚合物制成框架，內置5.8 GHz、600 mW視頻發射機，一個2.4 GHz的無線電臺控制器，一個相機潛水箱，還有GPS輔助設備，跟蹤模式，智能手機操縱裝置，以及17 min的飛行時間[3]。

1.5 能定位WiFi信號的無人機

瑞士聯邦理工學院一個研究團隊開發出一種搜救無人機，他可以通過準確定位手機WiFi信號，確定失蹤或被困者的位置。研究團隊在SenseFly eBee無人機平臺上附加了一根WiFi天線，雪崩和地震后，無人機在受災地區上空飛行，從多點確認手機信號發出的大致位置，然后通過三角測量法縮小范圍，進而找到攜帶手機的失蹤或被困者，精準度可達9 m。如果基礎設施在災難中被毀，無人機也可被用作WiFi系統，迅速恢復網絡。而且，無人機上的天線還可以替換為雪崩受害者探測器（Detector Avalanche Victims，DAV），變成一個既快又便宜的雪崩搜救設備。

1.6 新型醫療急救無人機

新型醫療急救無人機是由奧地利一名學生設計，荷蘭的一名學生率先研制出醫療急救無人機系統。一旦接到心臟病突發事件的呼救，急救機構便會馬上派出醫療無人機到達現場送來心臟除顫器，專業醫護人員則可以通過無人機的遠程視頻設備指揮周邊的人在現場操作除顫器。這種救護無人機能夠在1 min內將除顫器送到周邊12×106平方公里內的患者身邊，將存活率從8%提高到80%。一旦醫療無人機系統建成，可想而知，醫療設備相對匱乏的偏遠地區將會成為急救無人機的最大舞臺[4]。

1.7 英國中央蘭開夏大學的AeroSee項目

英國中央蘭開夏大學的AeroSee項目讓任何人都可以遠程遙控無人機，見圖1。使用裝有攝像頭的無人機及其他能夠傳遞圖像的設施，執行實時的圖像分析救援工作。通過上網查看實時的圖像，并在圖像上面進行各種標記，隨后將這些數據發送給搜救者，便于搜救行動。這個計劃可以縮短搜救的響應時間，為陷于險境的人們增加獲救機會。同時，救援隊在到達事故現場之前，也能讓自身的安全得到保證[5]。

圖1 AeroSee遠程遙控無人機

1.8 帶救生圈的無人機

位于倫敦東區的RTS Ideas公司發明的救援無人機每架飛機攜帶3個救生圈和攝像頭，可以進行海上溺水救援。無人機漂浮在海上平臺上，由太陽能供電，接到信號，能馬上飛到溺水者附近投擲救生圈，并觀察現場情況[6]。

2 國外救援無人機應用分析

國外利用無人機救援，在搜救、人員轉運、物品運輸、機身構造、網絡化等方面的研究取得了有意義的成果。

2.1 人員搜救

對失蹤或遇難人員搜救是救援工作最重要的環節，傳統的人海戰術需要大量人力物力，效率低。用無人機搜索速度快、范圍廣，搜索效果主要依據搭載的搜索裝備的性能，現多采用光學、紅外等方法。瑞士聯邦理工學院的研究人員借助普遍攜帶的手機，利用WiFi尋找地下被掩埋人員，新穎實用，還能建立臨時通訊網絡，作用很大[7-8]。

2.2 傷病員的運送

從戰場或災害現場將傷病員及時運送到后方醫療單位是一件困難的事，最早主要是人背或人抬，后來使用機械車輛，現在美國在開發救護機器人，都是通過地面運送。如地面道路不通，常使用直升機，直升機可以垂直起降，效果較好。但有人駕駛的直升機成本高，對天氣環境有要求，陰雨雷電或高山峻嶺很難飛行。由于環境惡劣、時間緊迫、人員勞累，在歷次的救援活動中，參與救援的直升機常常發生機毀人亡的事故。

以色列載人無人機的研究應用前景很好。使用大載重的無人機，既能實現無人駕駛，又能載人載物，解決了實際問題，也增加了無人機的用途。涵道風扇作為動力，技術先進，適合多種救援情況[9-10]。

2.3 特殊環境的生存能力

救援中會遇到各種特殊環境，如地震、風災、火災、毒氣、核污染等，需要無人機能在這些環境下正常飛行完成任務。無人機在執行任務中很難做到完全不碰到其他物體，但瑞士Gimball無人機能像坦克一樣不怕碰撞，有優秀的生存能力，能在地道、震后倒塌的房屋、煙霧籠罩的建筑物中飛行。防碰撞設計增加了無人機的活動能力，能完成很多困難的救援任務。

