警用无人机在高速公路救援中的系统设计

李雅坤

摘要：本文基于当今无人机应用领域的不断扩大，探讨将其应用于高速公路紧急救援中的可行性，为今后无人机在高速交通中的应用提出了展望。在对无人机研究现状和高速公路交警工作特点的调查基础上，尝试构建无人机平台与高速救援系统。从造型、功能等方面提出无人机平台的设计要求，设计具体的高速公路无人机救援流程。

关键词：无人机;高速公路;交通;救援

中国分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2018）07-0157-02

1 无人机的发展背景

现代社会科技产品的开发一直都是以军用到民用的发展路线，无人机也是一样。由于无人机本身所特有的优势特点，使得其在民用方面：城市管理、农业监测、环境保护、救灾救援及影视拍摄等也有广泛的应用空间。

1.1 社会背景

将无人机应用于高速交通安全管理中有着非常重要的意义。从近些年来高速公路安全管理的有关数据可以看出，目前我国高速公路的交通相对拥挤，交通事故呈上升趋势，因交通事故所引发的损失也相对严重。从高速公路交通管理的角度出发，高速公路出行畅通的需求强调对交通秩序的维护，而交通安全的需求则注重的是交通事故的处理。

1.2 技术背景

随着无人机技术的日渐成熟，机载设备小型化、防撞能力不断提高、信号传输能增强，无人机被越来越多地应用于各个行业领域。目前行业中民用无人机的三点核心技术为：

1）无线遥感技术。无线遥感技术是指通过机载计算机程序或无线电遥控设备来操控无人机、获取信息。

2）感知避让技术。是指无人机通过自身携带的传感器对当前飞行区域进行探测，探查是否存在飞行冲突，执行规避障碍物，避免发生碰撞，確保安全。

3）无人机航拍摄影技术。无人驾驶飞机作为一个飞行平台，以自身携带的遥感设备获取信息，用计算机对图像信息进行分析和处理，按照一定的精度比例要求制作需要的图像。

2 无人机在高速交通救援中的可行性

结合近些年来高速公路交通事故的发生率的相关数据可知，高速交通事故具有车辆损失严重、人员伤亡率高、极易发生二次事故的特点。因此，提高高速公路的通行状况、提升高速公路的安全管理体系也越来越成为急需要解决的问题。适时的将高科技技术手段运用在高速公路的救援系统中已成为现代高速交通管理中必须要考虑的问题。

2.1 无人机在高速交通中的应用

目前已有一些省市将无人机应用于高速公路管理中，重庆在节假日期间成功运用无人机为高速公路疏通道路。江西省在高速公路交通管理中使用无人机进行路况信息的采集，以便充分应对紧急交通问题。之后，无人机还将对高速公路上行驶车辆的违法行为进行抓拍取证，对高速公路交通事故的发生做出积极的防治。

2.2 高速公路突发紧急情况

通过对高速公路发生的紧急情况进行分析，将这些紧急情况进行归类，发现导致紧急情况发生的原因主要有车辆因素、人为因素以及交通因素三大类。

2.2.1 车辆因素

其中因为车辆因素发生的紧急情况主要有车辆的轮胎爆裂、制动装置不良以及灯光失效等硬件问题，提前预防这些问题主要通过驾驶员日常对车辆的保养检测。当驾驶员一旦发现车辆问题时，可以通过紧急求助系统对高速民警进行求助，民警在接到求助后，可以率先派无人机对问题车辆进行跟随并隔离其他车辆，防止严重交通事故的发生。

2.2.2 人为因素

人为因素导致的紧急情况与车辆因素相比具有更高的主观能动性，超速驾驶、疲劳驾驶、车距不当等引起的交通事故都是驾驶员操作车辆不当造成的。针对这些情况，可以通过无人机巡航对驾驶员进行监督，在适当的时候予以警告处罚，起到预防作用。 除了驾驶员驾驶不当造成事故以外，非机动车以及行人在高速公路上行驶也是引起事故发生的一个原因。针对此类情况，除了加强对高速公路出入口的管理外，加强对高速公路行车路段的日常巡逻同样很有必要。将无人机运用于其中，借由无人机机动性强，小巧灵活的特点，可以对高速公路实行更加全面有效的巡控，对一些因人为因素导致的事故发生可以做出提前预防。

2.2.3 交通因素

高速公路上车辆行驶速度快，一旦发生交通事故随之带来的就是交通拥堵，在事故发生造成拥堵后，后方车辆不了解前方的道路状况，很容易发生次生事故，使高速公路交通陷入瘫痪。针对这种情况，高速交警应做到防患于未然，在节假日等高峰期时，高速公路一旦出现拥堵，可以使用无人机对道路进行疏导，在发生事故的路段及时将路段信息传输出去，使后方车辆能够了解前方道路状况。

