“有人机+无人机”协同模式在气象(衍生)灾害中应急救援策略研究

摘 要：在全球气候变化日益严峻和城市化进程快速发展的背景下，极端天气事件频繁发生，给人类社会带来了极大的损失。为了有效应对这些挑战，传统救援方式在应对现在突发的自然灾害时存在一定的局限性，随着科技的发展和进步，越来越先进的救援方式不断出现，尤其是无人机在应急救援中的应用，起到了关键的作用，同时无人机由于受到自身的结构限制，也存在一些缺陷。然而，作为一种前沿的应急救援手段，“有人机+无人机”协同模式逐渐展现出极大的潜力和优势。分析了无人机在气象（衍生）灾害中应急救援中的优势和局限性，探讨了“有人机+无人机”协同模式，详细研究了“有人机+无人机”协同模式在气象（衍生）灾害中的应用及效果。

关键词：有人机；无人机；气象灾害；协同模式

中图分类号：S252 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）08–0-03

气象灾害及其衍生灾害是因气象因素引起的原生灾害进一步导致的灾害。当气象原生灾害，如暴雨、干旱、台风、冰雪、寒潮、沙尘暴、高温、雷电、冰雹、大雾、大风等，破坏了人类生存的和谐条件后，会衍生出一系列灾害。因为这些衍生出的一系列灾害是在气象原生灾害的基础上进一步产生的，所以被称为气象衍生灾害[1]。气象衍生灾害以其突发性、毁灭性和不可预测性等特点，常常给人类社会带来重大破坏和人员伤亡。

传统的救援方式在应对自然灾害时存在一定的局限性，主要表现在以下4个方面：（1）反应速度较慢。在灾害发生后，传统的救援方式通常需要一定的时间评估形势、调动资源和制定应对方案。这段时间的延迟可能导致灾害的扩大和损失的增加。（2）信息沟通不畅。不同部门和机构之间可能存在信息壁垒，导致无法及时共享关键信息。尤其是在“三断”环境下的灾害，信息沟通和共享更加困难。这不仅会影响救援响应的速度，还可能导致资源的重复投入或浪费。例如，在地震救援中，若医院与救援队伍之间信息不畅，救援队伍可能无法及时了解医院的实时需求和状况，导致救援资源的分配不合理。（3）救援手段有限。传统的救援方式主要依赖于人力和物力资源的投入，但在某些情况下，这些资源可能无法满足救援需求。例如，在地震、洪水等灾害中，救援人员可能无法进入灾区进行救援，而物资也可能因道路受阻而无法及时送达。（4）救援效果受限。传统的救援方式通常是在灾害发生后进行应对，其救援效果往往受到灾害破坏程度和救援资源投入的限制。在某些情况下，即使投入了大量的资源，也可能无法完全恢复受灾地区的正常秩序。传统的应急救援方式虽然在一定程度上能够减少灾害的影响，但受限于人力、物力和技术手段等因素，往往难以在第一时间实施有效的救援行动。因此，探索和发展新型、高效的应急救援手段成为当前的重要任务。

作为一种创新的应急救援手段，“有人机+无人机”协同模式通过结合有人机的稳定性和大载重能力与无人机的灵活性和快速部署能力，能够在气象（衍生）灾害应急救援中发挥巨大的潜力。该模式不仅能够提高救援效率，降低救援成本，还能降低救援人员的安全风险。将对有人机与无人机协同模式在气象（衍生）灾害应急救援中的策略进行深入研究，为未来的应急救援工作提供更加全面、深入的参考。

1 无人机在气象（衍生）灾害中应急救援中的优势和局限性

无人机是无人驾驶飞机的简称（Unmanned Aer-ial Vehicle，UAV）。一架典型的无人机由飞行器、控制站、起飞（发射）和回收装置及检测系统等组成，是能按指令飞行的空中机器人。无人机与航空模型的差别在于无人机通常具备自动驾驶功能，能按任务要求进行自主飞行，避免人工操作造成的各项限制。小型无人机具有成本低、起飞降落方便、操作简单等特点；此外，无人机通常可超视距自主飞行，并可携带一定的有效载荷执行侦察、航摄、监控等任务。在重大自然灾害发生后，在信息中断交通受阻的情况下，使用无人机可迅速越过高山、河流，深入腹地进行拍摄获取灾情，及时为抢险救灾提供准确信息[2]。

