无人机野外救援技术探索

汪洋 余琴琴 张华利 王丹鹤

摘 要：本文通过研究探索多旋翼无人机平台的救援方式，整合一些简单实用的方法与技术，实现全天候、无死角的综合救援，从而减少野外人员伤亡，减小救援人员的救援风险以及救援成本，大大的提升救援效率。

关键词：无人机；野外救援；无人机救援

中图分类号：G873 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）22-0207-02

随着无人机技术的不断发展，有效荷载的不断涌现，无人机被应用到越来越多的领域，其中，就包括了野外救援。无人机应用于野外救援，可以极大的提高救援效率以及救援成功的概率，同时，减小了搜救成本，并进一步保障了搜救人员的人身安全。

但是，目前已有无人机有效载荷相对单一，主要为可见光相机，只能够在白天完成一些特定条件下的救援任务，而无法应对以下一些状况：（1）等待救援人员隐藏于树林、山洞等遮蔽体内，无法侦查到；（2）夜间无法救援，由于无人机采用的是可见光相机，夜间是无法进行救援的；（3）找到等待救援的人员后无法与之交流，这将无法获知被困人员最迫切的诉求，或者获知其他有利于救援的信息；（4）无人机找到被困人员后，无法在救援人员到来前为其提供迫切急需的物资，如水、食物、药品等，这些物资能够极大的提高被困人员的生存概率。

如何解决上述问题成为未来无人机救援的关键点，本文旨在利用已有的技术条件下，运用最简单的办法解决上述问题，尽可能的挽救户外失踪人员的生命。

1 载机的选择

在选择工作载荷的载机时，应注意以下一些问题：（1）载重能力；（2）续航能力；（3）便携性；（4）操控性能。无人机的几个常见机型：多旋翼、固定翼以及直升机，各有各的优缺点。固定翼航时长，但是载重能力差、不便携带，无法应用于综合性的救援无人机；直升机载重能力强，采用燃油动力续航能力也较强，但是非常笨重，无法携带；多旋翼的续航能力稍差，但是优点是操控性非常好，载重能力较强，且能够折叠，便于携带，相较于其他两种机型，更适合作为目标大致方向比较明确的野外救援的无人机载机，本文选择以多旋翼无人机平台作为救援无人机载机，以适用不同的救援环境。无人机飞控系统可选用PIX开源飞行控制系统，拥有丰富的扩展接口，扩展性能非常好，同时PIX飞控系统使用的地面站可以拉取谷歌地球的地形文件，规划航线航迹，故而非常适合野外救援。无人机户外搜寻方式如图1、图2所示。

2 解决思路

按照上述提出的问题，解决的思路是尽量针对性的采用现有的一些方法技术来解决提出的问题。可见光无法穿透遮蔽体，但是声波却具有极好的穿透性，即便是隐藏于山洞，也能够听见，同时，利用声音也可以与被困人员形成交流。夜间，在野外没有光源，可以为无人机增加光源，同时，红外热成像技术利用的是不可见光，人体与周围环境存在明显的温差，因此，也可以利用不可见光进行人员搜索。最后，可为无人机增加投掷抛物器，为被困人员提供紧急物资。

3 实施方法

通过为无人机安装不同的工作模块，完成不同时间，不同救援情况下的工作，各工作模块独立可拆卸，在不适宜当前情况时，拆除多余模块以减轻无人机起飞重量，增加续航时间。

图像系统是无人机救援的基础设备，包含了相机、云台及图像传输系统。其中用于救援的相机包含适合白天救援的普通光学相机以及适合夜间救援使用的红外热成像相机。红外热成像相机是通过热敏感CCD捕捉物体或人体对外辐射的热红外线，反映物体或人体外表的温度场。因为人体与外界温度差异较大，因此可利用此技术进行夜间搜救，只需将白天使用的普通相机换成热成像相机即可。

声音可以穿透树木甚至是山洞等遮蔽体，为等待救援的人员提供远距离且明确的救援信号，且找到人员后能够与之进行交流，解决此问题可通过安装声音模块完成，主要包含天空端和地面端。其原理是在无人机载机上安装扩音设备，此设备接收地面端发射的音频调制信号，经解调后播放出去。地面端设备为手持对讲设备，麦克风接收声音，转换成音频电信号，信号经锁相环和压控振荡器产生射频载波信号，此信号经激励、放大，并滤除噪音后，由天线发射出去。天空端收到信号后，经解调、滤波，再放大功率，由扩音器发出声音。

夜间救援时，可为无人机安装光源模块，主要包含两个部分，固定光源和可調角度光源。固定光源可安装在载机电机下方，可切换不同的闪烁方式，以告知无人机位置；可调角度光源其角度跟随相机云台，与相机的角度保持一致，可为普通相机提供光源。

找到等待救援人员后，利用无人机记载抛物器，投掷紧急物资，如药品、水、食物以及对讲机等等，以方便人员首先展开自救。

4 工作流程

白天搜救时，可拆下角度可调光源以及抛物器，以减轻重量，增加续航时间。无人机起飞后，可按设计好的航线飞行，飞行中，扩音设备持续发送搜救信号，告知等待救援人员马上走到空旷处，配合提供明显的标志或者发送求救信息，如脱下衣服晃动或者点起烟火等。普通相机和热成像相机相辅寻找失踪人员。找到救援人员后，声音模块地面端喊话器与人员进行交流，安抚情绪，待人员明白后返航，安装抛物器载取紧急物资并投掷给等待救援人员，地面搜救人员此时可前往救援。

夜间救援时，采用红外热成像相机，普通相机可拆下或者利用光影辅助使用。拆下抛物器，以减轻重量。无人机起飞后，除同白天救援时一样进行搜救外，还应额外注意飞机高度变化及地形变化，可参考地面站获取的地形信息，以保证飞机安全。固定光源可让地面人员明确知道飞机位置，可调角度光源可以为飞机提供前方障碍物信息等等。其他步骤同白天搜救时。

详细救援流程如图3所示。

5 结语

传统的救援方式，不仅效率低下、成本极高，而且还会给搜救人员带来极大的危险。利用无人机技术代替人工完成部分搜救任务，不仅效率是传统搜救方式的数十倍，成本更低，而且能够将搜救人员的危险降到最低。但是，目前已有的无人机救援能力单一，这需要我们进一步的进行探索。

本文利用了最简单的一些技术手法，将一些简单的硬件设备通过搭载于无人机，利用远程遥控整合，从而实现了无人机救援方式的多样化、平台化。并且，本救援无人机平台还能够实现空地交流，更有助于救援工作的开展，在找到人员后还能第一时间提供紧急物资，极大的提高了人员生还的可能性，有极大的创新性。

参考文献

[1]张峰.无人机在救援方面的应用及发展[J].中华灾害救援医学，2015，（11）：641-645.

[2]张峰.国外救援无人机的发展现状[J].中国医疗设备，2016，（06）：175-177.

[3]卓星宇.无人机山区搜寻方法研究[D].中国民用航空飞行学院，2017.