无人机在海上救援行动中的应用现状及发展展望

卢姗姗，王伟.无人机在海上救援行动中的应用现状及发展展望[JJ.
94 •医疗卫生装备，2019,40(2):94-98.General Review
无人机在海上救援行动中的应用现状及发展展望
卢姗姗，王伟*
(海军特色医学中心，上海200433)
[摘要]简要介绍了无人机的特点和在搜救领域中的优势，详细分析了无人机在近岸救援及海上救援行动中的应用现状，对无人机在医疗救援物资投送、海上伤员转送等海上军事救援行动中的应用前景进行了展望，并阐述了无人机在海上救援行动中应当重点关注续航能力、环境适应性、飞行控制、信号稳定性等关键问题。

指出了随着关键技术的逐一解决，无人机在海上军事搜救领域将会有巨大的发展潜力，应用前景十分广阔。

[关键词]无人机;海上搜救；医学救援;伤员后送；军事救援
[中国图书资料分类号]R318;V279 [文献标志码] A [文章编号]1003-8868(2019)02-0094-05
D0I：10.19745/j.1003-8868.2019049
Application and development prospect of unmanned aerial vehicle in
maritime search and rescue operation
LU Shan-shan, WANG Wei*
(Naval Medical Research Institute, Shanghai 200433, China)
A bstract The features and advantages of unmanned aerial vehicles (UAV) were introduced in the field of search and rescue
(SAR) operations , especially in the beach and offshore SAR operations the application ofU A V was reviewed. The prospects o fU A V were discussed when used in maritime combat SAR operations such as medical materials deliver^^ and sea casualty transport. Also, some key issues were suggested to be emphasized including endurance, environmental adaptability, flight control, signal stability and etc. It's pointed out UAV might gain outstanding advantages in maritime search and rescue operation with the key technology development. [C hin ese M edical Equipm ent J ou rn a l,2019,40(2)院94-98]
K ey w ords unmanned aerial vehicle; maritime search and rescue operation; medical rescue; casualty evacuation; m ilitar^^
〇引言
自1913年世界上出现第一台自动驾驶仪以来，无人机越来越受到重视，发展迅猛。

无人机是由无线电遥控设备和自备的程序控制装置实现飞行控制，操作人员通过全球定位系统、雷达、无线数传等进行跟踪、定位、遥控、遥测以及数字信号传输。

无人机本身不能自主完成任务，因此需要配置严密的控制系统和与任务相关的应用设备，一般也将无人机称为无人机系统[1]。

无人机燃油需求少、成本低，在地震、洪灾等突发灾害事件救援中可进行现场实时监视、伤员搜寻、医疗用品运送和伤员转运、通信中继和灾情评估等工作[2-5]，已逐渐成为医学救援领域中不可替代的重要装备[6]。

基金项目：全军后勤科研重点项目（B H J14C017);武器装
备军内科研重点项目（172B02027)
作者简介:卢姗姗(1987—)，女，硕士，助理研究员，主要
从事国外军事医学信息研究，E-m a il: lisa_shanshan33@ 。

通信作者：王伟，E-m a il: wwang_fd@
无人机特有的无人化、轻便、小型、迅速起降、气候条件适应性强等特点，使其非常适合执行搜救任务，包括海上搜救任务n。

小型无人机电池续航里程有限，一般作业时间在30m in左右，加之本身体积和质量较小，抗风能力较弱，无法参与海上远程搜救行动，但适合近岸，尤其是海滩救援作业。

在离岸较远的海上开展搜救时，需要使用续航能力强、抗风性能好的大型无人机，而且往往使用舰艇作为无人机平台，开展协同作业。

近年来，美国、英国、以色列、澳大利亚等国都在大力发展各类可执行海上搜救任务的无人机。

本文总结了近年来各国最新研发的各类可执行近岸及海上救援行动的无人机，并对未来无人机执行海上军事行动的应用前景及关键技术进行了探讨。

1无人机在近岸救援行动中的应用
1.1溺水救助
在海滩溺水急救中，考虑到海上风浪因素，无人机比救生员到达求救位置的速度要快很多。

当无人机到达溺水人员位置时，可向其投放救生装备，从而保证在救生员到达现场前溺水者能够凭借无人机投
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放的救生圈保持漂浮状态，并进行适当的自救，争取
更多的救援时间。

法国Helper 公司制造的“H elp er ” 无人机|8|(如图1所示)能以80k m /h 的速度飞往溺水 人员附近，并且通过全画质、超高清摄像头实时传回 画面，对落水人员及其周围环境进行初步甄别。