1.1 无人机在气象（衍生）灾害中应急救援中的优势

作为新型救援力量，无人机在气象（衍生）灾害中应急救援具有独特的优势：（1）快速响应和部署。无人机可以快速起飞并抵达灾区，进行空中监测和救援行动。相比传统的救援方式，无人机能够在短时间内覆盖更广泛的区域，迅速获取灾情信息。（2）高空视角和实时监测。无人机可以从高空俯瞰灾区，获取全面的灾情信息。同时，通过搭载高清摄像头和传感器，无人机可以实时监测灾区的变化，为救援人员提供实时图像和数据支持。（3）降低救援风险。在某些情况下，救援人员可能面临危险的环境，如洪水、地震等[3]。无人机在这些危险的环境中可以代替救援人员进行空中监测和侦察。（4）多样化救援任务。无人机可以根据不同的救援任务进行不同的配置和搭载。例如，可以搭载医疗设备和药品进行医疗救援，或搭载通信设备恢复通信等。这种多样化的救援方式可以满足不同救援任务的需求。（5）高效地处理和分析数据。无人机可以获取大量的灾情数据，通过数据处理和无人机在灾害救援中展现出显著的优势，例如提供及时的空中监测和图像传输功能，帮助救援人员快速了解灾情，指导救援行动。它们还可以通过红外传感器探测人员和动物的体温，提高搜救效率。在火灾和爆炸事故等救援中，无人机也可以在危险区域进行空中监测，防止产生二次灾害。此外，无人机还可以搭载医疗设备和急救药品，及时响应并抢救伤员，运送血液、器官和药品到门急诊室外的远程和人烟稀少地区。

1.2 无人机在气象（衍生）灾害中应急救援中的局限性

（1）技术限制。尽管无人机的技术正在不断进步，但在某些极端条件下，例如强风、大雨、浓雾等恶劣天气，无人机的飞行和探测能力会受到限制。无人机可能需要频繁更换电池或寻找充电设施。

（2）信号传输问题。无人机与指挥中心之间的信号传输可能会受到地形、建筑物或其他障碍物的影响，导致信号中断或延迟。这可能会影响无人机在灾害救援中的实时指挥和控制。

（3）法规和政策限制。不同国家和地区对无人机的使用可能有不同的法规和政策限制。在某些情况下，需要获得特定的许可或批准才能使用无人机进行灾害救援。

（4）人力和资源限制。尽管无人机可以提高救援效率，但仍需要人力和资源来操作和维护无人机。在灾害救援中，人力和资源的限制可能会限制无人机的使用范围和效果[4]。

然而，在灾害救援中有人机具有快速部署、垂直起降、监测、物资运输和撤离人员等优势，这些优势使得有人机一直作为灾害救援中不可或缺的重要力量，能够补齐无人机在救援中的缺陷，有人机与无人机协同能够最大限度地获得“1+1＞2”的效果。

2 “有人机+无人机”协同模式

“有人机+无人机”协同模式是一种基于先进通信技术的创新救援方式。该模式通过高效的协同控制算法和任务分配与调度策略，将有人机的稳定性、大载重能力与无人机的灵活性、快速部署能力完美结合，共同完成救援任务。

在“有人机+无人机”协同模式下，有人机主要负责执行复杂和高运送量的任务，例如深入灾区进行人员搜救、重型物资投送等。有人机的稳定性和大载重能力使其成为救援行动中的得力助手，能够在恶劣的环境条件下长时间作业，为救援工作提供强大的支持。无人机则利用体积小、灵活性强的特点，在灾区进行空中侦察、灾情评估和信息传递等工作。无人机能够迅速部署到灾区上空，通过搭载的高清摄像头、红外探测仪等设备，获取实时的灾区图像和数据。这些数据为救援指挥中心提供了准确的信息支持，有助于制定合理的救援策略。此外，无人机还能够进行空中物资运输和通信中继等任务。在灾区通信设施受损的情况下，无人机可以搭载通信设备，建立临时通信中继站，确保救援指挥中心和灾区内部的信息畅通。同时，无人机还可以通过空中投送的方式将救援物资快速送达指定地点，解决灾区物资短缺的问题。通过协同控制算法和任务分配与调度策略的优化，有人机与无人机可以实现无缝衔接和任务共享。两者在救援过程中相互协作、密切配合，共同完成各项救援任务。这种协同模式不仅能提高救援效率和质量，还能降低救援成本和风险。

3 国内外研究现状与发展趋势

在新型救援模式的研究方面，国外早在1996年10月在美国蒙大拿州，以色列飞机工业公司演示了“火鸟”无人机，该机装备有专门的前视红外（FLIR）有效载荷，无论白天还是夜晚都可用于探测火情和热点区域所收集的数据可以标在地理信息系统上以表示火灾的进展情况，还可显示灭火飞机的飞行样式。采用FLIR就有机会在火已被扑灭后探测地下热点，这也可由地理信息系统显示，并被当作可能存在的危险而加以处理[5]。

