以赋能医疗急救领域为例的5G远程通讯无人直升机

2021-07-20李慕程陈健栋李炫君

探索科学(学术版) 2021年6期

李慕程刘帅陈健栋李炫君

北京理工大学珠海学院航空学院广东珠海 519005

前言

2020这一次典型的公共卫生安全事件,没有不可治愈的伤痛,没有不能结束的议论,给全世界人民带来了深重的灾难。同时也看到了全国人民团结一心,充分发挥“一方有难,八方支援”。新型技术和高科技产品的广泛应用为防控和救治发挥了重要的作用。各类消费级无人机奇招百出,在巡查领域成为疫情防控的“尖兵”,无人机可以每天多次巡查各个社区、村庄以及重要交通要道,对未佩戴口罩、违规聚集的市民进行“喊话”,劝导市民安心在家配合防控工作,预防传染,防控无人机以其独特的优势,在防控方面发挥了不小的作用。在此期间,无人机在体温测量、防疫消杀、航拍影像、空投物资、防疫宣传、高空照明、道路疏通等各个领域屡立奇功。但就无人机使用种类来说大多有着功能单一、任务单一的缺点,且均使用稍加改装的大疆消费级无人机或农林植保无人机与警用无人机,无法运送血清、血液等适温保存的医疗器械用品。消费级无人机载荷小,飞行不稳定,并不适应于条件复杂、任务种类多的医疗紧急任务。目前,国内还没有能够处理紧急医疗事件与公共卫生突发事件的医疗急救城市无人直升机。由此可见,具有一体化医疗事件处理能力的基于5G远程通讯网络的城市无人直升机具有广阔的市场需求。

一、基于5G网络的医疗急救城市无人直升机设计的目的

5G远程通讯技术和无人直升机技术的发展,为解决上述问题提供了可能。本项目目的就是针对上述问题,基于无人直升机和5G远程通讯设计的一款成本低、不受地面道路交通状况影响、具有快速反应能力、反馈及时的以赋能医疗急救领域为例的5G远程通讯无人直升机,实现一体化医疗紧急事件处理,即在最短时间内通过城市无人直升机进行实时视频,远程指导病患或身边的人采取紧急抢救措施,并将急救所需的医疗用品快速投送到病人身边,从而为院前抢救赢得宝贵时间。从功能层面上看,设计的无人直升机具有体温测量、防疫消杀、航拍影像、空投医疗物资、转运对储藏温度有特殊要求的药品或医疗物资、防疫宣传、摸排登记、高空照明、道路疏通等一系列医疗事件处理能力。续航超过40min,最大航程35公里,搭载Pixhawk光流传感器与超声波避障传感器,可实现定点自主起飞自动巡航以及自动返航,不受起飞场地限制、快速部署、操控灵活等诸多优点,适合完成各类医疗紧急任务。综上所述,本项目针对医疗紧急救援和传染病防控的需求特点以及地面交通难以确保实时畅通的实际,设计的一款基于5G远程通讯网络的城市无人直升机系统。在医疗急救领域主要用于争取医疗急救黄金时间、传染病实时防控监测、医疗器械用品的快速适温转移投送、危险生化用品的快速转移等紧急医疗事件。

二、基于5G网络的医疗急救城市无人直升机设计思路

根据无人直升机控制原理、飞行设计守则、飞行原理、机械设计基础等相关理论设计医疗急救无人直升机的主体模块所设计的以赋能医疗急救领域的5G远程通讯网络城市无人直升机采用机身长1010mm高310mm的自研式无人直升机平台,5G远程通讯网络的实现,与城市无人直升机稳定飞行是本课题的主要任务。基于5G远程通讯网络的城市无人直升机将会由机载设备采集实时数据,运用WebRTC异地组网技术实现实时通信,采用较为便捷且提供免费服务的蒲公英VPN进行应用。通过搭载Pixhawk光流传感器与超声波避障传感器,使用匹配法优化光流算法,实现飞行器安全稳定飞行。通过基于经验知识与系统辨识的自主起飞控制方法可实现定点起飞,自动巡航以及自动返航,实现区域自主防疫消杀,不受起飞场地限制、快速部署、操控灵活等诸多优点,适合完成城市各类任务。在以赋能医疗急救领域为例的探索中,其功能基本囊括现有疫情防控管制主要手段,整合现有医疗模块化功能,具有体温测量、防疫消杀、航拍影像、空投医疗物资、通过基于半导体芯片制冷的应急医疗箱设计完成转运对储藏温度有特殊要求的药品或医疗物资、防疫宣传、摸排登记、高空照明、道路疏通等一系列医疗事件处理能力。

三、基于5G网络的医疗急救城市无人直升机应用场景

1、天眼高悬·打造防控立体框架以高空拍摄为主要手段,可对视野无法触及的地方进行近隐蔽监测,通过发挥高空监察安全无接触、视野广阔、高效精准等防疫巡查优势,配合地面巡查人员,构建天上地下、全方位、无盲点的立体疫情防控监测体系。2、高效防疫消杀·保障复工安全相比传统的人工消杀,无人机防疫减少了人力成本,避免交叉感染。立体喷洒消毒药液,液体随气流扩散更快,覆盖范围更大,几乎达到无死角消毒。应用无人机喷洒消毒液,对收费站、办公区等公共场所进行空中防疫消杀,能够进一步防止和阻断病菌滋生蔓延,全力保障复工复产安全。3、空中亮嗓·宣传防疫“这位男士,现提醒您出门在外行走请佩戴好口罩,特殊时期请做好个人防护”、“下面四位爷爷奶奶,不要打牌了,戴上口罩赶紧回家!”…自疫情发生以来,多地密织防疫宣传网,通过无人机智能识别人群聚集地,远程喊话疏散,宣传防疫政策及知识。4、“东风”快递·使命必达在患者遇紧急性休克或失血过多情况下,以赋能医疗急救为例的5G远程通讯无人机急救箱系统内调温至血浆保存温度,并携带心脏除颤仪起飞后15分钟内到达指定区域,实现医疗物资的紧急配送。