杜璇

突發(fā)事件對于事發(fā)現(xiàn)場信息有著高時效性和快速判查的需求。以地震災(zāi)害為例，可用于偵測災(zāi)區(qū)影像的衛(wèi)星遙感和載人航空器會受到影像分辨率和時效不足、飛行環(huán)境惡劣、影像成本過高等的限制，而無人機(jī)遙感系統(tǒng)因其具有成本較低、靈活快速的特點(diǎn)，可以達(dá)成快速獲取災(zāi)害現(xiàn)場情報的目的。近年來，伴隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器越來越精密化、搭載的任務(wù)載荷設(shè)備越來越小型化，無人機(jī)系統(tǒng)參與應(yīng)急行動越來越多，已經(jīng)可以完成包含傳統(tǒng)的遙感測繪任務(wù)在內(nèi)的多樣化任務(wù)。

1 無人機(jī)的分類

無人機(jī)是無人駕駛飛機(jī)的簡稱（Unmanned Aerial Vehicle），是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機(jī)。無人機(jī)可以在無人駕駛的條件下完成復(fù)雜空中飛行任務(wù)和各種負(fù)載任務(wù)，從某種角度可以被看作是“空中機(jī)器人”。

對于無人機(jī)的分類種類繁多，在尺寸、質(zhì)量、航程、航時、飛行高度、飛行速度和任務(wù)類型等多方面都存有較大差異。

1.1 按照重量分類

目前國內(nèi)對于無人機(jī)分類的可參照的標(biāo)準(zhǔn)是——國家空中交通管制委員會辦公室于2018年1月26日組織起草的《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例（征求意見稿）》。該條例中根據(jù)運(yùn)行風(fēng)險大小，將民用無人機(jī)分為微型、輕型、小型、中型、大型五類。其中：大型無人機(jī)，是指最大起飛重量超過150千克的無人機(jī)。中型無人機(jī)，是指最大起飛重量超過25千克不超過150千克，且空機(jī)重量超過15千克的無人機(jī)。小型無人機(jī)，是指空機(jī)重量不超過15千克或者最大起飛重量不超過25千克的無人機(jī)，但不包括微型、輕型無人機(jī)。輕型無人機(jī)，是指同時滿足空機(jī)重量不超過4千克，最大起飛重量不超過7千克，最大飛行速度不超過100千米/小時，具備符合空域管理要求的空域保持能力和可靠被監(jiān)視能力的遙控駕駛航空器，但不包括微型無人機(jī)。微型無人機(jī)，是指空機(jī)重量小于0.25千克，設(shè)計(jì)性能同時滿足飛行真高不超過50米、最大飛行速度不超過40千米/小時、無線電發(fā)射設(shè)備符合微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備技術(shù)要求的遙控駕駛航空器。

1.2 按照平臺構(gòu)型分類

按照不同平臺構(gòu)型來分類，無人機(jī)主要有固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)和多旋翼無人機(jī)三大平臺，其它小種類無人機(jī)平臺還包括傘翼無人機(jī)、撲翼無人機(jī)和無人飛艇等。固定翼無人機(jī)是軍用和多數(shù)民用無人機(jī)的主流平臺，在三大平臺中續(xù)航時間最長、飛行效率最高、可載荷最大、飛行穩(wěn)定性最高，其缺點(diǎn)是起飛降落對場地有要求，必須要助跑或借助器械彈射，降落的時候必須要滑行或是利用降落傘降落。無人直升機(jī)飛行器是靈活性最強(qiáng)的無人機(jī)平臺，優(yōu)點(diǎn)是可垂直起降、無需跑道、地形適應(yīng)能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)成本高、續(xù)航及速度都低于固定翼飛行器。多旋翼飛行器是消費(fèi)級和部分民用用途的首選平臺，優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降，并且自身機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，無機(jī)械磨損，靈活性介于固定翼和直升機(jī)中間（起降需要推力），但操縱簡單、成本較低；缺點(diǎn)是續(xù)航及載重在三種飛行器當(dāng)中是最低的。

