“有人機+無人機”協同模式在氣象(衍生)災害中應急救援策略研究

摘 要：在全球氣候變化日益嚴峻和城市化進程快速發展的背景下，極端天氣事件頻繁發生，給人類社會帶來了極大的損失。為了有效應對這些挑戰，傳統救援方式在應對現在突發的自然災害時存在一定的局限性，隨著科技的發展和進步，越來越先進的救援方式不斷出現，尤其是無人機在應急救援中的應用，起到了關鍵的作用，同時無人機由于受到自身的結構限制，也存在一些缺陷。然而，作為一種前沿的應急救援手段，“有人機+無人機”協同模式逐漸展現出極大的潛力和優勢。分析了無人機在氣象（衍生）災害中應急救援中的優勢和局限性，探討了“有人機+無人機”協同模式，詳細研究了“有人機+無人機”協同模式在氣象（衍生）災害中的應用及效果。

關鍵詞：有人機；無人機；氣象災害；協同模式

中圖分類號：S252 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–0-03

氣象災害及其衍生災害是因氣象因素引起的原生災害進一步導致的災害。當氣象原生災害，如暴雨、干旱、臺風、冰雪、寒潮、沙塵暴、高溫、雷電、冰雹、大霧、大風等，破壞了人類生存的和諧條件后，會衍生出一系列災害。因為這些衍生出的一系列災害是在氣象原生災害的基礎上進一步產生的，所以被稱為氣象衍生災害[1]。氣象衍生災害以其突發性、毀滅性和不可預測性等特點，常常給人類社會帶來重大破壞和人員傷亡。

傳統的救援方式在應對自然災害時存在一定的局限性，主要表現在以下4個方面：（1）反應速度較慢。在災害發生后，傳統的救援方式通常需要一定的時間評估形勢、調動資源和制定應對方案。這段時間的延遲可能導致災害的擴大和損失的增加。（2）信息溝通不暢。不同部門和機構之間可能存在信息壁壘，導致無法及時共享關鍵信息。尤其是在“三斷”環境下的災害，信息溝通和共享更加困難。這不僅會影響救援響應的速度，還可能導致資源的重復投入或浪費。例如，在地震救援中，若醫院與救援隊伍之間信息不暢，救援隊伍可能無法及時了解醫院的實時需求和狀況，導致救援資源的分配不合理。（3）救援手段有限。傳統的救援方式主要依賴于人力和物力資源的投入，但在某些情況下，這些資源可能無法滿足救援需求。例如，在地震、洪水等災害中，救援人員可能無法進入災區進行救援，而物資也可能因道路受阻而無法及時送達。（4）救援效果受限。傳統的救援方式通常是在災害發生后進行應對，其救援效果往往受到災害破壞程度和救援資源投入的限制。在某些情況下，即使投入了大量的資源，也可能無法完全恢復受災地區的正常秩序。傳統的應急救援方式雖然在一定程度上能夠減少災害的影響，但受限于人力、物力和技術手段等因素，往往難以在第一時間實施有效的救援行動。因此，探索和發展新型、高效的應急救援手段成為當前的重要任務。

作為一種創新的應急救援手段，“有人機+無人機”協同模式通過結合有人機的穩定性和大載重能力與無人機的靈活性和快速部署能力，能夠在氣象（衍生）災害應急救援中發揮巨大的潛力。該模式不僅能夠提高救援效率，降低救援成本，還能降低救援人員的安全風險。將對有人機與無人機協同模式在氣象（衍生）災害應急救援中的策略進行深入研究，為未來的應急救援工作提供更加全面、深入的參考。

1 無人機在氣象（衍生）災害中應急救援中的優勢和局限性

無人機是無人駕駛飛機的簡稱（Unmanned Aer-ial Vehicle，UAV）。一架典型的無人機由飛行器、控制站、起飛（發射）和回收裝置及檢測系統等組成，是能按指令飛行的空中機器人。無人機與航空模型的差別在于無人機通常具備自動駕駛功能，能按任務要求進行自主飛行，避免人工操作造成的各項限制。小型無人機具有成本低、起飛降落方便、操作簡單等特點；此外，無人機通常可超視距自主飛行，并可攜帶一定的有效載荷執行偵察、航攝、監控等任務。在重大自然災害發生后，在信息中斷交通受阻的情況下，使用無人機可迅速越過高山、河流，深入腹地進行拍攝獲取災情，及時為搶險救災提供準確信息[2]。