2006年美国航空航天局（NASA）和美国林业局在使用“牵牛星”（Altair，捕食者的改型）在森林大火上空进行了2次飞行。“牵牛星”无人机在火灾上空围绕直径为60 cm的圆弧路径飞行，使用NASA艾姆斯研究中心提供的红外扫描器查明了主要火灾点，并将这些数据发送给地面站。该无人机持续飞行了3 d左右，约每隔30 min就向地面中继传输火灾图像，实时为消防人员提供火灾情况。

除火灾外，美国还使用无人机对飓风进行实时监测。2007年美国使用一架AAI公司制造并拥有的Aero-

sonde Mk3跟踪诺埃尔飓风（Hurricane Noe1），并在风暴环境中飞行了7.5 h，最低时飞行至91 m海面上空的风暴中心搜集数据，并将数据传回了美国国家海洋与大气局（NOAA）位于佛罗里达州迈阿密的国家飓风中心。

中国在有人机和无人机协同研究起步晚，但我国使用无人机对抗自然灾害和对灾后的灾情评估方面发挥了重要作用。2008年的年初，我国民政系统第一次将无人机航拍方法运用于南方地区雨雪冰冻灾害的救灾抢险行动。当时执行任务的专家及无人机都来自桂林国家减灾中心无人机生产研发基地和桂林鑫鹰电子科技有限公司。

4 “有人机+无人机”协同模式在气象（衍生）灾害中的应用及其效果

“有人机+无人机”协同模式在气象（衍生）灾害应急救援中的应用主要体现在以下2个方面。

4.1 灾情侦察与评估

在灾害发生后，无人机可以迅速部署到灾区上空，通过搭载的高清摄像头、红外探测仪等设备，对灾区进行实时侦察和灾情评估。无人机能够在复杂的环境条件下稳定飞行，并获取高清的灾区图像和数据。通过对这些图像和数据的分析和处理，可以及时了解灾区的受灾情况、人员分布和救援需求等信息。这些信息为救援指挥中心提供了重要的决策依据，有助于制定合理的救援策略和方案。

4.2 人员搜救与定位

“有人机+无人机”协同模式是一种高效、精准的搜救方式，适用于复杂和困难的环境条件，无人机进行初步搜索，无人机可以先进行大面积的搜索，利用其灵活性和快速性，快速找到可能的目标区域。无人机还可以搭载高清摄像头、红外摄像头等设备，以便在夜间或恶劣天气条件下进行搜索。当无人机找到可能的目标区域后，有人机进行精确定位和救援，可以更直接、更准确地接近被困人员，同时，有人机还可以搭载更多的救援设备，如担架、医疗设备等，以便进行紧急救援。

现在有人机与无人机的配合应用越来越广泛，2024年3月16日，四川甘孜雅江县呷拉镇白孜村发生的森林火灾。火势凶猛，浓烟滚滚，给当地生态环境和人民生命财产安全带来了严重威胁。为了快速扑灭山火，应急救援部门积极响应，快速投入多种型号有人机参与灭火（图1），同时协调我国产某型先进无人机投入对火场的全方位实时监控（图2），在先进技术的加持下和人民救援力量的全力扑救，四川雅江山火被迅速控制，这次山火的成功扑灭，是“有人机+无人机”协同模式的成功运用，充分证明了“有人机+无人机”协同模式在灾害中应急救援的重要作用。

5 结束语

随着科技的不断发展和进步， “有人机+无人机”协同模式在气象（衍生）灾害应急救援中的应用将会更加广泛和深入。未来，该模式有望在救援效率、救援成本、救援安全性等方面实现突破和创新。

参考文献

[1] 黄润秋，许强.中国典型灾难性滑坡[M].北京：科学出版社，2008.

[2] 许强，裴向军，黄润秋.汶川地震大型滑坡研究[M].北京：科学出版社，2009.

[3] 吕书强，晏磊，张兵，等.无人机遥感系统的集成与飞行试验研究[J].测绘科学，2007（1）：84-86，163.

[4] 姚鑫，吴付英.无人机遥感技术在地质灾害监测中的应用[J].电子技术与软件工程，2022（7）：160-163.

[5] 秦松涛，李智敏，谭明，等.青海玉树7.1级地震震害特点分析及启示[J].灾害学，2010，25（3）：65-70.