1.3 按照用途分類

無人機(jī)可分為軍用和民用兩大類。軍用無人機(jī)對于靈敏度、飛行高度速度、智能化等有著更高的要求，是技術(shù)水平最高的無人機(jī)，包括偵察、誘餌、電子對抗、通信中繼、靶機(jī)和無人戰(zhàn)斗機(jī)等機(jī)型。民用無人機(jī)一般對于速度、升限和航程等要求都較低，但對于人員操作培訓(xùn)、綜合成本有較高的要求，因此需要形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈提供盡可能低廉的零部件和支持服務(wù)，目前來看民用無人機(jī)最大的市場在于政府公共服務(wù)的提供，如警用、消防、氣象等，占到總需求的約70%。民用中還有消費(fèi)級無人機(jī)，一般采用成本較低的多旋翼平臺，用于航拍、游戲等休閑用途。

1.4 按照活動半徑分類

無人機(jī)可分為按活動半徑分類，無人機(jī)可分為超近程無人機(jī)、近程無人機(jī)、短程無人機(jī)、 中程無人機(jī)和遠(yuǎn)程無人機(jī)。超近程無人機(jī)活動半徑在15km以內(nèi)，近程無人機(jī)活動半徑在15～50km之間，短程無人機(jī)活動半徑在50～200km之間，中程無人機(jī)活動半徑在200～800km之間，遠(yuǎn)程無人機(jī)活動半徑大于800km。

1.5 按任務(wù)高度分類

無人機(jī)可以分為超低空無人機(jī)、低空無人機(jī)、中空無人機(jī)、高空無人機(jī)和超高空無人機(jī)。超低空無人機(jī)任務(wù)高度一般在0～100m之間，低空無人機(jī)任務(wù)高度一般在100～1000m之間，中空無人機(jī)任務(wù)高度一般在1000～7000m之間，高空無人機(jī)任務(wù)高度一般在7000～18000m之間，超高空無人機(jī)任務(wù)高度一般大于18000m[1]。目前，在應(yīng)急救援中使用的無人機(jī)主要為輕小型的固定翼無人機(jī)和多旋翼無人機(jī)，完成視距內(nèi)和超視距的飛行任務(wù)。可搭載設(shè)備已從光學(xué)相機(jī)遙感載荷發(fā)展到可以搭載紅外譜段遙感荷載、激光雷達(dá)遙感荷載、成像光譜載荷、合成孔徑雷達(dá)載荷、通信類載荷和其他類型載荷，能夠滿足完成多樣化任務(wù)的需求。輕小型多旋翼無人機(jī)因?yàn)閯恿ο到y(tǒng)的限制，所完成的多為低空內(nèi)超近程的任務(wù)。依靠電池提供動力的輕小型固定翼無人機(jī)可完成低空近短程的任務(wù)，油動輕小型固定翼無人機(jī)可進(jìn)行中空中程的任務(wù)。

2 無人機(jī)在突發(fā)事件應(yīng)急救援中發(fā)揮的主要作用

在突發(fā)事件的預(yù)防與應(yīng)急準(zhǔn)備、監(jiān)測與預(yù)警、應(yīng)急處置與救援、事后恢復(fù)與重建等應(yīng)對活動的全過程中，不同的階段可以根據(jù)任務(wù)的特點(diǎn)、任務(wù)區(qū)域和任務(wù)復(fù)雜度選擇不同類型的無人機(jī)。目前，應(yīng)用最多的是在應(yīng)急處置與救援的過程，因?yàn)樵撨^程存在事件發(fā)生區(qū)域情況不明、處置困難、人員到達(dá)不便等特點(diǎn)，而無人機(jī)則可以通過高空實(shí)時觀測、遠(yuǎn)距離飛行拍攝、高空物品投送等方式配合各項(xiàng)處置工作的開展。所以，輕小型無人機(jī)因?yàn)橐讛y帶、易操作和占用人員少的特點(diǎn)成為最易推廣應(yīng)用的類型。中型無人機(jī)因?yàn)樾枰鋫滠囕d控制系統(tǒng)，能夠在較為惡劣環(huán)境中作業(yè)，2～3輛的越野車輛配備，可以滿足更大區(qū)域和復(fù)雜任務(wù)的需求。無人機(jī)目前在突發(fā)事件應(yīng)急救援中主要能發(fā)揮的作用有以下三個方面：

