无人机技术在抢险救援中的应用研究

无人机技术在抢险救援中的应用研究

陈 宜① 李其祥②  陕西 西安 710086

1武警工程大学研究生大队 2武警工程大学装备管理与保障学院

摘  要：抢险救援是武警部队的常态任务。随着社会的进步，高速发展的无人机在现代化抢险救援中发挥了极为重要的作用。本文重点围绕无人机的技术特点、应用方案和发展要求，探讨无人机在抢险救援任务中的应用，为武警部队提供参考。

关键词：无人机；抢险救援；实战应用

1 引言

近年来，我国各种自然灾害和事故灾难呈现高发、频发趋势，给人民群众生命财产和国家经济建设带来严重危害，当下无人机作为一种创新型的工业设备，具有成本低、易操控、灵活性高等诸多优势，越来越频繁地被运用于各类救援活动中。

2 无人机技术简介

2.1 常见分类

无人机按其平台结构的不同，一般可分为三类：固定翼无人机（fixed wing UAV）、无人直升机（unmanned helicopter）以及多旋翼无人机（multi rotor UAV）。

2.2 技术应用特点

固定翼无人机的设计使其能够以较高的速度飞行，并且覆盖的距离较远、续航时间较长，适合执行长时间监测或搜索救援等任务。无人直升机可以通过电脑程序操纵，减少人为误操作风险，适应高温、低温、浓雾、强风等恶劣环境，能原地垂直起飞和悬停，灵活性较强。多旋翼无人机操作相对简单，具有很强的灵活性，能够拍摄到难以到达的角度和位置，并且航拍效果优秀，可以拍摄出高质量的画面。

2.3 功能

抢险救援任务中，利用无人机搭载影像、激光雷达等传感器可解决快速获取灾区数据、绕开受阻路段到达受灾区域、采集数据、大面积巡查等难点问题，利用对应的软件系统可以实现灾情在线监测、灾害现场三维场景构建、灾情分析可视化、实时在线监管全流程的救援处置业务流程。

3 应用方案

3.1 工情三维量测

灾害发生后，为了提高救援效率和质量，降低灾害损失程度，必须实施高效快速的应急救援，而提高救援效率的关键因素是迅速准确获取灾害发生后的灾情信息。

3.1.1 数据采集

多旋翼无人机挂载倾斜摄像机或机载激光雷达启动飞行后，飞机按照航线自动飞行采集数据，采集完成后自动返航。采用倾斜摄影可同时从一个垂直、四个倾斜共五个不同的角度采集影像；机载激光雷达则具备较高的采样频率，可获取高精度的地表三维数据，精细刻画真实的地貌特征。

3.1.2 三维建模

针对倾斜摄影获取的数据，首先进行空中三角测量，获取影像的外方位元素，而后用适当的三维建模软件进行建模，对形成的三维实景模型进行修饰，同时利用点位测量信息对模型进行质量检查，最后模型修饰完毕和质量检查合格后，形成灾区三维实景模型最终成果。针对激光雷达获取的数据，通过计算机进行处理和分析，去除不必要的噪点和扫描误差，利用对应的三维建模软件，将处理后的数据进行建模、纹理映射、光照效果渲染等处理，即可生成高精度且较为逼真的3D模型。

3.1.3 测量分析

获得的三维建模图包含各种数据信息，可导入其他分析软件，进行一系列分析。通过对灾区目标地点进行数据采集、三维建模、测量分析形成的数据集成系统，可为抢险救援任务实施提供基础支撑。

3.2 灾情巡查摄影

3.2.1 灾情巡查

发生灾情时，无人机搭载高清云台摄像器实施自动巡航拍摄，对灾情信息进行记录。通过无线电技术将画面传输到地面，进而可通过卫星通讯车传回指挥中心，可为指挥救灾决策提供有力支撑。

3.2.2 灾情摄影  

将倾斜摄像机挂载于无人机上，使无人机自动飞行采集数据，并自动返航。三维建模应用软件对采集数据进行处理，可获得灾区数字正射影像图。

3.3 应急救援保障

3.3.1 宣传喊话

无人机可以搭载扩音喊话设备，指挥人员通过与其通信系统连接，实时向无人机发送指令和喊话内容，确保指令能够及时传达给救援人员和被困人员，也可以向救援人员发出紧急撤离或调整行动的指令，其扩音喊话功能还可以用于播放安全提示或警报。

