无人机在寒区卫勤保障中的应用

徐广振，岳海云，刘同亭，孙文波，朱伟杰*

（1.联勤保障部队第960 医院神经外科，济南 250031；2.联勤保障部队第960 医院基础医学实验室，济南 250031；3.联勤保障部队第960 医院消化科，济南 250031；4.联勤保障部队第960 医院医学工程科，济南 250031）

0 引言

我国国土辽阔、地形复杂、气候类型多样，根据月平均气温等气候因素，分为温区、热区和寒区三大部分。与温区相比，受气候、地形、战况等因素，寒区的卫勤保障更为困难[1]。无人机又称无人驾驶飞行器系统，作为通过无线遥控或自主智能飞行系统控制的无人驾驶飞行器，其取消了驾驶员及其保障系统，因此尺寸更小、质量更轻、负载更多、起降更灵活，已成为现代战争中重要的空中作战力量。随着无人机系统的成熟，其在抢险救灾、户外遇险人员搜救等非军事行动中取得了良好成效，但目前无人机应用于寒区部队卫勤保障领域的报道相对较少。本文通过研究寒区卫勤保障面临的具体困难，详细阐述无人机在卫勤保障中的重要作用，以及无人机在寒区应用中存在的不足和建议。

1 寒区卫勤保障面临的难点

寒区年平均气温低、环境恶劣、地形复杂、运输困难、医疗资源供应不足，低温、降雪、复杂地形地貌等因素给寒区战时伤员救治、物资运输等带来诸多不利因素[2]。

1.1 环境恶劣，疾病发生率高

寒区气温低，常发生暴风雪、冰冻等极端天气，在低温环境中易发生冻伤、消化系统疾病、呼吸系统疾病等，且寒冷环境中抵抗力下降，容易感染传染病，在部队聚集性居住的环境下，易出现传染病的暴发和流行，造成非战斗减员[3]。

1.2 温区转入寒区，防寒训练紧迫，冷习服周期长

我国各战区部队有不同的作战任务区，但随着国际及周边形势的复杂化，各战区、各军兵种跨战区、跨气候区作战将成为常态，作战部队驻地与作战任务区的气候差异会给部队卫勤保障带来较多困难，而由温区转为寒区所面临的困难尤为明显。部队由温区迅速转入寒区，部分官兵缺乏寒区生活经历，人员、装备对寒区气候适应性较差，卫生勤务人员缺乏相应环境下的训练，增加了救治难度[4]。

1.3 地形复杂，伤员搜救困难

高原寒冷地区地广人稀、地形地貌复杂，给伤员的搜救带来非常大的困难。常规伤员搜救方式主要依赖各排卫生员，搜索方式单一且搜救效率较低、时效性较差，极易造成遗漏，导致伤员不能得到及时救治。

1.4 冰雪环境交通不便，伤员前接后送困难

目前寒区伤员的后送方式主要通过陆运，包括铁路运输和公路运输。铁路运输容易受铁路线路影响，公路运输相对灵活方便[5]。但是冬季严寒地区易积雪，道路易结冰，险阻地段较多，车辆人员通行困难。寒区地形地貌与温区不同，尤其是那些永久性冻土、永久性积雪区缺乏正规道路，通行条件差，加之高原地域广阔，后送线路长，较长时间处于低温缺氧环境，加重了伤员的病情，同时增加了后送人员的负荷量，造成事故隐患增加[5]。这些因素都严重影响了伤员的积极后送和救治[6]。

1.5 补给线路长，医疗物资供应困难

寒区卫勤保障所需药品耗材消耗量大，又由于低温影响，液体类药品容易冻结，而疫苗类药品冻结后容易发生变性，导致免疫失效，并造成不良反应。另外部分药品对温湿度要求较高，即使采用保温桶或者包裹棉被的方式，也只能短时间内维持在合适的温度，过高或过低的温度对药品的药效造成严重的影响，甚至造成伤员的二次伤害[7]。这就要求要尽量在短时间内快速将药品运输到一线，但医疗物资补给易受道路路况和自然环境的影响，往往不能及时足量供应到位。因此，迫切需要解决物资供应困难的问题。

2 无人机在寒区卫勤保障中的应用

面对上述的诸多困难，无人机因其方便快捷、行动迅速等优势，正好应对寒区卫勤保障的难点。

2.1 卫生勤务侦察，制订救援计划

卫生勤务侦察包括战前搜集军事行动区域影响战斗人员健康的环境因素，也包括战斗中战场伤亡形势的分析评估。传统的卫生勤务侦察依靠卫勤人员深入作战区域实地侦察，耗时耗力，且效率不高。通过无人机搭载高清摄像头及诸多传感器，可快速了解战斗区域地形、地貌、植被、水文等相关信息，为卫勤指挥决策提供支持。特别是在受到核化生污染的区域，利用无人机搭载的监测仪器，查明污染范围、污染类型，避免人员损失。另外，战斗中实时监控战场环境，通过无人机视频适时传输回后方指挥部，进行战场环境侦察、敌方火力侦察，估计战斗减员率，辅助制订救援计划[8]。

