无人机在西藏地区高原雪山人员搜救中的应用探讨

张建卫

摘要：近年来，随着经济发展，入藏旅游、转山朝圣的人数增多，被困高原雪山的情况也在增长。高原地区自然环境恶劣，容易造成严重的高原反应，给人们的生命带来威胁。在救援过程中，有可能遇到道路阻塞、通信中断、保障不足等困难，使救援的风险和难度增大。无人机具有飞行速度快、高空视野广、搭载功能多、风险成本低等优势，可以在雪山搜救被困人员的过程中发挥搜索、通信、安抚、运输等作用，增强救援效率，减少风险。文章围绕高原雪山人员搜救任务的特点规律及潜在困难研究分析，对应用无人机开展这类搜救任务进行探讨。

关键词：无人机;高原雪山;人员被困;搜救

地理學把海拔高于1000m，地势相对平坦或者有一定起伏的广阔地区称为高原;医学上的高原是指海拔高于3000m的地区[1]，这个区域具有高寒、低压、缺氧的特征，如果有人长时间被困，很可能出现高原反应，严重时危及生命。西藏自治区海拔高、雪山多、冬季长，高山冰雪灾害导致人员被困的情况逐年增多，单纯依靠人工救援有可能因恶劣的自然条件，在人员搜索、现场通信、后勤保障等方面受限，亟需一种新的技术手段提高救援效率，降低安全风险。

1  任务特点及趋势

高原雪山搜救是近年来任务中较为新型、增长较快的一类任务，我们对此类任务的趋势特点进行了统计分析。

1.1  任务量显著增加

西藏地区平均海拔4000m以上，是典型的高原地区。与此同时，随着国家经济社会建设发展，人民生活水平不断提高，朝圣、转山等宗教活动和旅游、探亲等群众性活动不断增加，并且冬游西藏、冰川探险、攀登雪峰等极限挑战运动也逐年增多，被冰雪灾害威胁的可能性也不断加大。2020年12月20日，网红“西藏探险王”在那曲市依噶冰川探险过程中遇难;2022年2月9日，5名游客在阿里地区冈仁波齐山转山遭遇暴风雪，2人失去生命。

1.2  任务时间覆盖全年

由于气象条件变化，特别是近两年受拉尼娜现象影响，冬季暴雪降温等极端天候概率明显增加。此外，全区约2.8万km2的面积常年被冰雪覆盖，主要分布在林芝市、阿里地区和日喀则市。因此，全年都可能发生人员被困雪山的情况，重点时段在秋冬季，重要区域在藏东南和藏西、藏南高海拔地区。

1.3  任务区域集中在道路沿线和人口居住区

西藏地区道路总里程约9万km2，多数分布于高海拔区域，如青藏公路109线和新藏公路219线平均海拔4000m以上，川藏公路318线进入西藏后平均海拔超过4500m。多数警情是由于车辆性能不足或者塌方雪崩阻塞交通，导致司乘人员被困。此外，藏区基础设施建设薄弱，一旦出现极端天气，很可能造成牧区群众被困、牲畜走失。

1.4  任务目标以弱势群体为主

这类人员时间及经济上较为宽裕，自然流动频繁，但自救和抵御风险能力较弱，特别是区外人员对风险预判和准备不足，极易出现被困情况。

2  高原雪山被困导致人员伤亡的原因

据统计，暴露在高原环境数小时，生理机能和心理参数会发生显著下降，甚至诱发心脑血管、肺水肿等疾病，加之被困前准备不足，以及恶劣的自然环境，人的生命很可能遭到威胁[2]。

2.1  缺氧

大部分雪山人员被困发生在海拔4000m以上的区域，含氧量仅为内地的47%左右，冬季尤甚。长时间处在缺氧环境中，容易诱发严重的高原反应，特别是外地游客未能完全适应高原环境，反应更加强烈。研究表明，低氧环境可以对人的意识和认知功能产生较大影响，造成视听觉感知力、注意力、短时记忆力、思维判断力下降等症状[3]。部分被困者在等待救援时，往往情绪激动，甚至难以正确表述所处的位置和现状，如果没有及时补充氧气，也可能出现生命危险。

