以賦能醫療急救領域為例的5G遠程通訊無人直升機

李慕程 劉 帥 陳健棟 李炫君

北京理工大學珠海學院航空學院 廣東 珠海 519005

前言

2020這一次典型的公共衛生安全事件,沒有不可治愈的傷痛,沒有不能結束的議論,給全世界人民帶來了深重的災難。同時也看到了全國人民團結一心,充分發揮“一方有難,八方支援”。新型技術和高科技產品的廣泛應用為防控和救治發揮了重要的作用。各類消費級無人機奇招百出,在巡查領域成為疫情防控的“尖兵”,無人機可以每天多次巡查各個社區、村莊以及重要交通要道,對未佩戴口罩、違規聚集的市民進行“喊話”,勸導市民安心在家配合防控工作,預防傳染,防控無人機以其獨特的優勢,在防控方面發揮了不小的作用。在此期間,無人機在體溫測量、防疫消殺、航拍影像、空投物資、防疫宣傳、高空照明、道路疏通等各個領域屢立奇功。但就無人機使用種類來說大多有著功能單一、任務單一的缺點,且均使用稍加改裝的大疆消費級無人機或農林植保無人機與警用無人機,無法運送血清、血液等適溫保存的醫療器械用品。消費級無人機載荷小,飛行不穩定,并不適應于條件復雜、任務種類多的醫療緊急任務。目前,國內還沒有能夠處理緊急醫療事件與公共衛生突發事件的醫療急救城市無人直升機。由此可見,具有一體化醫療事件處理能力的基于5G遠程通訊網絡的城市無人直升機具有廣闊的市場需求。

一、基于5G網絡的醫療急救城市無人直升機設計的目的

5G遠程通訊技術和無人直升機技術的發展,為解決上述問題提供了可能。本項目目的就是針對上述問題,基于無人直升機和5G遠程通訊設計的一款成本低、不受地面道路交通狀況影響、具有快速反應能力、反饋及時的以賦能醫療急救領域為例的5G遠程通訊無人直升機,實現一體化醫療緊急事件處理,即在最短時間內通過城市無人直升機進行實時視頻,遠程指導病患或身邊的人采取緊急搶救措施,并將急救所需的醫療用品快速投送到病人身邊,從而為院前搶救贏得寶貴時間。從功能層面上看,設計的無人直升機具有體溫測量、防疫消殺、航拍影像、空投醫療物資、轉運對儲藏溫度有特殊要求的藥品或醫療物資、防疫宣傳、摸排登記、高空照明、道路疏通等一系列醫療事件處理能力。續航超過40min,最大航程35公里,搭載Pixhawk光流傳感器與超聲波避障傳感器,可實現定點自主起飛自動巡航以及自動返航,不受起飛場地限制、快速部署、操控靈活等諸多優點,適合完成各類醫療緊急任務。綜上所述,本項目針對醫療緊急救援和傳染病防控的需求特點以及地面交通難以確保實時暢通的實際,設計的一款基于5G遠程通訊網絡的城市無人直升機系統。在醫療急救領域主要用于爭取醫療急救黃金時間、傳染病實時防控監測、醫療器械用品的快速適溫轉移投送、危險生化用品的快速轉移等緊急醫療事件。

二、基于5G網絡的醫療急救城市無人直升機設計思路

根據無人直升機控制原理、飛行設計守則、飛行原理、機械設計基礎等相關理論設計醫療急救無人直升機的主體模塊所設計的以賦能醫療急救領域的5G遠程通訊網絡城市無人直升機采用機身長1010mm高310mm的自研式無人直升機平臺,5G遠程通訊網絡的實現,與城市無人直升機穩定飛行是本課題的主要任務。基于5G遠程通訊網絡的城市無人直升機將會由機載設備采集實時數據,運用WebRTC異地組網技術實現實時通信,采用較為便捷且提供免費服務的蒲公英VPN進行應用。通過搭載Pixhawk光流傳感器與超聲波避障傳感器,使用匹配法優化光流算法,實現飛行器安全穩定飛行。通過基于經驗知識與系統辨識的自主起飛控制方法可實現定點起飛,自動巡航以及自動返航,實現區域自主防疫消殺,不受起飛場地限制、快速部署、操控靈活等諸多優點,適合完成城市各類任務。在以賦能醫療急救領域為例的探索中,其功能基本囊括現有疫情防控管制主要手段,整合現有醫療模塊化功能,具有體溫測量、防疫消殺、航拍影像、空投醫療物資、通過基于半導體芯片制冷的應急醫療箱設計完成轉運對儲藏溫度有特殊要求的藥品或醫療物資、防疫宣傳、摸排登記、高空照明、道路疏通等一系列醫療事件處理能力。

三、基于5G網絡的醫療急救城市無人直升機應用場景

1、天眼高懸·打造防控立體框架以高空拍攝為主要手段,可對視野無法觸及的地方進行近隱蔽監測,通過發揮高空監察安全無接觸、視野廣闊、高效精準等防疫巡查優勢,配合地面巡查人員,構建天上地下、全方位、無盲點的立體疫情防控監測體系。2、高效防疫消殺·保障復工安全相比傳統的人工消殺,無人機防疫減少了人力成本,避免交叉感染。立體噴灑消毒藥液,液體隨氣流擴散更快,覆蓋范圍更大,幾乎達到無死角消毒。應用無人機噴灑消毒液,對收費站、辦公區等公共場所進行空中防疫消殺,能夠進一步防止和阻斷病菌滋生蔓延,全力保障復工復產安全。3、空中亮嗓·宣傳防疫“這位男士,現提醒您出門在外行走請佩戴好口罩,特殊時期請做好個人防護”、“下面四位爺爺奶奶,不要打牌了,戴上口罩趕緊回家!”…自疫情發生以來,多地密織防疫宣傳網,通過無人機智能識別人群聚集地,遠程喊話疏散,宣傳防疫政策及知識。4、“東風”快遞·使命必達在患者遇緊急性休克或失血過多情況下,以賦能醫療急救為例的5G遠程通訊無人機急救箱系統內調溫至血漿保存溫度,并攜帶心臟除顫儀起飛后15分鐘內到達指定區域,實現醫療物資的緊急配送。

結束語

5G通信技術的成熟,使得網絡傳輸具有更快的傳輸速度,在未來很長一段時間內,醫療無人直升機都可以實現大部分醫療緊急事件的快速支援與快速部署。