地球大部分面積被水覆蓋，江河湖海都有人類的活動足跡，海嘯、暴雨等也帶給人類各種災難。Splash防水無人機和海上救援無人機能在水域飛行，完成水上救援任務，拓展了無人機救援活動的空間。還有的無人機能在暴風中、雷雨中、火中、化學氣體中、放射性物質中飛行，在這些人類不能進入的環境中完成任務，凸顯無人機不可替代的作用[11-12]。

2.4 醫療用品運送與現場干預

無人機在物流方面的需求巨大，國內外專業物流公司紛紛開展研究并已進入實測階段，解決了政策法規限制后，前景不可限量。在突發疾病、災難的時刻或在偏遠地區，對醫療用品和急救器材的輸送有迫切的需求。無人機用于物流的優勢是快速靈活、受環境影響小、起飛降落簡單不需要機場、在空中飛行不需要地面道路橋梁等設施、能到達人類不能到達的地方。無人駕駛功能既節約人力，又減少人員直接接觸感染物，減少傳染性疾病的傳播。

現場實時干預功能。無人機配備攝像系統、語音傳輸系統等，可實時進行病情分析診斷、現場指揮、儀器藥品使用指導等。醫療無人機的運送和干預功能往往是結合使用的，如無人機運送搶救器材到現場，同時控制無人機的后方人員通過機載裝備看到現場情況，并指導現場人員使用。

醫療用品運送有以下3種情況：① 遠距離運送。在邊遠交通不發達地區，使用無人機方便快捷成本低；② 緊急運送。地震等重大災情發生道路不通，使用無人機運送物品。城市內，如心臟病突發情況，使用無人機快速送達除顫器，并指導使用；③ 疫情區、無人區運送。傳染病重災區、核輻射區、火山災害地區等，人員不便到達，使用無人機則無此方面限制[13]。

2.5 利用網絡

使用網絡對無人機管理和對采集的信息進行處理，使無人機的應用從量變到質變。無人機是一個信息化平臺，能獲得環境影像資料，也能傳遞其他信息。信息獲得后的分析需要知識和時間，通過網絡可以使更多的人參與、可利用更多的資源，結果也可以快速反饋。信息化救援需要準確分析評估救援情況，調動無人機或其他救援裝備，精確運送投放救援物資。

3 結論

救援工作不是一種單一的活動，救援無人機功能也不是單一的，現場監控、搜索、運送物品、對環境的適應能力等往往集成在一起。救援活動中有許多未知因素，時間急迫、環境惡劣、任務多樣需要無人機功能齊全、性能優良。相信國內外會繼續研究救援無人機，使其結構模塊化、功能標準化，研究出更多的救援工作需要的功能。

[1] 李德仁,李明.無人機遙感系統的研究進展與應用前景[J].武漢大學學報(信息科學版),2014,39(5):505-513,540.

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[3] 趙潤州,張西正,侍才洪.戰場傷員后送醫學無人機機器人系統研發新趨勢[J].醫療衛生裝備,2013,(7):17.

[4] 范承嘯,韓俊,熊志軍,等.無人機遙感技術現狀與應用[J].測繪科學,2009,34(5):214-215.

[5] 臧克,孫永華,李京,等.微型無人機遙感系統在汶川地震中的應用[J].自然災害學報,2010,19(3):162-166.

[6] 謝揚斌,李永連.略論非戰爭軍事行動中的軍事地理保障[J].科技論壇,2010,5(7):55.

[7] 雷添杰,李長春,何孝瑩.無人機航空遙感系統在災害應急救援中的應用[J].自然災害學報,2011,20(1):178-183.

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[11] 李磊,熊濤,胡湘陽,等.淺論無人機應用領域及前景[J].地理空間信息,2010,8(5):7-9.

[12] 趙潤州,侍才洪,陳煒,等.美軍戰場救援機器人系統研究進展[J].軍事醫學,2013,37(4):318-320.

[13] 鄭曉惠,王頡.無人機事故中人的因素[J].中華航空航天醫學雜志,2012,23(2):144-150.

Development Status of Rescue Unmanned Aerial Vehicle in Abroad

ZHANG Feng, TONG Wei, ZHOU Li-dong, LIU Ai-bing
Medical Experimental Center, Beijing Municipal Key Laboratory of Disaster Relief Medicine, China Armed Police General Hospital, Beijing 100039, China

Unmanned aerial vehicle (UAV) technology has developed rapidly. The technology has become more mature from military to civilian areas and has shown an irreplaceable advantages in the rescue. Research on rescue UAV at home and abroad has been carried out. This paper introduced and analyzed the advantages of several foreign rescue drones and explored the UAV system that can adapt to the particularity of the rescue environment.

unmanned aerial vehicle; mobile life support system; ducted-fan; medical aid

V279；R197.39

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.06.058

1674-1633(2016)06-0175-03

2015-06-10

2015-08-24

劉愛兵，主任醫師，博士生導師，武警總醫院醫學實驗中心主任。

作者郵箱：fengzh2001@163.com