2.2  失温

失温是指人体热量流失大于热量补给，从而造成核心区温度降低，并产生一系列寒颤、迷茫、心肺功能衰竭等症状，至最终造成死亡的病症[4]。一般来说，海拔每升高1000m，气温会下降6℃。高原雪山气温较平原地区显著降低，而且昼夜温差较大，一旦被困者短时间内没有得到有效救援，或采取有效保温和能量补给措施不及时，很可能造成重度失温，威胁被困人员生命安全。

2.3  压埋及摔伤

由于高原地形复杂，多数人员被困现场环境恶劣，塌方、泥石流、雪崩等灾害随时可能出现。“4·3”察隅益秀拉山救援途中，遇到2次塌方、1次雪崩，甚至最近的雪崩区域距离被困人员不到100m。被困人员缺少情况判断能力和保护措施，稍有不慎就可能发生压埋、坠落等危险。

2.4  迷失

部分被困人员在等待救援过程中由于经验不足，加之避险指导不够及时，有的情绪紧张、惊慌失措，可能会试图自行逃生，很容易在野外迷失方向，给救援增加难度。一旦补给中断或者保暖措施不到位，甚至造成伤亡。

3  救援行动面临的困难

高原雪山出现人员被困时，往往伴随着复杂的地形和恶劣的环境，给现场救援造成很大的难度。综合考虑救援全程，需要重点考虑以下问题：

3.1  力量投入难

西藏地区地广人稀，现有救援力量难以形成有效覆盖，加之各类设施建设基础薄弱，机动和救援时间通常比较长，途中也可能由于道路和设施损毁，需要等待疏通，很难第一时间到位和集中力量投入。

3.2  救援难度大

人员在野外遇险后，通信很可能中断，通话时断时续，对被困位置以及现场情况很难全面掌握，现场也可能发生意想不到的变化。并且，被困人员心态随着时间推移和通信、给养、油料消耗殆尽，等待救援的信心和耐心也会逐渐减弱，出现放弃等待、盲目逃生等情况。

3.3  责任风险高

搜救队伍在途中时刻面临天气、地形等带来的风险，随时可能因为恶劣环境导致自身陷入险地，出现进退两难的窘境;搜救队伍到达现场后，还可能遇到被困人员疾病、走失等问题，一旦处置不当，容易引发严重后果。

4  应用无人机开展高原雪山搜救任务的探讨

无人机是指不搭载操作人员，采用空气动力为飞行器提供升力，能够自动飞行或远程引导，可一次性或多次重复使用，携带各类有效载荷的动力空中飞行器[5]。欧美等发达国家应用无人机参与搜索救援、防灾减灾等活动起步早、智能化程度高，如2006年美国卡特琳娜飓风搜救，以及2011年日本福岛核电站因地震引发的海啸导致核泄漏事故后，对核辐射范围调查和后续搜救等救援行动中，各类无人机都发挥了显著作用[6]。随着无人机技术的创新发展，其适应性和实用功能越来越贴近实战要求，将无人机技术与高原雪山搜救相结合，能够有效提高任务的效率和安全性，是一个非常有价值的研究方向。

