无人机在应急救援中的应用
2015-01-03 10:04:08   来源:   评论:0 点击:

核心提示:无人机在处理自然灾害、事故灾难以及社会安全事件等方面能发挥出重要作用。2008年5月15日,四川汶川特大地震灾区,一架国产的千里眼无人飞机,按照事先确定的精确坐标在大约200米高的空中飞行,它用明
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核心提示:无人机在处理自然灾害、事故灾难以及社会安全事件等方面能发挥出重要作用。

2008年5月15日,四川汶川特大地震灾区,一架国产的“千里眼”无人飞机,按照事先确定的精确坐标在大约200米高的空中飞行,它用明亮的“眼睛”忠实地反映着整个北川县城2平方公里范围内震后的情景:倒塌的楼房不计其数,滑坡的乱石、泥土埋没了道路,堵住了河流,北川几乎就是一片废墟!一圈、两圈,无人机在空中围着北川县城绕了两圈,仅用了20多分钟,一张张连地面救援人员的身影都清晰可见的数码照片,通过科技设备传输下来,最终拼接成地震效果图,送到了抗震救灾指挥部负责人的手中。

近年来,突发灾难性事件频繁发生,严重威胁人民的生命和财产安全,同时,也对社会稳定造成了较大影响。因此,加强对突发事件的应急管理,是关系到国家经济和社会发展全局以及人民群众生命财产安全的大事。但是,我国应急管理机制尚不完善,预防和处置突发性公共事件的能力也很有限。除了在应急管理机制、体制和法制方面需要加大力度进行完善之外,在国家应急管理体系中引进和装各一批先进的技术和设各,对提高各级政府的应急管理能力是大有帮助的。其中无人机就是一种不可多得的重要工具。

无人机经过了几十年的发展历程,从技术角度看已经比较成熟。其优点是成本低,易操纵,具有高度灵活性,能够携带一些重要的设备从空中完成特殊任务,比如空中监测,空中监视,空中转信,空中喊话,紧急救援等。在执行特殊任务时,一般不会造成人员伤亡,生存能力强,机动性能好,使用方便,在处理自然灾害、事故灾难以及社会安全事件等方面能发挥出重要作用。

一、无人机概况

无人机(unmanned aerial vehicle,简称UAV)是一种由无线遥控设备或由程序控制操纵的无人驾驶飞行器。它不需要飞行员在机舱内进行驾驶,飞行过程由电子设备控制自动进行。飞机上不用安装任何与飞行员有关的设备,这样就可以有效地节省和利用空间装载应用设备以完成赋予它的各种任务。无人机与有人驾驶飞机的最大区别是,单纯依靠无人机本身是不能完成任何任务的,它需要一套严密的控制系统和根据任务需要搭载的应用设各,所以无人机也称为无人机系统。

无人机最早诞生于1917年,由英国人制造出第一架无人机,至今已有近百年的历史了。但是无人机的应用则始于20世纪50年代。早期的角色是作为靶机使用,后来逐步用于空中侦察、电子对抗、目标指示等领域。在60年代的越南战争和70年代的中东战争中,无人机都有重要表现。在海湾战争以及北约空袭南斯拉夫的过程中,无人机都曾被频繁地用于执行军事任务。

无人机的快速发展和广泛运用是在海湾战争以后。以美国为首的西方国家充分认识到无人机在战争中的作用,竞相把高新技术应用到无人机的研制与发展上。轻型材料的使用和新的设计大大增加了无人机的续航时间;先进的信号处理与通信技术提高了无人机的图像传递速度;自动驾驶仪能使无人机自动改变高度和航向飞往目标,地面操纵员可以通过计算机根据需要改变无人机的飞行数据。在阿富汗战争中,无人机已经能够攻击地面目标,其在军事领域的重要价值越来越清晰地展现在世人面前。

无人机经过了近百年的发展,其产品种类繁多,外形千奇百怪,很难用简单的语言将其一下子介绍清楚。如果以飞行距离的长短进行分类,有短程无人机、近程无人机、中程无人机和长航时无人机;如果以飞机的外形分类,有微型无人机、小型无人机、中型无人机和大型无人机;如果从军事用途上进行分类,有靶机、侦察机、干扰机和攻击机:如果从飞行原理上分类,则有固定翼无人机和旋翼无人机(即无人直升机)等。

