航空應急救援立體協同關鍵技術研究

郭愛斌，劉 斌，付 林，高少輝，金 洋，楊志平

（1.海豐通航科技有限公司，北京 100070；2.巴彥淖爾市醫院，內蒙古自治區巴彥淖爾 015000）

引言

航空應急救援是指在各類突發事件或災害發生時，采用航空技術手段和裝備，拯救民眾生命和減少財產損失，阻止災害及次生災害蔓延和發展的一種行為。航空應急救援能力作為一個國家社會公共服務水平、綜合實力和現代化程度的體現，關系國計民生、和諧社會建設、民眾安危和公共安全［1］。

直升機作為航空應急救援的重要手段，具有其他裝備不可替代的重要作用，也因其搜索速度快、覆蓋面積廣、救援效率高、受地理空間限制少等優勢［2-3］，被世界許多國家廣泛使用［2，5］。隨著《關于深化我國低空空域管理改革的意見》和《關于促進通用航空產業發展的指導意見》等鼓勵通航產業發展的政策實施，通航直升機也逐步參與到森林消防、災害搜救、事故救援、醫療救護等應急救援事件中。但是，由于我國航空應急救援體系尚未建立、航空應急救援標準和法律法規缺失［3］，我國航空救援力量、能力和水平與發達國家差距較大，立體協同救援能力亟待形成，直升機航空應急救援在我國仍有巨大提升和發展空間［3，6］。

本文通過分析我國航空應急救援現狀，提出基于云平臺構建區域級航空應急救援體系方案，對航空應急救援立體協同關鍵技術進行研究，利用基于通航云的指揮調度技術、空天地互聯互通網絡通信技術、基于物聯網的便攜式機動保障技術和基于VR/AR/MR協同訓練技術等關鍵技術研究成果，促進航空應急救援立體協同救援能力提升。

1 現狀分析

航空應急救援與常規地面、水上救援相比，需要應急、公安、消防、衛生等多部門配合，飛行計劃申請需要軍民航、機場、航空公司等多部門或單位協調，指揮調度關系復雜，涉及空管、飛行、指揮、氣象、地面保障等專業，專業性強且涉及飛行安全保障問題［7］。由于我國航空應急救援起步較晚，尚未形成立體協同救援能力。航空應急救能力現狀如下：

（1）航空應急救援體系亟需構建

災害或事故發生后，為了提高救援效率和質量，降低災害損失程度，必須實施統一、高效、快速的應急救援［8］。航空應急救援體系是為了快速高效地完成救援任務，按照應急預案、指揮流程、飛行規則和氣象地形條件，組織航空器、機載救援裝備、地面保障裝備、保障物資、救援人員等有序運行，是由多個系統組成的復雜巨系統。目前，歐美、日本、澳大利亞等發達國家高度重視航空應急救援體系建設，制定相應發展規劃，包括應急救援法規、管理機構、應急救援信息服務系統、應急隊伍和資源保障等，形成了比較完善的應急救援體系［9］。隨著對應急救援工作的重視，我國已開始著手構建航空應急救援體系。但是，從航空應急救援總體覆蓋范圍、響應時間到救援效率都落后于發達國家。

（2）綜合保障能力亟待提升

航空應急救援需要完善的救援保障設施，如保障基礎設施、監視和通信設施等。保障基礎設施包括救援基地、直升機起降點、培訓演練設施及裝備，救援裝備（吊桶、光電吊艙、機載醫療設備等）和地面保障裝備（移動加油站、太陽能加油站、一站式保障設備、氣象儀等）。然而，機載救援裝備國產化程度低，現有航空應急地面保障能力不足，缺少能提供專業化服務的保障機場及救援起降點。在監視和通信設施方面，需要利用衛星通信（北斗/天通）、移動通信（4G/5G）和相關專網（如無線自組網［10］）等現有資源及成果，整合和完善空地應急通信網絡資源，形成天地一體、互通共享的立體化應急通信服務保障網絡，為立體應急保障提供通信、預警、決策、調度支撐服務，滿足突發事件處置中各部門、各領域的應急通信需求。

（3）協同應對能力尚未形成

航空應急救援實施和保障過程中需要應急指揮員、120調度員、飛行機組、任務設備操作人員（如絞車手）、隨機醫護、急診急救醫護、地面保障人員、交警、空管及機場管制員高度協同。針對地震災害、森林火災或重大事故救援時，需要多架直升機［11］或直升機與地面救援力量協同完成應急救援任務。目前，我國航空應急力量分散，空域未完全開放，立體協同機制尚未形成。航空應急救援人員培訓訓練標準缺失，仍以國外培訓認證為主，嚴重制約了救援協同應對能力形成。