2.1 安全快速獲取災(zāi)情信息

無人機(jī)可以在惡劣的自然條件下，實(shí)現(xiàn)低空飛行，獲取影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)隨時隨地，快速進(jìn)入災(zāi)區(qū)進(jìn)行偵查和探測。輕小型無人機(jī)體積小，重量輕，甚至可以由作業(yè)人員隨身攜帶。一旦出現(xiàn)應(yīng)急險情，可以第一時間隨作業(yè)人員一同到達(dá)作業(yè)現(xiàn)場。同時，無人機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模塊化裝載，使其拆裝變得簡單易行，部分無人機(jī)從開箱調(diào)試到安全起飛全過程不到一分鐘，這種快速反應(yīng)的能力滿足了救援工作分秒必爭的特點(diǎn)。對于無人機(jī)獲取處理后的測繪成果可以與災(zāi)害發(fā)生前的進(jìn)行比對，正射影像可以用于分辨重點(diǎn)災(zāi)害區(qū)，三維建模成果可以為計(jì)算塌方方量、制定道路搶通方案和設(shè)計(jì)堰塞湖泄流提供可量化依據(jù)。

2008年1 月，南方冰凍災(zāi)害發(fā)生時，無人機(jī)被運(yùn)用到救災(zāi)搶險行動中。2008年“5·12”汶川大地震發(fā)生后，無人機(jī)再次成為救災(zāi)行動中的“一員”，深入北川縣進(jìn)行拍攝，并實(shí)時向國家減災(zāi)中心傳回圖片，為民政部制定救災(zāi)方案提供依據(jù)。2013年“4·20”雅安地震發(fā)生后，在地震搜救過程中，國家地震災(zāi)害緊急救援隊(duì)使用旋翼無人機(jī)對災(zāi)區(qū)地形地貌、受損情況進(jìn)行空中排查，探測精度達(dá)到0.1m，可在200m低空連續(xù)飛行100km，為國家地震災(zāi)害緊急救援隊(duì)的搜救工作提供了參考和依據(jù)。

2.2 及時調(diào)度投送應(yīng)急物資

在地面交通完全陷于癱瘓的情況下，救援隊(duì)伍通常只能徒步背著物資趕往災(zāi)區(qū)。當(dāng)?shù)孛孢\(yùn)輸工具無法展開救援時，無人機(jī)可以快速運(yùn)輸緊急物品如：藥品、血液和逃生物資等，在核心災(zāi)區(qū)進(jìn)行大規(guī)模集群飛行調(diào)度。目前運(yùn)用于物流輸送的多旋翼無人機(jī)可以應(yīng)用于物資短距離投送。

2018年1月24日，空軍首次運(yùn)用民用物流無人機(jī)開展補(bǔ)給演練。物流無人機(jī)具有速度快、定位準(zhǔn)、調(diào)整靈活等優(yōu)勢，支持各類惡劣環(huán)境和高風(fēng)險地區(qū)空中補(bǔ)給任務(wù)?？哲姾笄诓柯?lián)合兩家物流軍民融合戰(zhàn)略合作單位，采取遠(yuǎn)程指揮、異地共聯(lián)、軍地協(xié)同等方式，在北京組織云南、陜西兩地三型無人機(jī)，參與物資保障演練，探索建立軍民聯(lián)合無人機(jī)補(bǔ)給機(jī)制。無人機(jī)補(bǔ)給不僅有中型無人機(jī)空投補(bǔ)給、還有小型無人機(jī)直達(dá)補(bǔ)給，可以通過地面站軟件系統(tǒng)監(jiān)視無人機(jī)飛行實(shí)時航拍畫面、物資補(bǔ)給路線軌跡、航線規(guī)劃圖、吊艙空投示意圖和投送地實(shí)時情況，對投送動態(tài)一目了然。

