国外救援无人机的发展现状
张峰，佟巍，周立冬，刘爱兵
灾害救援医学北京市重点实验室 武警总医院 医学实验中心，北京 100039
[摘 要]近年来无人机技术发展迅速，从军事领域到民用领域日趋成熟，在救援中显出不可替代的优势，国内外纷纷进行救援无人机的研究。本文介绍和分析了国外几种救援无人机的优势，并探索和研究了需要适应各种环境并完成任务的无人机系统。
[关键词]无人机；机动生命支持系统；涵道风扇；医疗救援
0 引言
国外无人机研究较早，1917年英国人研制了世界上第一架无人机，已有约一百年的历史。在军用方面，海湾战争后美国等无人机技术发展迅速，能用于训练、侦查、诱饵、战斗。在民用方面，有更广泛的用途，例如警用、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾等行业。无人机用于救援成效显著，逐渐成为救援中不可替代的有力武器，例如，2008年汶川地震，无人机率先为后方提供了灾区图像信息，使中国政府和全世界能及时了解灾情、组织救援。2015年3月13日，法国巴黎发生人质劫持事件，警方动用无人机参与救援行动。近年来，各国不断进行救援无人机的研制和应用[1]。
1 国外救援无人机介绍
1.1 以色列救援无人机
以色列历来重视无人机工业，是仅次于美国的世界上无人机技术最发达的国家，还开发了一系列与无人机系统相关的先进技术。其产品已出口各国，是重要的军贸产品，我国也购买使用。以色列正在研制一种用于战时医疗救助和后送的无人机。以色列在黎巴嫩的作战行动中发现空军直升机不得不在密集的火力下执行医疗救援任务，这对救援人员的生命造成很大的威胁，从而迫切需要一种无人平台可以从战区运送伤员撤退。无人机将配备用于救伤和运输的机动生命支持（MLSTAT）系统，并能远程监视伤员的身体状况和实施远程急救治疗。此外，该无人平台还将携带一种被动和主动的自保护系统。飞行平台的设计之一是采用涵道风扇无人机，这种无人机能用于战区补给和救伤任务，可以携带两名受伤的士兵飞行2 h。
涵道风扇较同样直径的孤立风扇能产生更大的升力，且风扇环括在涵道内，可阻挡风扇气动声向外传播，且结构紧凑、安全性高。作为一种特殊的无人飞行器，涵道风扇式无人机具有垂直起降、机动性强、噪音低、安全隐蔽等性能优点，日益成为当今无人机领域的研究热点。
1.2 医疗援助无人机
总部位于伦敦的迈拓公司（Matternet）正在致力于打造一个基于无人机的运输系统。这个系统主要是针对在低收入国家没有适当的医疗救助方式的个人，可运送诊断治疗等医学临床用品。在一些特殊地区，如埃博拉病毒传染区、偏远地区，无人机系统携带疫苗、药片和水等紧急物品可以及时抵达。无人机不是单独飞行，通过控制系统，每架无人机被跟踪和监视，在预编程序的空间飞行，可以飞约400 in或约40层楼高[2]。
1.3 瑞士耐碰撞无人机
瑞士“飞行动力”公司研发的耐碰撞无人机Gimball，外层是一个超轻且坚实的碳纤维笼，不怕碰撞，同时保护人员不被其双螺旋桨伤到。其飞行时不是躲开障碍物，而是选择“勇往直前”，在碰撞中自行开路，而且可以在狭小的空间内飞行，如地震后的建筑物内或地下管道中。
1.4 防水无人机
Splash防水无人机的设计者建造了一个防水常平架，使其成为不怕水的无人机，能漂浮在水上，从水上滑行、起飞，掉到水里也不会沉下去，可以进行水上救援活动。它装有一个2磅有效载荷的分离装置，可以在水域传递物品。它有紧急救援呼叫功能，还能发射一枚长达15 min的呼救照明弹。启动“跟随”模式，它就会自动跟在你身后拍摄。Splash无人机由ABS热塑性聚合物制成框架，内置5.8 GHz、600 mW视频发射机，一个2.4 GHz的无线电台控制器，一个相机潜水箱，还有GPS辅助设备，跟踪模式，智能手机操纵装置，以及17 min的飞行时间[3]。
1.5 能定位WiFi信号的无人机
瑞士联邦理工学院一个研究团队开发出一种搜救无人机，他可以通过准确定位手机WiFi信号，确定失踪或被困者的位置。研究团队在SenseFly eBee无人机平台上附加了一根WiFi天线，雪崩和地震后，无人机在受灾地区上空飞行，从多点确认手机信号发出的大致位置，然后通过三角测量法缩小范围，进而找到携带手机的失踪或被困者，精准度可达9 m。如果基础设施在灾难中被毁，无人机也可被用作WiFi系统，迅速恢复网络。而且，无人机上的天线还可以替换为雪崩受害者探测器（Detector Avalanche Victims，DAV），变成一个既快又便宜的雪崩搜救设备。
1.6 新型医疗急救无人机
新型医疗急救无人机是由奥地利一名学生设计，荷兰的一名学生率先研制出医疗急救无人机系统。一旦接到心脏病突发事件的呼救，急救机构便会马上派出医疗无人机到达现场送来心脏除颤器，专业医护人员则可以通过无人机的远程视频设备指挥周边的人在现场操作除颤器。这种救护无人机能够在1 min内将除颤器送到周边12×106平方公里内的患者身边，将存活率从8%提高到80%。一旦医疗无人机系统建成，可想而知，医疗设备相对匮乏的偏远地区将会成为急救无人机的最大舞台[4]。
1.7 英国中央兰开夏大学的AeroSee项目
英国中央兰开夏大学的AeroSee项目让任何人都可以远程遥控无人机，见图1。使用装有摄像头的无人机及其他能够传递图像的设施，执行实时的图像分析救援工作。通过上网查看实时的图像，并在图像上面进行各种标记，随后将这些数据发送给搜救者，便于搜救行动。这个计划可以缩短搜救的响应时间，为陷于险境的人们增加获救机会。同时，救援队在到达事故现场之前，也能让自身的安全得到保证[5]。