2 航空應急救援體系設計

2.1 體系方案

以構建區域級立體救援能力為出發點，結合森林消防、災害救援、巡邏巡察、物資投放、搜救、醫療救護等救援急救任務，構建涵蓋指揮中心、救援網絡、救援力量和綜合保障的航空應急救援體系（如圖1所示），實現體系構建與救援資源融合、效能評估與任務流程融合、機載裝備與地面裝備融合、應急指揮和日常訓練融合，并以任務類型、響應速度、覆蓋范圍、環境條件、安全保障能力為衡量標準，對救援任務及運行情況進行動態監控、整體布局、統一管理，實現軍民資源共享、空地互聯互通、人機協同作業，構建安全、高效、快速的應急救援體系，提升區域級立體協同救援能力。

圖1 航空應急救援體系建設框架Fig.1 Construction framework of aviation emergency rescue architecture

航空應急救援體系基于云平臺實現救援航空器、起降保障場地設施、救援裝備、救援機構和救援人員的信息管理和調度功能，以服務方式為各指揮中心提供現有航空器、起降場地和救援裝備等航空應急救援資源統計、能力評估與狀態管理服務，為航空企業、救援機構和救援人員之間提供業務對接服務。

2.2 立體協同關鍵技術

航空應急救援體系作為立體協同救援能力形成的基礎，需要航空應急救援指揮調度技術、空天地互聯互通網絡通信技術、機動保障技術和協同訓練技術等立體協同關鍵技術支撐，確保體系完備和可實現。

（1）指揮調度技術

航空應急救援需要跨部門、跨行業協同，救援時各級指揮人員需要掌握應急救援資源調度情況、航空器救援飛行情況、災害處理情況、病患救治情況，基于一張圖實現各級指揮中心、救援基地、起降地點、醫療機構、事故或災害現場等救援參與方的任務調度情況，實時展示救援事件，救援航空器、救援人員、醫護人員、救援車輛、救援物資及裝備等資源動態調配情況，提供救援現場起降情況、空域信息、航空氣象情報、交通情報等信息支撐立體協同救援指揮調度。

（2）空天地互聯互通網絡通信技術

航空應急救援任務執行實時性和安全性要求高，由于航空應急救援任務環境復雜，存在救援航空器看不著，叫不到的情況。目前由于單一的監視和通信手段不能滿足空天地互聯互通通信要求，主要是現有的基于廣播自動相關監視（Automatic Dependent Sureillance?Broadcast，ADS?B）的低空監視，依賴于地面站的支持，航空應急救援飛行任務區域廣泛無法實現全國覆蓋，且ADS?B僅能實現對航空器位置的監視，不支持語音通話功能；救援直升機在進行空地語音通信時僅能依靠起降兩個機場的甚高頻（Very high frequency，VHF）電臺呼叫，無法滿足全航程的語音覆蓋；偏遠地區無手機信號基站地區，無法采用4G/5G技術進行全程定位和通信；北斗衛星系統實時性有待進一步提高，同時其帶寬窄，無法進行語音和視頻傳輸；海上救援時使用國外衛星通信產品，無法滿足飛行動態數據的安全、可控要求，且設備貴、通信費高。因此，需要綜合多種通訊手段，實現空天地互聯互通以支持航空應急救援立體協同調度。

（3）機動保障技術

隨著通航機場及起降點建設，增強了航空應急救援定點常態化保障能力。針對災害現場救援條件復雜或事故地點的不確定，需要提升保障設備設施的靈活機動能力，以滿足野外航空應急救援任務的指揮、助降、加油等保障需求。除了提升保障設備設施的模塊化、集成化水平和適配能力外，需要利用物聯網［12］等智能化技術進一步提升保障設施智能化水平，滿足救援直升機應急保障和再次連續出動保障的需求，以確保救援直升機高效、安全運行。