在确 定溺水人员位置后，无人机可向溺水人员投放其携带 的救生圈。

该型无人机还自带降落伞装置，使其在发 生故障时能够缓慢下落，避免由于飞机坠落造成溺 水人员二次受伤。

自2016年9月起在法国南部比斯 卡罗海滩测试并使用后，“H elp er ”无人机已开展了超 过50人次的救助|9。

同时，美国、新西兰、西班牙等国 也已在著名旅游海滩配备可携带救生装备的无人机 进行溺水人员救助巡逻。

1.2海滩驱鲨
鲨鱼伤人是除 溺水外另一个海滩 常见事故。

通常，人 类在海里游泳时一
般无法及时注意到
水中的鲨鱼，而使用直升机和低空飞机长期巡逻 海滩监测鲨鱼，成本高昂且效率很低，使用无人 机来监测和预警鲨鱼是一个新的解决方案。

2016年， 悉尼科技大学与商业无人机公司L ittleR ipperG roup 共同开发了无人机鲨鱼监测项目，如图2所示|101。

研 究人员通过算法“教”系统识别海中常见物体一游 泳者、冲浪板、船只、鲨鱼、其他海洋生物、波浪和岩
石，以最终能够实现实时标记鲨鱼、其他海洋生物和 游泳者。

无人机工作时，如果发现鲨鱼，可通过内置 扬声器警告冲浪者和游泳者，还可投放鲨鱼趋避包 及其他辅助设备，以保护海中人员安全101。

美国加利 福尼亚州的旅游胜地海豹滩已经使用中国大疆公司 的P h an tom 3无人机进行近海鲨鱼侦查和其他环境 感知任务，以确保海滩浴场安全|11]。

图2在海滩巡逻的LittleRipperGroup 无人机[101
1.3物资定投
无人机最大的优势是快，这与医疗急救要求不 谋而合，因此在近海救援中无人机能提供急救服务。

对于心脏衰竭、溺水、创伤以及各种呼吸问题等突发 疾病，发病的前几分钟是抢救的黄金时间。

通过无人
机(如图3所示)可向紧急救援人员运输除颤器、血 液和血清等紧急医疗用品，以解决海滩或近海急救 时物资缺乏问题|121。

此外，利用无人机上的个性化指 令和语音通信功能，可在专业医务人员到达现场前 指导现场人员协助进行医疗急救，以大幅度提高急
救成功率。

2016年，UPS 公司与无人机制造商C y P h y Works 公司开展无人机运送医疗物资可靠性和可行 性测试，通过一台小型无人机将质量约2.72 kg 的呼 吸机从英国小城贝弗利运送至3 km 远的与外界无 公路相连的孩童岛上|131。

大型无人机携带物资的能 力强，在应急救援中可发挥更加重要的作用，例如， 洛克希德马丁公司的“K-MAX ”无人机(如图4所示) 最大载重约2.7t ，可垂直起降，适合复杂环境下大量 救援物资的投递|141。

2
无人机在海上救援行动中的应用
2.1人员定位
在广阔的水域搜救落水人员，仅靠船舶和人工 进行监测难以达到理想的效果，且会出现许多搜寻 盲点。

由于无人机具有一定的飞行高度，其视频图像 的范围比船上的可视范围要大数十倍甚至几十倍， 因此在搜救最初阶段可使用无人机先行搜索落水人 员，当无人机锁定水中目标后，有人驾驶的搜救直升 机或船只再前往营救，既可节省时间又可节省人力、
物力，并且能提高搜救成功率。

自2015年起，位于 马耳他的国际人道主义组织海上移民救助站使用 C A M C O P TE R ® S -100无人机在地中海巡逻，已经成 功解救了超过1000名难民u 'C A M C O P T E R ® S -100 无人机是Schiebel 公司的高性能无人机，能够垂直起 降，可在极限气候条件下完成6h 的飞行任务，并能 传回海上实时图像用于定位和分析。

从目前的技术来 看，使用无人机对海上目标侦测仍然较为困难，也是 无人机海上搜救的关键技术。

2015年，英国M a r te k
Aviation 公司研发的ViDAR 无人机搜救系统米用可 180。

旋转并记录的高清相机阵列（cam eraarrays )将 单次扫描范围扩大了 80倍，同时结合自主学习算法 (au ton om ou slearn in galgorith m s )能够自动侦测海上 人眼无法看见的目标，包括小艇及落水人员，并向地 面操作员传回实时图像。

该系统目前已被美国、英
图1 “H elper ”无人机[81
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国、澳大利亚等国装载在“扫描鹰(S ca n E a g le ) ”无人 机上，用于海上目标的搜索(如图5所示）[16。