2.3 精準(zhǔn)科學(xué)搜索被困目標(biāo)

任務(wù)載荷的小型化模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多種載荷間的切換使用，可以完成從日間到夜間的目標(biāo)檢測找尋，還可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地面情況下的勘察。無人機(jī)可搭載可見光相機(jī)和紅外熱像儀進(jìn)行航拍，不受空間和地理位置的局限，熱像儀通過探測物體本身發(fā)出的紅外線，對景物溫度分布進(jìn)行成像，能在能見度低和有危險性位置進(jìn)行探測，兩者技術(shù)的重疊可用于夜視追蹤、搜尋救援、設(shè)備巡檢、農(nóng)林牧漁等領(lǐng)域，尤其是在一些災(zāi)難預(yù)防以及監(jiān)測中能發(fā)揮了不可小覷的作用。

瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院一個研究團(tuán)隊(duì)于2014年已開發(fā)出一種用于搜救的無人機(jī)，它可以通過準(zhǔn)確定位手機(jī)Wi-Fi信號，確定失蹤或被困者的位置。這款搜救無人機(jī)可以確定9m范圍內(nèi)的手機(jī)位置，它可以從多個地點(diǎn)確認(rèn)手機(jī)信號發(fā)出的大致范圍，然后通過三角測量法縮小范圍。在發(fā)生雪崩和地震后，這種搜救無人機(jī)系統(tǒng)特別有用。在這種情況下，人們可能被埋在數(shù)米深的碎石或雪下。無人機(jī)可以直接追蹤到信號很強(qiáng)的手機(jī)。而那些信號較弱的手機(jī)，意味著人被困的地方可能很深，搜救無人機(jī)可以為救援團(tuán)隊(duì)提供3D圖像，幫助縮小搜索范圍。

3 無人機(jī)在突發(fā)事件應(yīng)急救援中的應(yīng)用趨勢

突發(fā)事件的發(fā)生就是信息、物質(zhì)、能量的平衡受到外界的擾動發(fā)生了突變，無人機(jī)技術(shù)作為新興科技手段，能夠從各個空間范圍對所需區(qū)域信息進(jìn)行獲取，與相關(guān)平臺協(xié)同配合對承災(zāi)體進(jìn)行精準(zhǔn)的能量干預(yù)和物質(zhì)輸送。

3.1 突發(fā)事件監(jiān)測的數(shù)據(jù)源

無人機(jī)為收集大數(shù)據(jù)提供了廣闊的視野，可以為氣象監(jiān)測、交通流量監(jiān)控、甚至災(zāi)難預(yù)測等貢獻(xiàn)大量多樣化的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感和載人航拍技術(shù)，不僅成本高昂、缺乏靈活性，還有一個關(guān)鍵的痛點(diǎn)：清晰度有限，而無人機(jī)收集的圖片，比衛(wèi)星圖片要清晰很多倍。因?yàn)闊o人機(jī)能夠在云層之下的低空飛行，飛行高度甚至可以低到近地50m，分辨率可以達(dá)到0.1m，可以預(yù)見，這種強(qiáng)大、精確的數(shù)據(jù)收集功能，未來甚至有可能顛覆谷歌之類的在線地圖服務(wù)。