（4）協同訓練技術

航空應急救援立體協同實施需要各級指揮、保障、作業人員高度協同配合，形成高效協同應對各類應急事件的指揮決策、處置和應變能力，人才隊伍建設是航空應急救援綜合能力形成的重要體現和抓手。在復雜任務環境下，強大的心理素質和配合能力對救援有序高效運行具有重要作用［13］。相對常規救援救護，立體協同救援對應急管理人員、指揮調度員、保障人員、隨機醫護/作業人員（如：絞車手）、現場指揮人員、地面配合人員都提出了更高的要求。要求指揮調度員能夠根據接報情況在綜合考慮救援時效的同時，根據氣象和空域條件初步判斷是否適合開展空中救援；救援任務實施時能夠綜合調度不同救援力量和人員協同作業。隨機醫護/作業人員具備豐富的救援救護經驗外，還須具備開展空中急救或作業的能力。現場指揮保障人員除了進行現場資源調度外，能夠具備臨時處突能力和應急判斷能力。飛行機組在確保救援直升機安全飛行同時，能夠與地面保障人員、急救醫護、隨機作業人員協同配合，必要時給予幫助。因此，航空應急救援需要圍繞立體協同作業，針對指揮、保障、隨機醫護/作業人員、現場指揮與配合人員開展全流程、多角色、多任務協同訓練，培養符合立體協同應急救援人才隊伍。

3 立體協同關鍵技術解決方案

3.1 基于通航云的指揮調度技術

通航云通過集成管理航空器、機場、起降點、取水點、機載救援裝備、地面保障裝備等多種資源數據，對接航空情報、天氣、交通等數據，構建動態可擴展、實時信息處理、支持不同級別指揮管理人員的航空應急救援指揮調度系統。

基于通航云構建的航空應急救援指揮調度平臺架構如圖2所示。平臺支持從任務接報、指揮調度、事后評估記錄、分級管理的全流程管理，通過與現有應急管理平臺的融合，實現立體協同指揮調度。該平臺作為航空應急救援體系構建的中樞系統，可實現航空救援資源動態監控、航空救援力量整體布局、救援任務統一管理，實現軍與民的資源共享、空與地的互聯互通、人與機的協同作業，并以單兵終端、車載終端、機載終端、移動終端、PC、指揮大屏等多類終端的數據展示及應用，提升立體協同應急救援能力，達到立體協同指揮調度目標。

圖2 基于通航云的航空應急救援指揮平臺Fig.2 Aviation emergency rescue command platform based on general aviation cloud

3.2 空天地互聯互通網絡通信技術

綜合北斗、全球定位系統（Global Positioning System，GPS）定位和北斗衛星通信、天通衛星、4G/5G移動通信等技術，利用多天線一體化終端設備，實現航空應急救援信息數據的全域、全程“零丟失”，連通航空器機載裝備、地面救援基地與指揮調度中心，保障立體協同應急救援。打通空-地航空器位置、語音、圖像、視頻、數據、交互式信息的通信鏈路，為協同指揮調度提供實時空-地通信通道，實現航空應急救援空-地數據接入、傳輸、存儲、共享和統一管理，實現方案如圖3所示。

圖3 空天地一體化通信網絡Fig.3 Air ground integrated communication network

3.3 基于物聯網的便攜式機動保障技術

采用機動式保障系統解決方案，集成航空器野外作業時需要的通信、電源、燃料、助降燈光設施、機務維修以及人員生活保障等功能，實現地面保障設備高機動、小型化、模塊化、集成化，提升航空器野外作業的保障能力和部署效率。運用物聯網技術提升保障設備智能化技術，實時將保障設備的運行狀態數據上傳到后臺數據庫，實現對地面保障設備指揮調度，實現方案如圖4所示。

圖4 基于物聯網的航空應急救援保障實現方案Fig.4 Implementation scheme of aviation emergency rescue support based on IOC

3.4 基于VR/AR/MR協同訓練技術

采用VR/AR/MR技術構建基于立體協同救援過程的航空應急救援協同訓練系統，實現方案如圖5所示。該系統可支持沉浸式模擬訓練，采用仿真系統和VR技術，支持訓練過程數據采集和訓練效果評估，可有效降低航空應急救援人才培養成本及安全風險。

圖5 航空應急救援協同訓練系統方案Fig.5 Scheme of aviation emergency rescue cooperative training system

此外，通過3.1節所構建的航空應急救援指揮調度平臺，設置模擬訓練模式針對各類救援任務實施預案實現指揮保障人員的協同訓練，完成指揮保障人員在具體救援任務中的指揮調度關系、操作指令、操作流程、工作接口、通信信息接口等內容訓練，提升指揮人員方案制定、現場指揮、調度和決策能力［14］。通過航空應急模型訓練艙（外形如圖6所示），配有VR模擬訓練平臺、絞車模擬操作裝置、機載擔架（可裝卸）和機載醫療設備連接接口等，支持飛行員、隨機醫護、絞車手的設備模擬操作訓練。通過VR模擬訓練平臺設置不同救援場景（包括森林消防、醫療救護、搜救、野外救援），實現飛行員、隨機醫護、絞車手和地面保障人員之間的協同訓練。

