警用无人机山区搜索的应用和展望

刘润南

（成都市公安局，四川 成都 610000）

山区复杂的地形和多变的地貌，使得搜索工作难度大，资源耗费多，人员风险高。随着无人机技术的发展，2007年美国科学家Michael A Coodrich和Joseph L.Cooper研究了无人机进行野外搜寻救援方案。2008 年汶川大地震和 2010 年玉树地震，无人机都参与了搜寻航拍，通过分析航拍图片拼接，总结归纳出了无人机在灾后搜寻救援中所起到的作用。［1］目前大部分学者主要研究的是自动化区域性搜索，针对灵活性非常强的警务山区搜索则鲜有讨论。

一、案例简介

2020年S省C市发生一起杀人案件，犯罪嫌疑人作案后乘坐交通工具前往C市西面山区之后行踪消失。次日，公安机关利用警用无人机对山区展开搜索工作。先通过航线飞行采集了重点区域的平面正摄图像，随后进行了仿地搜索飞行。重点范围确定之后，警用无人机通过视频直播的方式为现场搜索警力观察难以到达的位置，减少了不必要的安全风险。经过多日搜索，最终在树下找到了自缢嫌疑人的遗体，案件顺利终结。

二、战法提炼

从案例中可以看出，相比于搜救，警务山区搜索有着很强的目标不确定性，搜索范围往往也偏大。因此如何合理地利用无人机来节省人力物力，降低搜索风险就成为重点研究的方向。

（一）建立平面正摄图

通过案情规划出的平面搜索面积大约1.8平方公里，相当于252个足球场。传统地面搜索资源消耗多，安全风险高，搜索速度慢。无人机只需几个小时就可以完成区域高精度图像采集工作，这使得现场指挥层规划出合理的搜索线路，降低因为地形带来的风险。同时，其他警力还可以通过图像划分的方式实现多人协同搜索，大大提升了效率。

图1 高精度的平面正摄图和卫星图对比

（二）无人机空中搜索

1：500的平面正摄图虽然比卫星图清楚，但因为高度落差原因，地面相邻两物体在图像上表现出来的目标可能超过分辨率的限度，无法在图像上显示清楚，所以无人机现场仿地搜索飞行必不可少。

（三）视频引导搜索

对于现场搜查的警力来说，可以携带小型便携警用无人机对山区道路进行探索。不便于携带时，可以远端警力放飞无人机，通过视频直播的方式将无人机画面共享给搜索警力，实现辅助指引作用。

三、山区搜索的难点

山区搜索除了面积广以外，往往有着海拔落差高，地形地貌、气象复杂多变等特点，给地面和空中都带来了重重困难，需要一一去克服。

（一）地貌复杂

在植被茂密的山林中，可见光镜头难以实现细致搜索的目标，热成像镜头在温差不大的情况下，难以对静止目标或者温差不大的尸体进行搜索。此时应转为以环境侦查和路径引导为主、视频搜索为辅的搜索模式。

（二）气象多变

山区的气象条件复杂多变，强烈的山地气流会严重影响搜寻无人机飞行安全，甚至导致无人机坠毁。［2］气压的迅速变化对气压式高度计定高的无人机影响最大，可能导致低于安全飞行高度坠毁的情况发生。气温的变化除了对传感器造成影响和积冰以外，还会影响电驱动无人机的续航时间。低能见多出现在雨、雾天气，不仅导致图像采集质量变差，还对飞行的稳定性带来了影响。

（三）突发因素

突发因素主要是鸟类这类不可控的飞行物或者线塔这样的静止物。高压线塔的坐标位置属于国家机密，很难在航迹规划的时候避让，因此山区飞行时要额外做好飞行状态监控工作。

四、改进方向

警务现代化的变革，注定无人机必然会参与到山区搜索工作当中，因此对于战法的研习和改进尤为重要，结合山区飞行搜索的难点可以从以下几个方向改进。

（一）善用传统路径

自由规划航迹容易出现覆盖不全的情况，传统的矩形、螺旋展开式，平行往复式，扇形以及“∞”字形等搜索路径对于开阔地或者是相对平坦的谷地的搜寻来说更加成熟完善。首先是山谷开阔地搜索时，采“∞”字搜寻方式的搜寻效率最高，其次是扩展方形搜寻方式，扇区搜寻方式效率相对较低。［3］在飞行前，选取起降点的时候要充分考虑无人机的续航性能以及航线方向，尽量缩短飞行时间保障效率。

（二）引入算法路径

威廉· 哈密尔顿爵士和数学家克克曼共同在19世纪初，提出了广为流传的旅行商问题（TSP，Traveling Salesman Problem）。它可以简单的描述为：一名推销员要到N个城市进行推销时，怎样才找到去每一个推销城市再回到原点的最短路径。［4］无人机在知道重点点位后，想要解决最短路径问题最佳办法是采用蚁群算法，模拟退火算法，粒子群优化算法等算法规划路径。相比传统路径，算法路径更加灵活，对于地形的适应性也更强，相信随着技术的发展，算法路径一定会带来更加快速、安全和精准的搜救。

（三）优化线路规划

区域数据采集后，山区细节搜索应该在兼顾速度和覆盖面的基础上进行整体考量。例如，将山区地形高精度DEM数据导入到无人机中，通过仿地飞行来实现避免与山峰碰撞。［5］或者在无人机上搭载激光雷达，通过同步定位与建图技术（SLAM）来实现无人机的环境感知功能，［6］让无人机可以估计出自身位置，进而实现高精度的避障飞行。

（四）活用机型和挂载

根据地形、地貌、环境的不同，搜索时应选择合适机型和挂载。例如，裸山搜索时应使用固定翼无人机实现大范围数据采集；追捕逃犯时应挂载喊话器实现空中威慑；夜间搜索时应挂载探照灯实现指引地面；大温差搜索时应挂载热成像镜头实现热源追踪。所有的技术都是服务于人的工具，应该着眼于实现无人机技术和警务工作中的深度融合。

五、结语

山区警务搜索不同于一般的空难或是灾后搜索，它有着目标小，逃窜性强，不可预测性大的特点，搜索难度呈现几何倍数增长。加之当前对此缺乏系统化的总结提炼，山区警务搜索还任重道远。不过相信随着无人机的普及，科学技术的发展，对于警用无人机这项工具的运用也会更加趋于日常化，山区警务搜索一定会向着地空一体更加高效、更加智能、更加全面的方向发展。