2.2 伤员搜救

搜救伤员或失踪人员是救援的重要环节。传统的搜救方式依赖伤员呼救或卫生员查找，效率低且浪费宝贵的救治时间，而且现代战争的作战单元小型化、作战任务精确化、作战地域分散化的特点使战场环境更加恶劣，伤员散布在战场各处，更难被发现和救援，战场救护更加困难，仅依靠人员难以完成伤员救治的需要，给卫勤保障带来了巨大挑战。因此，结合无人机完成战场搜救成为了更好的选择，在高效完成搜救的同时也避免了卫勤人员在救援中不必要的牺牲[9]。

相比于人眼视力搜索，无人机可搭载光学、红外、激光甚至生命探测仪等设备，在复杂环境中搜索人员的能力大大提升，更容易发现昏迷的伤员[10]。而且无人机居高临下，搜索范围更广，不容易被植被、房屋等遮挡，效率更高，不容易遗漏。对执行特殊任务的人员、遇险的飞行员等特殊人员，无人机比传统的通过人员进行搜救的方式更具优势。另有研究发现无人机搭载多光谱相机的地面伤员识别技术可有效识别出战场环境伪装状态下的伤员[11]。

多种传感器可以增强搜索效率，但是诸多传感器在体积、质量、功耗上都存在限制，与之相比，人体识别技术有着特殊优势，目前研究最广泛的是方向梯度直方图（histogram of oriented gradient，HOG）特征，通过算法在复杂图像中识别出人体轮廓特征来达到搜索伤员特别是危重伤员的目的，这种方式已经在无人机视角、无人车视角等多种场景中得到验证[12]。

除了被动式搜索，目前正在开发的智能伤员手环配备人员定位通信模块，可配合无人机系统实现主动通信，可以实现加密数据通信、无线电搜寻、卫星定位、健康监控等功能。手环既可以监测人员生命体征，又可以作为电子伤票，一旦人员受伤，可通过手环迅速确定伤员具体位置，及时通知搜救无人机人员受伤情况并展开救援[12]。

2.3 远程救护

战现场急救中，时间就是生命，“白金10 分钟，黄金1 小时”的战现场急救理念已经深入人心。为了克服寒区道路不畅、距离较远等不利因素及急救人员无法立即展开急救的短板，急救无人机应运而生，其搭载除颤器、呼吸辅助系统，能够在短时间内到达需要抢救的伤员处，实现对伤员的现场急救[13]，甚至可以搭载移动手术机器人系统，通过远程操作该系统，达到快速救治的目的[14]。

2.4 伤员后送

伤员后送一直是卫勤保障中的难题，既往我军主要依靠前送物资的车辆返程时后送伤员，且卫勤部门一般缺少独立的运送力量，需依赖运输单位支援。车辆后送伤员易受到路况、天气、地形地貌等多方面因素影响。而无人机具有垂直起降、机动性强等优点，可以突破灾害现场环境、交通情况、地形地貌、力量部署和场地等局限，可实现精准“点对点”伤员后送，将伤员快速后送至灾害现场外的专业救治机构，减少伤员的伤亡及二次伤害，大大提高了救援工作的灵活性、快速性、精准性和高效性[15]。世界各国十分重视伤员后送无人机的论证与研究，已开展多种类型伤员后送无人机的设计与研制，取得了较好的成果。目前，伤员后送无人机基于有人驾驶飞机和非载人无人机发展而来，尚处于概念设计和测试阶段，安全性和可靠性有待进一步验证，距离实用还有很大的差距[15-17]。

2.5 医疗物资配送

无人机快速机动是其最大的优势，在战场上，无人机的空中优势将有力克服高寒地区道路结冰积雪、地形地貌复杂、战场环境危险等不利因素，开辟空中急救运输通道。无人机可根据定位信息自主或人工遥控飞向目的地，将医疗物资快速投送到目标地点。例如，无人机搭载快速战场止血器、止血药等急救物资，可实现对伤员的快速搜索，并将伤员急需物资快速送达，起到战场急救的作用[18]。无人机搭载医学救援物资直接参与战场救治的可行性和可靠性已得到验证，我军已经多次实施无人机物资配送，特别是山高路远、大雪封山的高寒地区，克服大风、严寒等诸多不利因素，圆满完成任务，得到了满意的结果[19]。无人机执行战场物资配送将会是未来后勤保障领域的一个重要研究方向，其中配送任务的分配是实施战场物资无人机配送的关键基础，只有科学合理地分配任务，才能真正发挥无人机配送的优势[20]。