圖6 航空應急救援協同訓練模擬艙Fig.6 Aviation emergency rescue cooperative training simulation cabin

4 應用驗證

4.1 區域級立體協同救援體系構建

在蒙西、川西南、湖北等地構建了區域級航空應急救援體系，實現空地一體化的協同指揮調度。以蒙西空地立體協同應急救援體系為例進行說明。

蒙西空地立體協同救援體系由救援基地、空地立體救援網絡、航空應急指揮平臺、救援直升機、救護車、航空應急救援運行規范等組成。巴彥淖爾市醫院作為救援基地，在急診樓前建設有直升機的停機坪，配有助降燈光設施和氣象設備，具備救援直升機備勤保障能力；航空應急救援指揮平臺部署在市醫院急危重癥指揮中心，平臺具備急救人員、地面急救、空中救援、院內診療資源的綜合指揮和監控能力，同時滿足突發事件處置時的資源調度和指揮管理需求。空地立體救援網絡由市醫院、旗縣、鄉鎮（蘇木）醫院和90個應急起降點組成，為進一步擴大蒙西航空應急救援范圍和提升救援能力，在阿拉善左旗烏力吉蘇木衛生院部署了便攜式燈光助降設施、加油設施和視頻監控設備。

120調度員、備勤機組和醫院值班人員可依托航空應急救援指揮平臺值班調度，一旦有救援任務，可立刻評估，快速調取任務地點位置進行航線申請等準備工作。應急救援力量部署及連接關系如圖7所示。自2018年以來，該體系支持完成400余次航空醫療救護、事故救援、災害搜救等任務。

圖7 區域級航空應急救援力量部署關系Fig.7 Deployment relationship of regional aviation emergency rescue forces

4.2 應用效果

4.2.1 空地立體協同院前急救

任務情況：2021年1月8日13：19，120調度員接報烏拉特后旗潮格鎮一名74歲女性心梗病人需要緊急救治。

救援方案：屬地救護車到事發地開展現場救治，同步申請直升機救援飛行計劃，救護車在烏拉特后旗廣場和直升機進行病患交接，通過直升機將病患轉運到巴彥淖爾市醫院進一步救治。

救援過程：13：29飛行計劃批復，13：29病人在潮格鎮上救護車，并于14：11到達后旗廣場，救援直升機14：04后旗廣場落地，完成病患交接后，直升機14：20起飛，14：34市醫院落地。具體救援保障信息詳見表1。

表1 立體救援保障信息Table 1 Air?ground rescue support information min

效果分析：后旗潮格鎮到市醫院車程2h 4 min，從救護車接上病人到直升機落地共用1h 5 min，飛行計劃批復僅用10 min，通過空地聯合救治為病人多爭取59 min救治時間。

4.2.2 空地立體協同事故救援

任務情況：2019年6月21日14：00，120調度員接報靠近邊境甘其毛都口岸國道附件發生一起重大交通事故，多人受傷。

救援方案：120值班領導與機組會商初步采用直升機救援，第一時間將市醫院急救醫護送往事故現場進行現場救治，適時開展空地立體協同救援。

救援過程：14：20申報飛行計劃，14：43飛行計劃批復。14：50直升機起飛，15：37抵達事故現場，第一時間將醫護人員送往事故現場，對現場傷員進行緊急處置，并根據受傷情況，將需要及時救治傷員通過直升機運送到市醫院救治，其余傷員緊急處理后通過救護車就近運送到旗縣及鄉鎮醫院。截止22：10，完成所有傷員轉運任務，直升機當日往返飛行4架次（其中夜航飛行2架次），累計飛行5h35 min，飛行保障信息詳見表2。

表2 飛行保障信息Table 2 Flight support information min

效果分析：在該區域首次開展空地聯合立體救援，首次單日完成連續4架次往返飛行。通過120指揮中心、交警、救援基地（市醫院）、旗縣醫院、救援機組、地勤指揮保障人員協同配合，順利完成空地協同事故救援。