4.1  优势作用分析

通过总结以上案例，结合高原雪山搜救任务的特点，无人机具有以下优势：一是飞行速度快。无人机可以在空中直线飞行，捷径到达指定位置。在高原雪山搜救中，由于地形复杂，温差较大，加之可能遇险受阻，救援人员难以快速抵达现场，无人机可以迅速展开作业。在组织林芝察隅“10·27”森林灭火过程中，火场往返路程远、耗时长，给养物资难以运送，组织无人机投送给养和装备，保障一线人员第一时间吃到热饭。二是高空视野广。无人机是一种航空器，在空中俯瞰的观察范围大、视野广，可以实现更好的覆盖作用。2020年3月福建某酒楼夜间发生坍塌事故，救援现场利用无人机实现了长航时高空照明，保证了夜间救援行动的正常开展;新冠肺炎疫情暴发初期，无人机也为武汉“火神山”“雷神山”医院的昼夜施工提供了照明保障;2022年3月22日，东航MU5735航班坠机救援中，无人机携带应急通信高空基站为现场5km范围提供通信覆盖[7]。三是辅助功能多。无人机可以搭载集成搜索、投掷、摄像等多种功能单元，辅助救援人员实施搜索救援行动，解决单纯依靠人力无法作业的难题[8]。2020年7月14日，江苏省常州市警方接到报警，请求帮助寻找因家庭纠纷负气出走并可能自杀的一名女子，警方通过路面监控确认，该名女子独自一人走入了空旷的芦苇荡，随后迅速开展搜索，在持续4个小时仍无进展情况下，119指挥中心通过无人机搭载红外热成像仪，仅5min左右即发现了躺在芦苇荡中央的目标女子，并指引警方将其成功救出。四是风险成本低。无人机可以前往救援人员难以到达或者无法快速到达的，如悬崖、沟谷等区域，代替人工开展作业，减少恶劣环境条件给救援作业带来的风险。2008年汶川地震救援中，灾区内所有通信线路被破坏，航测飞机受恶劣天气及环境因素影响无法飞行，国家相关部门派出专业人员，利用无人机的遥感航拍技术将现场图像回传指挥中心，将灾情信息传递出来。

4.2  应用性研究

根据无人机的上述功能和优势，我们设想无人机在雪山搜救任务中可以发挥以下作用：一是人员搜索。无人机可以对地面区域进行覆盖式搜索，还可以搭载远焦红外热成像设备，精准寻找人体目标[9]。同时，也可以搭载信号源搜索设备，对拟定区域内的移动信号端进行大范围搜索，通过与移动、联通、电信公司信息共享，能够查明信号终端设备的归属，达到确定被困人员身份和位置的目的。二是通信中继。一方面，可以利用无人机为现场提供自组网平台，减少山体遮蔽对任务通信的影响;另一方面，可以对接移动、联通、电信公司，为被困者提供公网信号覆盖，方便了解和沟通现场情况。三是喊话安抚。在救援人员暂时无法到达的区域，可以利用无人机向被困人员喊话安抚情绪，进行避险指导。在搜索过程中，也可利用扩音系统呼唤失联人员，增加搜索成功概率，尽快发现被困人员所在位置。四是勘察摄像。无人机搭载3S技术设备，能够快速勘察现场情况，扫描成图或视频回传，供指挥研判参考。此外，全方位拍摄救援行动过程，记录被困人员情况，进行现场取证，为事后移交提供依据。五是运输物资。在确定被困人员位置，但救援人员无法第一时间到达时，可以利用无人机运输必要的防护用品和食品、水、药品等，增加被困人员的生存概率，为救援赢得更多时间;也可在搜救过程中，给救援人员补充给养、运送装备，保证救援连续进行。

4.3  机型选择思考

从起降类型上来说，除大型无人机外，目前市场上的无人机主要有4类：一是多旋翼无人机。平均最大飞行高度6000m，巡航速度约40km/h。优点在于可以原地起降，在空中悬停，便于开展救援作业;缺点在于续航时间短，很难超过30min，抗风性较弱[10]。二是固定翼无人机。平均最大飞行高度超过6000m，巡航速度超过80km/h。优点在于续航时间长，可以达到2h以上，并且飞行速度快，覆盖范围广，抗风性较强;缺点在于需要跑道或者专业起降设备，且由于飞行速度快、相对高度大，锁定搜索目标的精度不高，也无法悬停作业。三是垂直起降固定翼无人机。此类无人机兼具多旋翼和固定翼无人机的优点，通过旋翼起降，在空中以固定翼模式飞行，但通常载重较少，难以承担物资运输任务[11]。四是系留式无人机。通过有线连接为无人机提供动力和通信，优点在于可以长时间置空，主要用于现场照明和长时通信保障;缺点在于升限高度有限，在高原雪山环境中难以覆盖有限，且配件较多，携带和展开困难。因此，在机型选择上，建议搜索组使用垂直起降固定翼无人机，主要开展搜索、侦察作业;救援和后勤医疗组使用多旋翼无人机，用于装备物资投送;同时，随时关注无人机技术发展，综合发挥不同类型无人机的作用。