3.3.2 高空照明

利用无人机进行高空照明，覆盖范围广，无明显阴影，是理想的照明方式。通过不间断照明，能够直击夜晚现场复杂的地形、危险水域以及其他事故现场缺乏大面积移动照明设备的痛点。

3.3.3 通信中继

在大型灾害或事故现场，当公共通信无法保障救援通信的情况下，现场救援队伍可自我组网。为保障通信的有效覆盖半径需求，可利用中型电动无人机挂载发射机的方式，保障各类救援队伍自我通信需求，服务现场指挥链路。

3.3.4物资投送

在遇有灾害事故时, 常规保障力量往往不能顺利到达指定区域，可启用无人机保障方式。无人机保障方式具有应急响应快、反应灵敏的特点,可以调用无人机集群并开设紧急物资中转站,此外，还可投送血浆、下抛救生圈、提供药材及其他生命支持设备等, 实现紧急情况下的辅助救治。

4 多类型抢险救援任务对无人机技术的发展要求

4.1 适应复杂恶劣环境

4.1.1 能够适应大风条件下作业

无人机所处环境风速往往较地面大，会让无人机消耗更多的电能，用来顶风前进或者保持稳定，而侧面吹来的风则会让无人机偏离航向，受无人机续航能力的限制，会直接影响其实际可作业的任务量。影响更大的是无法预测的阵风，会让原本笔直的飞行航线变得蜿蜒曲折，空中悬停的无人机会像气球一样起伏不定，无法完成拍摄任务。

4.1.2 能够适应火场高温浓烟环境

当遇到火灾事故时，无人机要想能处于良好的运行状态，势必要有着很强的耐高温性和防爆性，才能保障无人机在灭火作业现场的性能不受环境影响。

4.1.3能够适应雨中作业

无人机系统含多种电子元器件，特别是旋翼电机和电池等，多裸露在外或设计有散热孔。尽管无人机的结构拥有一定的封闭性和防水性，可以抵御小雨，但长期处于潮湿环境中，对电路和芯片的寿命必然会有影响，故障率急剧升高。而且，雨水会妨碍无人机的拍摄工作，一旦打湿镜头，影像将无从读起，大大降低工作效能。此外，无人机旋翼转速较快，每分钟可达数千转，雨点打上去会施加不小的冲击力，影响无人机平衡。

4.2 抗电磁干扰

电磁干扰一直是无人机在飞行过程中的“致命伤”，在电子产品高速发展的现代，救援任务有时也会在一些电磁干扰较强的区域进行，会对无人机的行动产生影响。故未来应用于救援任务的无人机应综合应用例如GPS、北斗导航、格洛纳斯等多频道的信号，减少因单一卫星信号受电磁干扰对于无人机的影响，并且要考虑在人为因素干扰下的运行方式。

4.3 高续航能力

抢险救援任务经常存在长时间连续作战的情况，作业期间需要无人机全程长时间地执行飞行监控任务，这对无人机的续航能力提出较高的要求。目前无人机在长时间任务的情况下需要多次起降补充油、电，影响了其应用于应急救援任务的持续性和不间断性。增强无人机的续航能力、尝试采用混合动力或新能源是在末来无人机继续发展的技术提升方向。

4.4 无动力无人机

考虑武警部队未来运用无人机场景的多样化趋势，可加强无动力无人机的研究使用。无动力无人机不利用电力驱动运行，而是根据人工智能来模仿鸟类飞行，通过内置传感器学习，采集诸如空气温度、风向等外部因素，预测空气模式，规划前进路线，找到上升暖气流，依靠温度上升产生的空气柱来保持无人机的远距离飞行。

5 结语

无人机的实战应用，助力科学决策、提高行动效率，作为国家抢险救援力量，必须掌握其优势特征，制定出切实可行的应用措施。同时，也要认清，无人机实战应用的道路依旧任重道远，未来需围绕恶劣天候、电磁干扰、动力能源方面展开持续性的探索和研究，以充分发挥无人机技术对抢险救援的最大价值。

参考文献

［1］郑曦,郑航.无人机在消防灭火救援中的应用分析［J］.低碳世界，2020,10(06):209-210.

［2］孙术哲,无人机赋能洪涝灾害应急响应［J］.中国安防,2021,11(01):49-54.

［3］陈卓,牛志栋,赵行.倾斜摄影技术在抢险救援中的应用［J］.人民黄河,2021(6):34-35

［4］梁辉,浅谈无人机在陕西防汛抗旱工作中的应用［J］.陕西水利,2020,12(20):69-70