4.2.3 跨區域多機協同醫療轉運

任務情況：2018年12月18日，一名甲醇中毒患者視力模糊，癥狀持續未見好轉，家屬請求轉至北京接受全面治療。

救援方案：接到轉運任務請求后，指揮中心緊急聯系全軍中毒救治中心對轉運任務進行評估，同備勤機組會商決定采用雙機聯運方式將患者轉運至北京，在包頭機場進行病患交接，之后貝爾429直升機返回救援基地備勤；接駁直升機阿古斯塔139由北京密云機場飛往包頭機場接上患者后再轉運至全軍中毒救治中心。

救援過程：當日16：39貝爾429直升機搭載病患由市醫院飛往包頭機場，18：26到達包頭機場；接駁直升機阿古斯塔139于15：09從北京密云機場起飛去往包頭機場，18：21到達包頭機場；病患交接后，阿古斯塔139于19：10從包頭機場飛往北京，21：10到達全軍中毒救治中心。

效果分析：首次使用雙直升機協同完成跨區域夜航轉運，歷時4h 15 min，飛行900 km；患者得到及時救治完全康復。

4.2.4 防疫物資立體協同運送

2020年1月武漢新冠疫情爆發，基于通航云構建的航空應急救援指揮調度平臺在北京、上海、武漢三地值班，完成3架直升機（其中H125直升機2架，H135直升機1架）指揮調度任務，共保障飛行46架次，累積飛行146 h，運送物資約32萬件，合計23.5 t。

以2020年2月19日“固定翼+直升機+地面車輛”立體協同防疫物資轉運為例。采用波音737將防疫物資轉運平臺收集的轉運需求，包括口罩、防護服、消毒液等防疫物資共計1 237箱，從上海浦東機場運抵武漢天河機場，之后調用7架直升機和地面車輛對防疫物資進行分發和轉運，直升機飛行及轉運信息見表3，直升機轉運物資飛行監控界面如圖8所示。

圖8 直升機轉運調度情況Fig.8 Helicopter transfer scheduling monitoring

表3 防疫物資直升機轉運信息Table 3 Helicopter transfer information of epidemic prevention materials

4.2.5 航空應急救援人員協同訓練

2019年9月2日-4日，在湖北荊門與澳大利亞Lifeflight公司共同舉辦了航空醫療救援培訓班。將學員按照醫療組、管理組、飛行員及機組進行分類（人員分類及數量詳見表4），首次利用航空應急模型訓練艙開展不同角色間協同訓練（如圖9所示），實現基于VR的多種場景、多類裝備虛實結合的沉浸式及實操訓練，35名學員通過Lifeflight資質認定。

2020年10月29日-31日，在北京舉辦航空應急救援（直升機）管理理論與實踐技能高級研修班，對來自專業應急救援機構、通航公司、醫院和航空院校等單位65名學員進行培訓（人員分類及數量詳見表4）。首次對航空應急救援協同訓練系統方案進行應用驗證，采用航空應急訓練模擬艙、機載外吊掛救生裝備和機載醫療加改裝系統等進行航空應急救援各類指揮、保障、任務操作（絞車手）和機組人員協同操作理論和技能培訓（如圖9所示），65名學員通過考核并獲得北京市人社局資質認證。

表4 協同訓練人員數量統計Table 4 Statistics on the number of collaborative training personnel

圖9 基于VR航空應急救援協同操作訓練場景Fig.9 Collaborative operation training scene of aviation emergency rescue based on VR

5 結論

本文結合我國航空應急救援特點、現狀及發展需求，提出了航空應急救援體系構建方案和關鍵技術，提出了立體協同應急救援關鍵技術解決途徑和實現方案，并應用于蒙西、川西南、湖北等區域級航空應急救援體系構建。通過航空應急救援人員培訓和立體協同救援實施案例，驗證了本文所提關鍵技術解決方案的可行性。通過460余例航空醫療救援實踐和武漢疫情防疫物資轉運應用案例，驗證了區域級航空應急救援體系實際運行效果。蒙西和川西南立體協同航空醫療救援常態化運行，增強了區域內應對突發災害或事故協同救援能力和水平。

致謝

感謝項目執行過程中所有成員的辛勤勞動，特別感謝王鵬研究員、宋晗研究員、王偉高工、曹文娟高工、趙昂高工、繆秋云工程師、呂政贏工程師、劉志強工程師、周壘工程師和楊拯工程師，以及巴彥淖爾市醫院航空救援執行組、攀鋼醫院航空救援執行組和中船湖北疫情防控救援隊為項目的辛苦付出和努力。