4.4  性能及配置预研

无人机是一种平台，用于高原雪山搜救任务时，需要从各个方面进行设计，使其满足任务需求。一是外观体积。由于高原雪山搜救任务的特殊性，无人机体积不宜过大，插件不宜过多，满足便于装载携带和作业展开的条件，具体为：作业准备时间≤15min，动力源更换时间≤2min;载重型无人机需要集成车辆时，以小型越野车辆为主。二是性能参数。救援型无人机与灭火型无人机相比，可以适当减轻载重，但需尽量增加续航时间和抗风性和飞行高度，以及更加强大的通信链路，能够满足视频、音频和指挥控制需要。建议多旋翼无人机载重≥15kg，续航时间≥30min，在5级风条件下正常作业，在6～7级风条件下安全返航;垂直起降固定翼无人机载重≥3kg，续航时间≥2h，在6～7級风条件下正常作业;系留式无人机升限≥100m，置空时间≥12h;各类型无人机控制和图传链路可靠传输距离≥10km，且能够360°全向信号覆盖，具备树木和山体遮挡下的通联能力。三是搭载平台。具有快速接口或便捷展开方式，能够灵活转换运输、喊话、摄像、照明等功能平台，与控制系统瞬时通信，准确成像。

4.5  無人机分队建设的设想

应用无人机开展雪山搜救，是一项技术性较强的工作。但目前内、外部条件和技术平台仍需改进更新。从构成上来说，应以队伍人员为主，建立常态化专业任务分队，与应急、空管、军警、医疗建立联合联动机制，理顺部门关系，厘清权责界限，缩短上传下达链路，把宝贵的时间节约出来用于搜索救援。从硬件上来说，需要加强车辆、搭载平台等装备配备，推进指挥中心、便携式地面站、通信中继站以及指挥操控系统等配套设施建设，组织无人机操作手、指挥员、维修定检与加改装技师等人员培训培养和多部门、多要素结合的实战化训练演练。从技术发展上来说，随时关注无人机技术进展，加强与地方科研院所、大专院校、专业企业合作，针对高原搜救任务需要，研究设计专业无人机，从而使救援的效率更加高效精准。

参考文献：

[1]罗勇军，马四清.急性高原反应发病的危险因素相关研究进展[J].第三军医大学学报，2019，41（8）：723-728.

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[4]薛冰.如何避免失温和有效施救[J].现代养生，2021，21（11）：69-70.

[5]于学鑫.基于MPU6050的微小型无人机AHRS设计研究[D].呼和浩特：内蒙古工业大学，2016.

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[11]刘志豪.多飞行模式垂直起降无人机设计及控制系统研究[D].上海：上海交通大学，2019.

Discussion on the application of UAV in the search and rescue of people in Tibet plateau snow-capped mountains

Zhang Jianwei

（Tibet Autonomous Region Forest Fire Brigade，Tibet  Lhasa  850011）

Abstract：In recent years， with the development of the economy， the number of people who travel to Tibet and make pilgrimages to the mountains has increased， and the situation of being trapped in the plateau snow-capped mountains is also increasing. The harsh natural environment in plateau areas can easily cause severe altitude sickness and threaten people's lives. During the rescue process， it is possible to encounter difficulties such as road blockage， communication interruption， and insufficient security， which increases the risk and difficulty for rescuers. Unmanned aerial vehicle （UAV） has the advantages of fast flight speed， wide high-altitude vision， multiple carrying functions， and low risk costs. They can play the roles of search， communication， comfort， and transportation in the process of searching and rescuing trapped people in snow-capped mountains， enhancing rescue efficiency and reducing risks. The paper focuses on the research and analysis of the characteristics， laws and potential difficulties of personnel search and rescue tasks in the plateau snow-capped mountains， and discusses the application of UAV to carry out such search and rescue tasks.

Keywords：UAV; plateau snow-capped mountains; people trapped; search and rescue