2.6 水质检测

无人机平台具有自主、远程、高效、全天候、安全等特点，将无人机系统与水质检测系统结合起来，旋翼无人机悬停于水面之上，可实现水体的pH 检测、毒物检测、浊度检测等，提高检测效率及安全性，在部队应急救援、战场侦察等特殊环境下也可实现全天候自主巡航水质监测[13]。

3 无人机在寒区应用中存在的不足及建议

无人机的应用虽然广泛，但其发展处于初级阶段，仍有诸多不足，受环境因素影响也较大，特别是寒区受到低温、大风、地形等因素影响，降低了无人机的电池性能、续航时间、飞行高度、通信距离、承载能力、安全性、可靠性等。

3.1 续航时间明显缩短

在寒冷环境下飞行会对无人机产生多方面的影响，极端的自然环境会对无人机的电池提出更高要求。最主要的是寒冷天气会缩短电池使用时间，影响无人机续航。多数无人机使用锂聚合物（LiPo）电池，当天气变冷时，锂电池转换效率降低，从而使电池容量降低。充满电的无人机通常可飞行20~25 min，在寒冷环境中仅能维持10~15 min。在极端情况下，低温会使电池容量出现断崖式下降，甚至出现电池故障。因此，在寒冷条件下，必须有相应对策才能保障无人机的飞行安全。电池在低温环境下的性能是无人机在寒区使用受限的重要因素，目前主流无人机设计用于在0~40 ℃的温度范围内飞行，在室外环境中，特别是环境温度低于0 ℃以下时，电池必须使用预热及保温措施。另外，在执行任务前必须进行检查并将电池充满电，最大限度地减少重型控制输入，减少高速飞行或全油门飞行，提高无人机的续航时间。

3.2 遥控稳定性降低

高海拔、高寒地区，气象条件恶劣，空气稀薄、氧气缺少，会造成无人机爬升困难、发动机效率降低等问题。大风、低温、大雾等也会严重影响无人机传感器问题，这可能会导致无人机漂移或失控。另外，高寒低氧的环境对操作人员也有较大影响，手冷可能使操作控制更加困难，成为制约飞行安全的额外因素，甚至可能造成坠机等严重的后果[21]。

3.3 损坏概率增加

高寒地区气候变化异常，降雪和降雨较多，大多数无人机都不防水，雨水可能使电动机短路或导致无人机或控制器出现其他故障。另外，寒区降雪和雨水可能会造成机身上的水分结冰，导致活动的零部件，特别是摄像头组件冻结，影响摄像头拍摄和视频传输。因此，对无人机的关键部位进行防水和密封设计是保证其性能的方式之一。

3.4 信号抗干扰能力降低

一方面，高寒地区作战地形复杂阻碍了无人机的信号接收和发射，使通信距离缩短，对无人机的侦察搜救产生巨大的影响，同时影响了无人机的飞行控制。另一方面，高寒地区的复杂地理环境使无人机更易被敌军侦察干扰，甚至损毁。无人机普遍飞得很低很慢，在高寒地区更容易被发现，恶劣环境下无法生存。

现阶段无人机在高原高寒地区面临的以上诸多问题，可从以下方面进行探索和改进：（1）研发一种全新动力控制模式的喷气发动机，克服一般无人机在动力上的缺陷，保证无人机能在高原低温环境下顺利启动。（2）优化无人机的推进系统，赋予其优异的飞行性能。（3）在无人机结构上进行优化，可采用大展弦比平直机翼设计，实现高升阻比。（4）在机体结构上，无人机的机身可使用新型的复合材料，以实现轻量化、机体结实耐用、保温性能好，具备在高空、低温环境下正常工作的能力。

4 结语

随着无人机技术的不断成熟，作为信息化战争条件下卫勤保障的重要力量，其在战场卫勤保障中将具有广阔的应用前景。在寒区卫勤保障中，无人机的使用在伤员搜救、后送、医疗物资投送等方面具有明显的优势，但也存在高寒条件下电池续航差、动力不足、隐身性弱、负载能力小等不足。目前国内无人机在卫勤保障方面的应用还处在探索阶段，为充分发挥无人机的重要作用，应尽快建立健全无人机应用规范。随着信息技术、材料技术和网络技术的发展，无人机技术必能适应高原高寒环境，在寒区卫勤保障中发挥更重要的作用。