2.3 高速公路警察工作特点

本文研究的救援无人机主要针对的用户目标群体是高速公路警务人员。高速公路交警日常工作主要包括事故勘查、采集电子违法数据、在收费站和服务区对车辆进行检查和查处。

高速公路交警在工作模式上具有一定的强度，实行24小时不间断的勤务模式，并且有日间、夜间巡逻。将无人机应用在高速公路的交通安全管理中，不仅能够提高救援工作的效率，还能在一定程度上缓解高速公路交警的工作强度。

3 无人机平台设计要求及其救援流程设计

3.1 无人机平台设计要求

笔者基于对无人机在高速公路救援中的优势和环境人群进行分析的基础上，针对此类高速公路救援无人机提出了相关的设计明细，为实现无人机在高速公路救援中的应用提供理论基础和设计参考。

3.1.1 造型设计要求

从目前无人机市场上来看，无人机的外观大多采用了仿生设计，这与飞行器的发展历史有不可分割的关系，因为从第一架飞机的诞生就是对鸟类的一种模仿。在对高速救援无人机的整体造型进行设计时，还应从空气动力学角度出发，考虑风阻对无人机动力的影响。从形态到结构进行优化，这是因为无人机机体较小，携带的动力燃料有限，为了提高其续航时间，尽可能的使造型动感流畅、结构明确。除此之外，高速救援无人机应具有一定的专业性，在外观上与整个高速公路交通系统保持一致性，使其在执行任务时具有权威性和震慑性。

3.1.2 功能设计要求

高速公路救援无人机主要针对的是笔者在上文中提到的高速公路发生的三类紧急情况进行设计，主要功能是协助高速公路警察更快更高效的应对突发情况，提高工作效率，维护高速公路的交通安全。在现有无人机技术的基础上，该无人机除了无线遥感、感知避让、图像传输等功能以外，還需根据高速警察的工作特点，搭载扩音模块对违规行驶车辆行人进行喊话警告，搭载警示信号灯模块，在道路出现拥堵和事故发生时率先到达现场，对后方车辆进行路况提醒。

3.2 无人机救援流程设计

将无人机运用于高速公路救援中，需要有比较完善的救援系统和具体的操作流程来完成。从获取呼救信息、指派无人机先行救援、无人机进行现场勘查、救援队到达现场这一系列的行动，通过构建的系统流程确保每一步的准确实施与顺利进行。

具体救援流程。当车辆发生故障时，求助人员通过手机在高速救援平台向高速交警部门发出求助信息，调度控制室根据求助人提供的信息调度附近的警察和设置无人机救援模式，通过平台的GPS定位到达现场。针对高速公路发生的三类紧急情况，将紧急救援无人机设置为三种救援模式，并具有相对应的流程设计，如图1。

模式一：模式一主要针对的情况是车辆在高速公路行驶中，发生轮胎爆裂、制动装置不良以及灯光失效等故障。当接到车辆故障的救援指令后，无人机根据机载的定位系统到达故障车辆附近后，对后方车辆进行提示，远离故障车辆，并继续追踪故障车辆，防止危险发生，在交警和专业救援队到来之前，做好预防的前期准备。

模式二：模式二应对的紧急情况主要是在高速公路上发生的车辆追尾、碰撞等交通事故。当控制中心接到报警信息后，道路发生拥堵或交警距离事故事发地较远，无法及时赶到，指派无人机率先地道现场采集事故信息，并根据求助信息和回传录像调派救援队和医疗队赶往现场。在等待救援队到来的时间内，无人机通过自身搭载的设备对后方车辆进行交通疏导，确保紧急救援道路通畅不被占用。

模式三：模式三主要应用于高速交通流量大和交通事故所导致的交通拥堵。当道路发生拥堵情况，交通堵塞，交警无法及时赶到现场，无人机可以率先到达现场，并通过搭载的扩音设备和实时回传录像由交警控制，实现实时交通指挥。

4 结语

虽然近二十年来无人机在民用领域展现出了其巨大的应用前景，但对其形式和应用的研究可以说是任重而道远。本文探讨的救援无人机和其在高速公路救援流程的设计，都是基于无人机已有但并不完全成熟的技术对其应用领域进行分析探讨，为无人机的应用提出一种新的思路。无人机想要获得长足的发展，不仅需要加大应用领域和性能的提升，还需要相关法律法规的健全，本文的探讨和设计主要以前者为立足点，为未来的高速公路交通救援提供一种新的模式，使人们在高速公路上遇到危险情况时能够及时将求助信号传送出去，更快的获得救助，增加无人机与求助人员、高速警察之间的紧密联系。

参考文献

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