由于 “扫描鹰”本身具有较为出色的续航能力，也具备一 定的抗风能力，可在6级海况下执行海上搜救任务， 装载ViDAR 系统后能够以11km/h 的速度持续工 作12h ,单次海上搜索面积可达4.6万k m 216。

所示)1221、美国海军陆战队“K -M A X ”无人机(如图4 所示）14和以色列的“鸬鹚”无人机(如图8所示）23。

其中“D P -14”无人机不仅能在陆上着陆，还可在倾 斜晃动的舰艇上着陆，具备海上伤员后送的能力。

“D P -14”无人机由D ragonflyPictures 公司生产制造， 为纵列式双旋翼无人直升机，拥有6f t (1.83m )长、
图5野扫描鹰”无人机[16]
的增加，海难事故的
发生也日益增多。

无
2.2海难救助
随着海上活动人机除了可用于海上失事船舶人员定位、救援物资 定投外，还可应用于海上船舶或钻井平台的火灾救 援。

海上船舶或钻井平台一旦发生火灾就会造成 严重的后果。

无人机可作为“火情侦察兵”对失火 船舶上的火情及人员伤亡情况进行事先勘探，并 及时通知救援人员。

美国海军研究局研发了一款 可自动在黑暗且烟雾弥漫的舱室过道中飞行的
无人机(如图6所示），用于探测火灾发生后舰艇 上的伤员情况并向终端系统传回实时火情和位置。

该无人机是美军舰用自动消防机器人(sh ip b o a rd a u - to n om ou sfirefigh tin grob ot )的一•部分|17。

除了能对火 情进行感知外，大型消防无人机还可参与海上火灾 扑灭|18。

目前，消防无人机已多次参与山林大火、高 层建筑火灾的扑救，将来也可用于扑灭钻井平台、海 上船舶上的火灾|19。

2.3伤员后送
在海上救援行动中，使 用直升机开展伤员后送已经 是非常成熟的做法。

但受直 升机数量、海上环境、飞行员 作业能力等条件限制，海上直 升机伤员后送具有一定的局 限性。

为了解决上述直升机伤
员后送的限制，特别是在恶劣
气候或核生化沾染环境下仍 能安全、有效、快速地后送伤
员，使用无人机不失是一种有益的选择|201。

北约国家均
在无人机进行伤员后送领域开展了大量的研究。

2012 年，北约无人机工作组对使用无人机开展伤员后送 进行了特别会议，研究了伤员后送无人机飞行参数 及远程控制、传感器精度、伤员安全性及途中医疗支 持等问题，论证了无人机在伤员后送中的可行性|21。

目前，可用于伤员后送的无人机多为概念机，仍有许 多技术问题亟待解决。

为数不多已完成测试的伤员 后送无人机包括美国陆军“D P -14”无人机（如图7
图6美国海军舰用自动消
防机器人上携带的火 情探测无人机[17]
20in (0.51m )宽的内舱，可搭载430lb (195k g )载荷
飞行2.4h ,巡航速度约为132k m /h ,能够抗20.6m /s 的侧风。

“D P -14”无人机使用机载激光雷达(LIDAR ) 或3D 激光扫描，通过先进的算法实现在复杂、受限 环境下的自主导航，具备路径规划、航向修正、态势 感知、障碍物规避和着陆地点选择等能力|24。

图7 “D P -14”无人机[22] 图8
以色列“鸬鹚”无人机开展
伤员转运训练[23]
3无人机在海上军事救援行动中的应用展望作为现代空中军事力量中的一员，无人机在情报
侦察、信息对抗、军事打击、通信中继等领域已发挥 了巨大作用，但在军事医学领域的使用还并不多见。

随着无人机及辅助技术的发展，未来无人机可在机 动性/资源受限环境或拒止环境下为作战指挥官提 供一种卫勤救援兵力的补充，尤其是在海上环境不 适合有人机部署时，开展医疗行动的支援。

3.1医疗救援物资投送
无人机具备一定的额外挂载能力，搭载并投放 急救药品、器材到指定地域是其参与医学救援的主 要方式|251，其在远距离运送、紧急运送，传染病重灾 区、核辐射区、自然灾害地区等场景下优势尤为明 显。

在军事演习中，使用无人机可使医疗物资获得时 间从2澡缩短至22min 左右|261。

在海上军事救援过程 中无人机也可广泛应用。

进行失事潜艇救援时，可先 行派出无人机搜索、定位失事潜艇，侦测上浮艇员生 命体征，并在伞降潜水医疗队无法部署时，空投海上 救援物资，尽可能延长遇险艇员海上生存时间。