1.1 無人機在氣象（衍生）災害中應急救援中的優勢

作為新型救援力量，無人機在氣象（衍生）災害中應急救援具有獨特的優勢：（1）快速響應和部署。無人機可以快速起飛并抵達災區，進行空中監測和救援行動。相比傳統的救援方式，無人機能夠在短時間內覆蓋更廣泛的區域，迅速獲取災情信息。（2）高空視角和實時監測。無人機可以從高空俯瞰災區，獲取全面的災情信息。同時，通過搭載高清攝像頭和傳感器，無人機可以實時監測災區的變化，為救援人員提供實時圖像和數據支持。（3）降低救援風險。在某些情況下，救援人員可能面臨危險的環境，如洪水、地震等[3]。無人機在這些危險的環境中可以代替救援人員進行空中監測和偵察。（4）多樣化救援任務。無人機可以根據不同的救援任務進行不同的配置和搭載。例如，可以搭載醫療設備和藥品進行醫療救援，或搭載通信設備恢復通信等。這種多樣化的救援方式可以滿足不同救援任務的需求。（5）高效地處理和分析數據。無人機可以獲取大量的災情數據，通過數據處理和無人機在災害救援中展現出顯著的優勢，例如提供及時的空中監測和圖像傳輸功能，幫助救援人員快速了解災情，指導救援行動。它們還可以通過紅外傳感器探測人員和動物的體溫，提高搜救效率。在火災和爆炸事故等救援中，無人機也可以在危險區域進行空中監測，防止產生二次災害。此外，無人機還可以搭載醫療設備和急救藥品，及時響應并搶救傷員，運送血液、器官和藥品到門急診室外的遠程和人煙稀少地區。

1.2 無人機在氣象（衍生）災害中應急救援中的局限性

（1）技術限制。盡管無人機的技術正在不斷進步，但在某些極端條件下，例如強風、大雨、濃霧等惡劣天氣，無人機的飛行和探測能力會受到限制。無人機可能需要頻繁更換電池或尋找充電設施。

（2）信號傳輸問題。無人機與指揮中心之間的信號傳輸可能會受到地形、建筑物或其他障礙物的影響，導致信號中斷或延遲。這可能會影響無人機在災害救援中的實時指揮和控制。

（3）法規和政策限制。不同國家和地區對無人機的使用可能有不同的法規和政策限制。在某些情況下，需要獲得特定的許可或批準才能使用無人機進行災害救援。

（4）人力和資源限制。盡管無人機可以提高救援效率，但仍需要人力和資源來操作和維護無人機。在災害救援中，人力和資源的限制可能會限制無人機的使用范圍和效果[4]。

然而，在災害救援中有人機具有快速部署、垂直起降、監測、物資運輸和撤離人員等優勢，這些優勢使得有人機一直作為災害救援中不可或缺的重要力量，能夠補齊無人機在救援中的缺陷，有人機與無人機協同能夠最大限度地獲得“1+1＞2”的效果。

2 “有人機+無人機”協同模式

“有人機+無人機”協同模式是一種基于先進通信技術的創新救援方式。該模式通過高效的協同控制算法和任務分配與調度策略，將有人機的穩定性、大載重能力與無人機的靈活性、快速部署能力完美結合，共同完成救援任務。

在“有人機+無人機”協同模式下，有人機主要負責執行復雜和高運送量的任務，例如深入災區進行人員搜救、重型物資投送等。有人機的穩定性和大載重能力使其成為救援行動中的得力助手，能夠在惡劣的環境條件下長時間作業，為救援工作提供強大的支持。無人機則利用體積小、靈活性強的特點，在災區進行空中偵察、災情評估和信息傳遞等工作。無人機能夠迅速部署到災區上空，通過搭載的高清攝像頭、紅外探測儀等設備，獲取實時的災區圖像和數據。這些數據為救援指揮中心提供了準確的信息支持，有助于制定合理的救援策略。此外，無人機還能夠進行空中物資運輸和通信中繼等任務。在災區通信設施受損的情況下，無人機可以搭載通信設備，建立臨時通信中繼站，確保救援指揮中心和災區內部的信息暢通。同時，無人機還可以通過空中投送的方式將救援物資快速送達指定地點，解決災區物資短缺的問題。通過協同控制算法和任務分配與調度策略的優化，有人機與無人機可以實現無縫銜接和任務共享。兩者在救援過程中相互協作、密切配合，共同完成各項救援任務。這種協同模式不僅能提高救援效率和質量，還能降低救援成本和風險。

3 國內外研究現狀與發展趨勢

在新型救援模式的研究方面，國外早在1996年10月在美國蒙大拿州，以色列飛機工業公司演示了“火鳥”無人機，該機裝備有專門的前視紅外（FLIR）有效載荷，無論白天還是夜晚都可用于探測火情和熱點區域所收集的數據可以標在地理信息系統上以表示火災的進展情況，還可顯示滅火飛機的飛行樣式。采用FLIR就有機會在火已被撲滅后探測地下熱點，這也可由地理信息系統顯示，并被當作可能存在的危險而加以處理[5]。