笔者认为,适于在应急管理体系中应用的无人机为中小型短、近程无人机,包括固定翼无人机和无人直升机,尤其是中小型无人直升机更适于在突发事件中使用。

小型无人机(Mini-UAV)的最大起飞重量只有几千克乃至几十千克。由于其携带方便,操作简易,成本低廉,因而具有广泛的应用前景。比如以色列的“云雀”,重约6千克,直径12厘米,通过助推器或小型火箭发动机肩扛发射。发射后其机翼(翼展1.5米)在电动机动力作用下迅速打开进入飞行位置。该机装有一台摄像机,可提供空中即时影像。最大飞行距离10千米,可在目标区域上空飞行60多分钟。“云雀”无人机可从屋顶、窗口或狭窄小巷发射,即使对恶劣环境也有较强的适应性,应用一台笔记本电脑就可以对其进行操控。该型系列飞机在2004年就成为以色列军队的制式装备,2005年被澳大利亚和加拿大军方采购,并在军队中成建制装备应用于阿富汗战场。

中型无人机通常是指重量在一百千克至几百千克、飞行距离达数百公里、留空时间在2小时以上的飞机。该类飞机在民间领域的应用最为广泛。

我国研制无人机已有四十多年的历史,所投放的产品也比较成熟。从最初的无人靶机系列,到高空高速无人侦察机等,已经开发出的产品有数十种,并广泛应用于空中侦察、战场监视、目标定位、战场评估等军事领域。

无人机在民间领域也得到了多方面应用,如灾情监视、交通巡逻、治安监控和航空摄影、地球物理勘探、海岸缉私等。从1993年开始,中国气象局将无人机应用于大气探测、气象灾害遥感、生态遥感、人工影响天气等课题,已经在十余个省市展开,并且在祁连山高原科学试验、台风探测试验中都使用了无人机。民用无人机主要搭载照相机、摄像机以及气象探测设备等,飞行控制可以靠GPS定位系统,自动驾驶系统则可根据当前位置计算飞行路线。

据有关媒体报道,“刀锋”无人机是目前我国自主研发的智能化程度最高的无人机。该机最大平飞速度250公里/小时,续航时间3小时,飞行高度可达3 000米,在控制精度和可靠性上甚至高于国际同类产品。可应用于侦察、通讯、气象、农业、地质勘探、地质灾害预防以及交通、城市规划、消防等众多领域,不仅体积小、自动化程度高而且高效、操作简便。该机在天津建立了总投资10亿元、占地100亩的生产和研发基地,其产品预计年内即可投放市场。
 

二、无人机在突发性公共事件中的应用

中国每年因自然灾害、事故灾害和社会安全事件等突发公共事件造成的人员伤亡逾百万,经济损失高达数千亿。目前,我国正处在突发性公共事件的高发期,而且在未来很长一段时间内都将面临突发性公共事件所带来的严峻考验。从自然角度分析,中国也是世界上受自然灾害影响最为严重的国家之一,灾害种类多、灾害发生频度高、损失严重。自然灾害在中国有着较强的社会性,灾害造成的损失也在逐步增加。

突发事件的主要特征,一是突发性和难以预见性;二是破坏性;三是具有紧迫性。因为是突然发生的、非正常的、带有破坏性的事件,极易造成公众的恐慌,所以在处理突发事件时,就带有紧迫性的特点。突发事件对应急管理的要求是:迅速判明情况,查明事件原因;实现快速响应,尽快到达现场;采取果断措施,实施正确指挥;进行紧急救援,防止事态发展;妥善安排善后,尽力减少损失。在这些环节中无人机都能够发挥出重要作用。具体说,无人机在处理突发事件过程中的主要作用体现在以下方面:

(一)实现快速响应,在第一时间到达现场,迅速展开作业

小型无人机只有几千克或十几千克,依靠遥控器或手提电脑就可以对其进行操控。装备该类无人机的小分队只需2—3人就可以完成任务。即使在道路被毁的情况下,徒步也可以到达事故现场。一架未组装起来的无人机,有的仅有一个标准行李箱那么大,放在汽车或飞机上就可以很方便地携运。有些无人机的起飞条件很简单,在汽车上就可以弹射起飞。尤其是无人直升机的起降,有块几平米的平地就行。

如果是中型无人机,通常需要车载控制设备。其保障分队一般需要配备2—3辆军用吉普车,具有一定的越野能力,也能在最短时间内到达现场,实现快速响应。

无人机不仅能够有较快的反应能力,而且对环境和气象条件有较强的适应性,在这方面比有人驾驶飞机更优越。例如:参加“5·12”救援的“华鹰”无人机能在6级风下完成飞行任务,受阴、雨、雾等天气条件的限制比有人驾驶飞机要小得多。固定翼无人机起飞时一般只需要一条100米左右的跑道,只要周围没有突出的障碍物就可以自主起降。如果采用遥控起降方式,则只需要二三十米长的跑道,可以利用震后残存的公路顺利起降。飞机可超低空作业,受天气条件的限制非常小,但是获取地面影像的速度非常快,可在半径15千米的范围内稳定可靠飞行数小时。

(二)采集现场数据,迅速将现场的视、音频信息传送到指挥中心,供指挥者进行判断和决策

无人机通常配置的基本设备就是多媒体采集系统,负责完成视、音频数据的采集,通过无线传输方式,传输到地面的接收机。其机载摄像机能够对视频数据进行编码压缩,以图像方式把视频数据送回指挥中心。如果配置高清晰度的数码摄像机,能够对现场进行高质量的视频采集以及音频的实时采集。比如“华鹰”无人机能够采集稳定的视频画面,其数据传输距离可达30公里。

无人机能方便地使用摄像机、热像仪等各种载荷。即使是普通的民用级专业数码相机,也能安装到飞机的平台上。配合自动曝光摄影等一系列先进技术,就能自动获取高清晰数码照片。通过后期处理,生成的数码影像和地形图可为灾难评估和灾后重建提供可靠的数据保障。在“5·12”抢险救灾过程中,“华鹰”无人机在第一时间获取了大量震后详细影像,为灾后救援提供了可靠的决策依据。

通过对灾区或事故现场进行视、音频图像采集并及时传报给指挥中心,能够使政府相关部门掌握现场情况第一手资料,对情况的分析更加全面、准确,使判断和决策更加及时、正确,反应更加迅速,各部门以及各类救援人员的协调也会更加充分。

(三)能够实现通信中继功能,快速恢复现场局部通信

空中通信中继是无人机的一个重要用途。当自然灾害(如地震、洪水、泥石流、海啸等)发生时,在一定地域内地面原有的有线、无线通信系统均遭到破坏,此时此地,在最需要通信联络的时候信息传递就成为一个大问题。而无人机则可以作为一个便捷的通信中继机,在指挥中心与现场之间搭建一条无形的信息“桥梁”,快速构成一个应急局域无线通信网以解燃眉之急,为救灾赢得宝贵时间。

在“5·12”汶川特大地震中,地面通信遭到破坏,由于其特殊的地理和气象环境,对空通信保障也十分困难,通信联络是抗震救灾指挥中存在的一大难题,为此空军不得不派出一架专用飞机担负中继转讯任务。事实证明,由于该机在灾区上空架设了一条不问断的通信桥梁,扫除了高山峡谷内的通信盲区,为抗震救灾指挥部实时指挥提供了强有力的技术支持。如果在地面通信中使用多个无人机分队进行配合,整个救灾指挥的通信环境就会更加完善。

(四)跟踪事件的发展态势,帮助指挥中心实施不问断指挥处理

由于无人机的使用方便快捷,到达现场之后能够迅速展开,展开之后就能够不间断地跟踪事件的发展,利于指挥中心及时掌握事件态势。在追踪事件态势方面,无人机有大飞机无法比拟的优点。由于其机体小巧,速度容易控制,机动性好,在需要急转弯时,无人机可以一下子转过来,大飞机就不行。此外无人机能超低空飞行,适应性更强,相对而言,大飞机在山区飞行就受限制。因、为飞得低,也能看得更清楚。