舰艇 编队执行任务期间，由于医疗中心往往仅部署在编 队旗舰上，当单舰上产生伤员时，可能由于单舰医疗 能力有限且远离医疗中心，加上海况或战事无法保 证直升机开展及时后送，出现贻误救治的情况，此时 可使用无人机从医疗中心转运所需医疗物资及血液 制品|271，帮助单舰开展伤员损伤控制性手术。

3.2海上伤员转运
现代海战会造成批量伤员，必须要利用多种手
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段进行及时援救和后送，海上伤员转运是其中的重 要环节，海上伤员换乘更是转运行动中的重点与难 点[28]。

海上伤员换乘一般指伤员在海上后送工具间 的转换，常用的方法包括舷递法、舷吊法、滑车传送 法、吊杆法、钢缆传送法以及直升机换乘法[29]。

美军 的战场伤员后送医学无人机系统能够在不同环境中 自动起飞、航行、着陆，并与战地医护人员和后方地 勤人员协调合作，实现在救援黄金时间内对于伤员 的适当护理和有效后送[30]。

在海上的舰船之间通过无人机进行伤员转运， 可提高伤员换乘效率和安全性。

一方面，相比直升机 换乘和基于直升机的伤员吊篮换乘[31]，动用的资源 更少、准备时间更短、对舰船甲板环境要求更低、使用 便捷性更高;另一方面，相比传统的舷靠传送、滑车 传送、吊杆和钢缆传送等转运方法，无人机传送对转 运条件要求更为宽松、操作更简洁、安全性更高。

对 于危重伤员，更快的转运时间和更便捷安全的转运 方式，既能确保“黄金一小时”内得到必要的手术干 预，也能最大程度避免转运过程中的二次损伤。

4无人机应用到海上救援领域中应当解决的技术 难题
无人机在救援行动中依然存在安全性和可靠性 问题，相关研究认为应当突破自主导航、稳定控制、 自主起降、远程监控等关键技术[32]。

相较于陆地上的 救援行动，海上特殊环境对无人机在海上救援行动 中的广泛应用有很大限制。

海洋环境特有的高盐、高 湿、强风和复杂海况，加上作战行动中通信网络限制 等问题，使得无人机真正应用到海上伤员搜救和后 送中仍然任重道远，亟须解决无人机复杂环境适应 能力、海上目标识别精度、无人机与舰艇之间的指挥 通信有效性、载人无人机安全性评估以及搜救过程 中的医疗支持等[33]关键技术问题。

(1)
续航能力问题。

海上救援用无人机由于作业
特点的要求，一般采用无人旋翼机，通常为锂电池供 电。

除了发动机和飞行控制系统，各种传感器、全球 定位系统、摄像机等设备的功耗都很大，对于无人机 的有效作业时间和飞行距离有很大的限制，严重影 响无人机的使用效果。

未来将重点解决无人机的供 电问题，并严格控制系统功耗，可结合太阳能充电技 术对锂电池进行实时充电，或者采用自主充电模式， 实现无人机对自身电量的监控，并在低电量时自主 寻找充电站，通过机载机器视觉定位精准降落后进
行无线充电，充电结束后再次起飞作业。

(2) 环境适应性问题。

海上环境的高盐、高湿会严 重影响无人机的使用寿命，特别是电子元器件的可靠
性和稳定性，这对无人机的整体制造工艺提出很高要 求;而海上救援通常出现在恶劣天气条件下，要求无 人机必须具备在复杂天气条件下的作业能力，特别是 强风条件下的飞行稳定性。

这些都要求未来海上救援 用无人机的设计研发必须满足海上特殊环境要求。

(3)
飞行控制问题。

除了自主飞行，无人机在起
降、搜索、吊装等特殊工作阶段仍需要人工控制，海 上救援复杂性对无人机操作员的水平有很高要求。

除了人员培训之外，未来可进一步采用人工智能技 术，提升海上救援无人机的自动搜寻、自主起降、自 动识别、自适应巡航、判别告警等一系列智能化水平。

(4) 信号稳定性问题。

海洋环境对无人机与控制 站、无人机与探测目标之间的通信影响大，无线通信 信号传输稳定性在复杂海况下会急剧下降，而复杂 天气又通常是救援的常态环境，因此，必须从传感技 术、信号传输、无线定位软硬件各方面系统解决海上 作业的信号稳定性问题。

5
结语
利用无人机开展海上搜救在成本控制、操作灵 活性、救援人员安全性等方面都有着不可比拟的优 势，世界各国也已将无人机广泛地应用到各类海上 救援行动中，
搜救效率得到了大大提高。

未来，
随着
无人机关键技术的逐一解决，其在军事海上搜救领 域的发展潜力将十分巨大，应用范围也进一步拓宽。

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