2006年美國航空航天局（NASA）和美國林業局在使用“牽牛星”（Altair，捕食者的改型）在森林大火上空進行了2次飛行。“牽牛星”無人機在火災上空圍繞直徑為60 cm的圓弧路徑飛行，使用NASA艾姆斯研究中心提供的紅外掃描器查明了主要火災點，并將這些數據發送給地面站。該無人機持續飛行了3 d左右，約每隔30 min就向地面中繼傳輸火災圖像，實時為消防人員提供火災情況。

除火災外，美國還使用無人機對颶風進行實時監測。2007年美國使用一架AAI公司制造并擁有的Aero-

sonde Mk3跟蹤諾埃爾颶風（Hurricane Noe1），并在風暴環境中飛行了7.5 h，最低時飛行至91 m海面上空的風暴中心搜集數據，并將數據傳回了美國國家海洋與大氣局（NOAA）位于佛羅里達州邁阿密的國家颶風中心。

中國在有人機和無人機協同研究起步晚，但我國使用無人機對抗自然災害和對災后的災情評估方面發揮了重要作用。2008年的年初，我國民政系統第一次將無人機航拍方法運用于南方地區雨雪冰凍災害的救災搶險行動。當時執行任務的專家及無人機都來自桂林國家減災中心無人機生產研發基地和桂林鑫鷹電子科技有限公司。

4 “有人機+無人機”協同模式在氣象（衍生）災害中的應用及其效果

“有人機+無人機”協同模式在氣象（衍生）災害應急救援中的應用主要體現在以下2個方面。

4.1 災情偵察與評估

在災害發生后，無人機可以迅速部署到災區上空，通過搭載的高清攝像頭、紅外探測儀等設備，對災區進行實時偵察和災情評估。無人機能夠在復雜的環境條件下穩定飛行，并獲取高清的災區圖像和數據。通過對這些圖像和數據的分析和處理，可以及時了解災區的受災情況、人員分布和救援需求等信息。這些信息為救援指揮中心提供了重要的決策依據，有助于制定合理的救援策略和方案。

4.2 人員搜救與定位

“有人機+無人機”協同模式是一種高效、精準的搜救方式，適用于復雜和困難的環境條件，無人機進行初步搜索，無人機可以先進行大面積的搜索，利用其靈活性和快速性，快速找到可能的目標區域。無人機還可以搭載高清攝像頭、紅外攝像頭等設備，以便在夜間或惡劣天氣條件下進行搜索。當無人機找到可能的目標區域后，有人機進行精確定位和救援，可以更直接、更準確地接近被困人員，同時，有人機還可以搭載更多的救援設備，如擔架、醫療設備等，以便進行緊急救援。

現在有人機與無人機的配合應用越來越廣泛，2024年3月16日，四川甘孜雅江縣呷拉鎮白孜村發生的森林火災。火勢兇猛，濃煙滾滾，給當地生態環境和人民生命財產安全帶來了嚴重威脅。為了快速撲滅山火，應急救援部門積極響應，快速投入多種型號有人機參與滅火（圖1），同時協調我國產某型先進無人機投入對火場的全方位實時監控（圖2），在先進技術的加持下和人民救援力量的全力撲救，四川雅江山火被迅速控制，這次山火的成功撲滅，是“有人機+無人機”協同模式的成功運用，充分證明了“有人機+無人機”協同模式在災害中應急救援的重要作用。

5 結束語

隨著科技的不斷發展和進步， “有人機+無人機”協同模式在氣象（衍生）災害應急救援中的應用將會更加廣泛和深入。未來，該模式有望在救援效率、救援成本、救援安全性等方面實現突破和創新。

參考文獻

[1] 黃潤秋，許強.中國典型災難性滑坡[M].北京：科學出版社，2008.

[2] 許強，裴向軍，黃潤秋.汶川地震大型滑坡研究[M].北京：科學出版社，2009.

[3] 呂書強，晏磊，張兵，等.無人機遙感系統的集成與飛行試驗研究[J].測繪科學，2007（1）：84-86，163.

[4] 姚鑫，吳付英.無人機遙感技術在地質災害監測中的應用[J].電子技術與軟件工程，2022（7）：160-163.

[5] 秦松濤，李智敏，譚明，等.青海玉樹7.1級地震震害特點分析及啟示[J].災害學，2010，25（3）：65-70.