图1 AeroSee远程遥控无人机
1.8 带救生圈的无人机
位于伦敦东区的RTS Ideas公司发明的救援无人机每架飞机携带3个救生圈和摄像头，可以进行海上溺水救援。无人机漂浮在海上平台上，由太阳能供电，接到信号，能马上飞到溺水者附近投掷救生圈，并观察现场情况[6]。
2 国外救援无人机应用分析
国外利用无人机救援，在搜救、人员转运、物品运输、机身构造、网络化等方面的研究取得了有意义的成果。
2.1 人员搜救
对失踪或遇难人员搜救是救援工作最重要的环节，传统的人海战术需要大量人力物力，效率低。用无人机搜索速度快、范围广，搜索效果主要依据搭载的搜索装备的性能，现多采用光学、红外等方法。瑞士联邦理工学院的研究人员借助普遍携带的手机，利用WiFi寻找地下被掩埋人员，新颖实用，还能建立临时通讯网络，作用很大[7-8]。
2.2 伤病员的运送
从战场或灾害现场将伤病员及时运送到后方医疗单位是一件困难的事，最早主要是人背或人抬，后来使用机械车辆，现在美国在开发救护机器人，都是通过地面运送。如地面道路不通，常使用直升机，直升机可以垂直起降，效果较好。但有人驾驶的直升机成本高，对天气环境有要求，阴雨雷电或高山峻岭很难飞行。由于环境恶劣、时间紧迫、人员劳累，在历次的救援活动中，参与救援的直升机常常发生机毁人亡的事故。
以色列载人无人机的研究应用前景很好。使用大载重的无人机，既能实现无人驾驶，又能载人载物，解决了实际问题，也增加了无人机的用途。涵道风扇作为动力，技术先进，适合多种救援情况[9-10]。
2.3 特殊环境的生存能力
救援中会遇到各种特殊环境，如地震、风灾、火灾、毒气、核污染等，需要无人机能在这些环境下正常飞行完成任务。无人机在执行任务中很难做到完全不碰到其他物体，但瑞士Gimball无人机能像坦克一样不怕碰撞，有优秀的生存能力，能在地道、震后倒塌的房屋、烟雾笼罩的建筑物中飞行。防碰撞设计增加了无人机的活动能力，能完成很多困难的救援任务。
地球大部分面积被水覆盖，江河湖海都有人类的活动足迹，海啸、暴雨等也带给人类各种灾难。Splash防水无人机和海上救援无人机能在水域飞行，完成水上救援任务，拓展了无人机救援活动的空间。还有的无人机能在暴风中、雷雨中、火中、化学气体中、放射性物质中飞行，在这些人类不能进入的环境中完成任务，凸显无人机不可替代的作用[11-12]。
2.4 医疗用品运送与现场干预
无人机在物流方面的需求巨大，国内外专业物流公司纷纷开展研究并已进入实测阶段，解决了政策法规限制后，前景不可限量。在突发疾病、灾难的时刻或在偏远地区，对医疗用品和急救器材的输送有迫切的需求。无人机用于物流的优势是快速灵活、受环境影响小、起飞降落简单不需要机场、在空中飞行不需要地面道路桥梁等设施、能到达人类不能到达的地方。无人驾驶功能既节约人力，又减少人员直接接触感染物，减少传染性疾病的传播。
现场实时干预功能。无人机配备摄像系统、语音传输系统等，可实时进行病情分析诊断、现场指挥、仪器药品使用指导等。医疗无人机的运送和干预功能往往是结合使用的，如无人机运送抢救器材到现场，同时控制无人机的后方人员通过机载装备看到现场情况，并指导现场人员使用。
医疗用品运送有以下3种情况：① 远距离运送。在边远交通不发达地区，使用无人机方便快捷成本低；② 紧急运送。地震等重大灾情发生道路不通，使用无人机运送物品。城市内，如心脏病突发情况，使用无人机快速送达除颤器，并指导使用；③ 疫情区、无人区运送。传染病重灾区、核辐射区、火山灾害地区等，人员不便到达，使用无人机则无此方面限制[13]。
2.5 利用网络
使用网络对无人机管理和对采集的信息进行处理，使无人机的应用从量变到质变。无人机是一个信息化平台，能获得环境影像资料，也能传递其他信息。信息获得后的分析需要知识和时间，通过网络可以使更多的人参与、可利用更多的资源，结果也可以快速反馈。信息化救援需要准确分析评估救援情况，调动无人机或其他救援装备，精确运送投放救援物资。
3 结论
救援工作不是一种单一的活动，救援无人机功能也不是单一的，现场监控、搜索、运送物品、对环境的适应能力等往往集成在一起。救援活动中有许多未知因素，时间急迫、环境恶劣、任务多样需要无人机功能齐全、性能优良。相信国内外会继续研究救援无人机，使其结构模块化、功能标准化，研究出更多的救援工作需要的功能。
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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
Abstract：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.
Key words：unmanned aerial vehicle; mobile life support system; ducted-fan; medical aid
[中图分类号]V279；R197.39
[文献标志码]B
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2016.06.058
[文章编号]1674-1633(2016)06-0175-03
收稿日期：2015-06-10
修回日期：2015-08-24
通讯作者：刘爱兵，主任医师，博士生导师，武警总医院医学实验中心主任。