2016年7 月國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持的“天空地協(xié)同遙感監(jiān)測精準(zhǔn)應(yīng)急服務(wù)體系構(gòu)建與示范”項(xiàng)目，將圍繞4類在自然災(zāi)害、社會事件、重大社會活動、生命線工程中最具代表性的應(yīng)急服務(wù)需求，以遙感技術(shù)為核心，協(xié)同多種空間信息技術(shù)，研究天空地協(xié)同遙感監(jiān)測應(yīng)急服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，突破天空地一體化系統(tǒng)觀測、數(shù)據(jù)聚合分析和精準(zhǔn)信息提取技術(shù)，構(gòu)建應(yīng)急平臺與指揮調(diào)度平臺[2]。按照項(xiàng)目規(guī)劃，能快速獲取大量衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可在自然災(zāi)害發(fā)生后，與無人機(jī)快速獲取測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，實(shí)現(xiàn)態(tài)勢的快速識別判斷。

3.2 應(yīng)急處置救援的新力量

無人機(jī)作為數(shù)據(jù)源戰(zhàn)略層級的應(yīng)用可以達(dá)成協(xié)同觀測的目的，對于具體的應(yīng)急救援行動可以達(dá)成靈活機(jī)動的效果。無論是交通不便的山區(qū)，還是障礙重重的城市區(qū)域，無人機(jī)憑借做到“人所不能及、機(jī)所不能抵”，達(dá)成快速機(jī)動的效果。

無人機(jī)通過搭載多種載荷可以實(shí)現(xiàn)使用功能的多元化，從而成為應(yīng)急處置救援的新興力量。在信號中斷的受災(zāi)地區(qū)，利用無人機(jī)搭載通訊基站，升空到一定高度，即可快速恢復(fù)該地區(qū)通訊信號。在有條件的情況下，可以采用車載移動應(yīng)急通訊系統(tǒng)，利用系留無人機(jī)建立穩(wěn)定的通訊基站，迅速恢復(fù)災(zāi)區(qū)通訊功能。在汽車等地面設(shè)備無法進(jìn)入的情況下，也可利用多架長航時無人機(jī)搭載通訊基站快速飛赴災(zāi)區(qū)，在地面設(shè)備到達(dá)前，恢復(fù)并維持受災(zāi)地區(qū)的通訊信號。無人機(jī)也可以搭載生命探測儀可以在塌方封路、救援人員和車輛無法到達(dá)的情況下提前對生命跡象進(jìn)行探測。為了防止災(zāi)后瘟疫，救援人員通常需要手動噴霧進(jìn)行消毒。使用目前常用的植保無人機(jī)可快速對災(zāi)區(qū)空氣和地表實(shí)施高效的病菌滅殺作業(yè)。無人機(jī)還可以掛載探照燈，幫助搜救人員在黑暗的夜晚找到等待救援的災(zāi)民，或者在火場附近高溫、高濕的環(huán)境下進(jìn)行勘察作業(yè)，幫助勘察火勢及人員被困情況，為消防搜救提供寶貴的現(xiàn)場信息及最佳救援時機(jī)。除此之外，無人機(jī)在救災(zāi)中可承擔(dān)的任務(wù)還有很多：幫助災(zāi)區(qū)架設(shè)電線;通過搭載喊話器進(jìn)行聲音信息的傳播；搭載消防所需的滅火彈等。

4 結(jié)論與展望

突發(fā)事件發(fā)生后往往面臨恢復(fù)信息流、物流秩序，讓社會上各種力量可以逐步投射到災(zāi)區(qū)的難題，而無人機(jī)可以為這些問題提供快捷的解決方案。無人機(jī)系統(tǒng)已多次在道路快速搶通、堰塞湖圖像三維重建、快速確定災(zāi)害體、預(yù)防二次災(zāi)害發(fā)生等方面發(fā)揮了重要作用。無人機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全空間覆蓋的監(jiān)測功能，作為飛在空中的“眼睛”，減少了災(zāi)后恢復(fù)重建過程中的困難。它既能第一時間傳回災(zāi)區(qū)信息，使人們及時了解災(zāi)區(qū)的現(xiàn)狀，以及救援工作每時每刻的進(jìn)展，也能向?yàn)?zāi)區(qū)運(yùn)輸緊急物資。

隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)和多臺多功能攝像頭的使用將大大提升無人機(jī)導(dǎo)航的敏銳度，結(jié)合超快速充電、續(xù)航更久的電池，無人機(jī)將擁有更遠(yuǎn)的飛行范圍和更加靈活的性能。展望未來，使得無人機(jī)在突發(fā)事件應(yīng)急救援中發(fā)揮更大作用的技術(shù)點(diǎn)，主要集中在以下兩個方面：

4.1 無人機(jī)與人工智能結(jié)合

無人機(jī)熱成像技術(shù)結(jié)合人工智能技術(shù)將使視頻監(jiān)控從人力值守、辨別分析發(fā)展到機(jī)器自動分析的發(fā)展過程，讓監(jiān)控設(shè)備具備自主感知、圖像識別、深度學(xué)習(xí)能力，不僅實(shí)現(xiàn)對事件結(jié)果的高效分析和融合應(yīng)用，還可以形成對事件內(nèi)在發(fā)展規(guī)律的結(jié)果輸出，輔助科學(xué)決策，協(xié)助搜救人員快速定位被困人員，能極大的提高救援效率。同時，人工智能技術(shù)在無人機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域的融合應(yīng)用，無人機(jī)將集成先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)和算法技術(shù)，豐富的傳感器和任務(wù)設(shè)備，可以自動、智能化地完成各項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。智能無人機(jī)與VR技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，未來成為具備智能視覺、深度學(xué)習(xí)的“空中智能機(jī)器人”，能夠自適應(yīng)、自診斷、自決策、重規(guī)劃，完全脫離人機(jī)一體的實(shí)體操作，可以實(shí)現(xiàn)飛行軌跡、操作控制的全過程數(shù)字化與自動化以及未來的交通管理過程的數(shù)字化，未來將能實(shí)現(xiàn)多機(jī)型集群完成任務(wù)和復(fù)雜任務(wù)自適應(yīng)處理的能力?！爸悄軣o人機(jī)”將能進(jìn)一步提升自主飛行的能力，它們之間將能相互進(jìn)行通信，以協(xié)商安全的飛行路徑并根據(jù)當(dāng)前情況自動實(shí)時調(diào)整航線，甚至在數(shù)據(jù)顯示風(fēng)險過大時完全中止飛行任務(wù)。在未來的某一天，人工智能技術(shù)驅(qū)動的無人機(jī)甚至能成為突發(fā)事件發(fā)生后處置的重要協(xié)同力量。

4.2 無人機(jī)集群技術(shù)

目前單平臺的無人機(jī)方式，適應(yīng)簡單和靜態(tài)的環(huán)境，面對不確定性強(qiáng)、動態(tài)的復(fù)雜環(huán)境，無人機(jī)的救援樣式也需要逐步向多平臺的“集群”（Swarm）作戰(zhàn)方向發(fā)展[3]。未來突發(fā)事件的處置現(xiàn)場會越來越復(fù)雜，單架無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的能力有限，多架無人機(jī)協(xié)同作業(yè)，以能力互補(bǔ)、行動協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)任務(wù)能力擴(kuò)展和整體作業(yè)效能提升。采用人工智能技術(shù)和自主決策的無人機(jī)，不僅可以實(shí)現(xiàn)有人無人集群的協(xié)同作業(yè)，也可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)群的協(xié)同配合，將逐步從簡單遙控和遠(yuǎn)程遙控方式向人機(jī)智能融合的交互控制，最終實(shí)現(xiàn)全自主控制方式發(fā)展[4]，無人機(jī)將具備集群協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的能力，會極大降低救援的危險性和短時間救援力量不足的問題。

展望未來，伴隨無人機(jī)技術(shù)和人工智能的飛速發(fā)展，應(yīng)用好無人機(jī)系統(tǒng)，建設(shè)好相關(guān)平臺，必將會對突發(fā)事件應(yīng)急救援產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。注重研發(fā)新型的適用于特殊救援場合和突發(fā)事件環(huán)境，將是無人機(jī)技術(shù)下一步研發(fā)的一個突破點(diǎn)。

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