無人機野外救援技術探索

汪洋 余琴琴 張華利 王丹鶴

摘 要：本文通過研究探索多旋翼無人機平臺的救援方式，整合一些簡單實用的方法與技術，實現全天候、無死角的綜合救援，從而減少野外人員傷亡，減小救援人員的救援風險以及救援成本，大大的提升救援效率。

關鍵詞：無人機；野外救援；無人機救援

中圖分類號：G873 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）22-0207-02

隨著無人機技術的不斷發展，有效荷載的不斷涌現，無人機被應用到越來越多的領域，其中，就包括了野外救援。無人機應用于野外救援，可以極大的提高救援效率以及救援成功的概率，同時，減小了搜救成本，并進一步保障了搜救人員的人身安全。

但是，目前已有無人機有效載荷相對單一，主要為可見光相機，只能夠在白天完成一些特定條件下的救援任務，而無法應對以下一些狀況：（1）等待救援人員隱藏于樹林、山洞等遮蔽體內，無法偵查到；（2）夜間無法救援，由于無人機采用的是可見光相機，夜間是無法進行救援的；（3）找到等待救援的人員后無法與之交流，這將無法獲知被困人員最迫切的訴求，或者獲知其他有利于救援的信息；（4）無人機找到被困人員后，無法在救援人員到來前為其提供迫切急需的物資，如水、食物、藥品等，這些物資能夠極大的提高被困人員的生存概率。

如何解決上述問題成為未來無人機救援的關鍵點，本文旨在利用已有的技術條件下，運用最簡單的辦法解決上述問題，盡可能的挽救戶外失蹤人員的生命。

1 載機的選擇

在選擇工作載荷的載機時，應注意以下一些問題：（1）載重能力；（2）續航能力；（3）便攜性；（4）操控性能。無人機的幾個常見機型：多旋翼、固定翼以及直升機，各有各的優缺點。固定翼航時長，但是載重能力差、不便攜帶，無法應用于綜合性的救援無人機；直升機載重能力強，采用燃油動力續航能力也較強，但是非常笨重，無法攜帶；多旋翼的續航能力稍差，但是優點是操控性非常好，載重能力較強，且能夠折疊，便于攜帶，相較于其他兩種機型，更適合作為目標大致方向比較明確的野外救援的無人機載機，本文選擇以多旋翼無人機平臺作為救援無人機載機，以適用不同的救援環境。無人機飛控系統可選用PIX開源飛行控制系統，擁有豐富的擴展接口，擴展性能非常好，同時PIX飛控系統使用的地面站可以拉取谷歌地球的地形文件，規劃航線航跡，故而非常適合野外救援。無人機戶外搜尋方式如圖1、圖2所示。

2 解決思路

按照上述提出的問題，解決的思路是盡量針對性的采用現有的一些方法技術來解決提出的問題?？梢姽鉄o法穿透遮蔽體，但是聲波卻具有極好的穿透性，即便是隱藏于山洞，也能夠聽見，同時，利用聲音也可以與被困人員形成交流。夜間，在野外沒有光源，可以為無人機增加光源，同時，紅外熱成像技術利用的是不可見光，人體與周圍環境存在明顯的溫差，因此，也可以利用不可見光進行人員搜索。最后，可為無人機增加投擲拋物器，為被困人員提供緊急物資。

3 實施方法

通過為無人機安裝不同的工作模塊，完成不同時間，不同救援情況下的工作，各工作模塊獨立可拆卸，在不適宜當前情況時，拆除多余模塊以減輕無人機起飛重量，增加續航時間。

圖像系統是無人機救援的基礎設備，包含了相機、云臺及圖像傳輸系統。其中用于救援的相機包含適合白天救援的普通光學相機以及適合夜間救援使用的紅外熱成像相機。紅外熱成像相機是通過熱敏感CCD捕捉物體或人體對外輻射的熱紅外線，反映物體或人體外表的溫度場。因為人體與外界溫度差異較大，因此可利用此技術進行夜間搜救，只需將白天使用的普通相機換成熱成像相機即可。

聲音可以穿透樹木甚至是山洞等遮蔽體，為等待救援的人員提供遠距離且明確的救援信號，且找到人員后能夠與之進行交流，解決此問題可通過安裝聲音模塊完成，主要包含天空端和地面端。其原理是在無人機載機上安裝擴音設備，此設備接收地面端發射的音頻調制信號，經解調后播放出去。地面端設備為手持對講設備，麥克風接收聲音，轉換成音頻電信號，信號經鎖相環和壓控振蕩器產生射頻載波信號，此信號經激勵、放大，并濾除噪音后，由天線發射出去。天空端收到信號后，經解調、濾波，再放大功率，由擴音器發出聲音。

夜間救援時，可為無人機安裝光源模塊，主要包含兩個部分，固定光源和可調角度光源。固定光源可安裝在載機電機下方，可切換不同的閃爍方式，以告知無人機位置；可調角度光源其角度跟隨相機云臺，與相機的角度保持一致，可為普通相機提供光源。

找到等待救援人員后，利用無人機記載拋物器，投擲緊急物資，如藥品、水、食物以及對講機等等，以方便人員首先展開自救。

4 工作流程

白天搜救時，可拆下角度可調光源以及拋物器，以減輕重量，增加續航時間。無人機起飛后，可按設計好的航線飛行，飛行中，擴音設備持續發送搜救信號，告知等待救援人員馬上走到空曠處，配合提供明顯的標志或者發送求救信息，如脫下衣服晃動或者點起煙火等。普通相機和熱成像相機相輔尋找失蹤人員。找到救援人員后，聲音模塊地面端喊話器與人員進行交流，安撫情緒，待人員明白后返航，安裝拋物器載取緊急物資并投擲給等待救援人員，地面搜救人員此時可前往救援。

夜間救援時，采用紅外熱成像相機，普通相機可拆下或者利用光影輔助使用。拆下拋物器，以減輕重量。無人機起飛后，除同白天救援時一樣進行搜救外，還應額外注意飛機高度變化及地形變化，可參考地面站獲取的地形信息，以保證飛機安全。固定光源可讓地面人員明確知道飛機位置，可調角度光源可以為飛機提供前方障礙物信息等等。其他步驟同白天搜救時。

詳細救援流程如圖3所示。

5 結語

傳統的救援方式，不僅效率低下、成本極高，而且還會給搜救人員帶來極大的危險。利用無人機技術代替人工完成部分搜救任務，不僅效率是傳統搜救方式的數十倍，成本更低，而且能夠將搜救人員的危險降到最低。但是，目前已有的無人機救援能力單一，這需要我們進一步的進行探索。

本文利用了最簡單的一些技術手法，將一些簡單的硬件設備通過搭載于無人機，利用遠程遙控整合，從而實現了無人機救援方式的多樣化、平臺化。并且，本救援無人機平臺還能夠實現空地交流，更有助于救援工作的開展，在找到人員后還能第一時間提供緊急物資，極大的提高了人員生還的可能性，有極大的創新性。

參考文獻

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