使用无人机获取信息的分辨率很高,可以达到0.1米。目前无人机所措载的传感器一般都采用光学传感器,夜间使用还受到限制,如果配备红外或具有夜视功能的系统,其功能就更加强大。


(五)参与救援行动,投掷紧急救援渤资

不同的无人机都具有一定的负载能力。可以装载一定数量的装备或物资。在危急条件下,可以向被围困的受难者或处于恶劣环境下以正常手段不能被施救的人投放救援物资或工具,以帮助受固者尽快脱离危险。

(六)在媒介失灵的状态下,播撒传单,向受害人传递政府施救信息

我国目前正处于经济社会发展的关建阶段,各种社会矛盾不断涌现,即使是人民内部矛盾也会出现一些新问题,如果处置失当,有可能会出现骚乱、械斗甚至暴乱等影响社会安全的重大事件。当该类事件出现时,由于参加的人群众多,容易缺乏理智,现场很难控制。必要时可利用无人机播撒传单,向现场群众传递有关信息,引导群众配合政府的施救行动。

(七)进行空中喊话,传递政府领导者讲话,并通过视频与受害人对话

突发事件具有不确定性,如果在处置过程中不能使用正常的宣传工具与群众进行沟通,可通过无人机搭载扩音设备对现场进行喊话,传达领导人意图。同时,指挥中心通过无人机直接监视现场情况,必要时也可与其进行对话,以缓解矛盾,控制事态发展。

(八)参与灾后重建,提供有关地理及气象相关信息

事实上,我国无人机在洪涝灾害应急监测、太湖蓝藻爆发、森林火灾监测、大气臭氧监测以及大型科学试验中已经发挥了重要作用,也形成了推动无人机技术发展的专业技术队伍。在2008年“5·12”汶川特大地震的抗震救灾工作中,无人机与遥感技术应用相结合取得了显著效果,引起了业内各界的高度重视。同时也使政府有关部门注意到,在类似的灾害监测中,无人机具有不可替代的作用。

三、启示

通过以上分析可以看出,无人机在应对突发事件的过程中其作用是显而易见的,已经应用的实践活动也能充分证明这一点。从“科技应用于减灾”、带动我国高新技术产业发展和广泛的应用领域看,给我们的启示是:

(一)有利于管理与技术相融合

技术与管理相脱节,是我们国家科技界和实践界长期以来在应对突发事件的过程中共同面临的一个难题。“科技应用于减灾”,在过去大多数情况下是指网络或者一般的技术在减灾救灾上的应用,而在运用技术直接掌握灾情信息方面存在很大的局限性。无人机在应对突发事件过程中的运用,是管理与技术相融合的重要开拓,必将使我国的减灾救灾水平得到飞跃式的提高。

(二)有利于带动相关产业的发展并扩大内需

低空空间领域所属的无人驾驶飞机技术是一个国家科技、经济等方面的重要象征,它涉及到电子、通讯、遥感、控制系统、轻型材料等多项科学技术领域,多年以来西方国家为限制这种产品和技术在中国的发展,对我国采取了全面的技术封锁和产品禁运。但我国科技人员经过自主创新,掌握了实现本土化工业批量生产的关键技术,而且性能达到国际先进水平。如能大力推广无人机在应对突发事件中的应用,定能带动低空空间领域高新技术产业的大发展,并对扩大内需产生积极影响。

(三)有利于满足众多领域的需求

民用无人机主要搭载可见光摄像机、红外摄像机、三维激光雷达、航扫仪和热成像仪、无线中继转发设备和用户特制设备等,这些设备负责完成视、音频数据的采集,通过无线传输方式,传输到地面的接收机。其机载摄像机能够对视频数据进行编码压缩,以图像方式把视频数据送回指挥中心。这些,可以极大满足国家资源管理、环境保护、生态建设等众多领域的需求。

作者简介:

  朱黎明,空军指挥学院大学生教育部教研室主任。

  党彰,国家行政学院国家应急管理人员培训基地筹备工作领导小组处长。

  刘锦东,中共北京市顺义区委研究室调研员

  本文转载自《中国应急管理》

 

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