新冠疫情防控工作中无人机应用情况浅析

 电话：[phone] 手机：[phone]

微信：tech99999 邮箱：[e-mail]

来源：《无人机》2020年第12期

作者：吴耕宇 陈黎 徐悦

2019年底开始的新型冠状病毒肺炎疫情，是新中国成立以来在全国范围内传播速度最快、感染范围最广、防控难度最大的一次重大突发公共卫生事件。由于新冠病毒具有极高传染性、较高致死率、较长潜伏期并且潜伏期内具有传染性、以飞沫传播/接触传播为主要传染途径等特点，因此国内在防控工作中采取了加强重点区域（场所）管理、城乡社区（村）封闭管理、车辆通行管控、环境卫生管理、居民健康全面排查、重点人群管理和服务、医用防护物资保障、强制停工停产等一系列措施，以控制传染源、阻断传播途径，遏制疫情的扩散蔓延。为了在有效落实各项疫情防控措施、确保抗击新冠肺炎战“疫”最终胜利的同时，最大程度地减少防控工作所带来的各种负面影响，国内很多地区广泛使用无人机作为抗疫装备并取得了良好效果，其成功经验非常值得关注和推广，本文将在这方面做一浅析。

一、无人机的传统任务定位

与有人驾驶飞机相比，无人机由于机上没有机组人员，通常可由地面人员遥控操作或者相当程度上自主工作，因而不存在人体生理限制和健康损伤问题，更便于执行“枯燥”（Dull）、“肮脏”（Dirty）和“危险”（Dangerous）的任务，亦即所谓的“3D任务”。由于此次新冠疫情防控工作的复杂性、危险性、艰巨性，很多相关任务在相当程度上具备了“3D任务”的特征，因而非常适合使用各种类型的无人机来承担。

（1）“枯燥”任务

“枯燥”任务通常是指重复琐碎、单调无聊、令人厌烦，更适合自动完成的任务。例如，对较大范围区域实施持续空中监控就是一种非常典型的“枯燥”任务，这期间飞行员由于长时间内持续不间断地进行观测作业，将很容易导致疲劳、注意力不集中，进而严重影响任务完成质量，要解决这一问题只能成倍增加机上人员数量以便进行轮班换岗，而这将会导致成本费用的急剧增长。相比之下，无人机在携带合适的雷达/光电任务载荷后，将可以自动、高效、廉价地完成该类任务，这期间地面操作员和观测员将可以通过轮班换岗、交替工作的方式来降低单人的工作强度，使其始终保持旺盛的精力，从而在无人机无需返航的情况下使任务长时间持续下去。

（2）“肮脏”任务

“肮脏”任务通常是指对核、生物、化学污染环境和和放射性物质的监视探测。若使用有人驾驶飞机来执行这类任务，除了机组人员会面临不同程度的危险外，完成任务后还需要对飞机和机组人员进行必要的洗消，不但费时费力，而且费用高昂。如果利用无人机携带相应的任务载荷来执行这类任务，不但无需让机组人员身处险境，而且无人机因为普遍体型较小并且无复杂的人员座舱，完成任务后的洗消作业也更加方便容易，成本费用也更低。由于此次新冠疫情在相当程度上可视为一场生化危机，疫情监控无疑非常符合人们对无人机的传统任务定位，甚至可以说是为其“量身定做”的。

（3）“危险”任务

“危险”任务通常是指会影响到人身安全、甚至可能导致机上人员伤亡的任务。例如，到危险空域（恶劣天气、火灾等场合）进行各种任务作业就是一项典型的“危险”任务，使用有人驾驶飞机来执行这类任务时，飞行员人身安全将会面临很大威胁，由此还会导致其精力分散而严重影响任务完成的质量。如果使用无人机来执行这类任务，由于地面操作员不会面临任何危险，将可以更加集中精力、更高效地完成任务。由于新冠病毒的高传染性，在很多场合使用无人机来代替传统有人驾驶装备执行任务，将可以充分发挥其性能优势，最大程度地减少相关驾驶（操作）人员被感染的风险。

二、无人机在新冠疫情防控中的主要用途

此次新冠疫情发生后，全国各地在较短时间内迅速整合力量，全力抗击。在这场没有硝烟的战争中，部分地区选用无人机平台实施“非接触式”防控，全方位开创了立体疫情防控的新模式，将无人机广泛用于防控工作的各个环节，不仅大幅提高了工作效率，而且有效降低了一线工作人员的感染风险，取得了很好的效果。

1.无人机防控宣传

在开展防疫宣传工作的过程中，传统的悬挂横幅标语、报刊媒体新闻报道、地面固定广播等宣传方式，不但宣传效果较为有限，而且不可避免地会存在大量宣传盲区。利用无人机挂载相关的任务设备进行防控宣传作业（例如搭载对讲喊话器或广播系统在空中喊话劝导），只要合理规划飞行路径并调整任务飞行时间，将具有传播距离远、覆盖面更广、影响范围大等独特优势，由此可以有效提升群众的疫情防控意识。

图1 无人机防控宣传

2.无人机巡察监控

在开展防疫工作的过程中，若以传统人工作业的方式对防控区域逐片进行巡察，不仅耗时长、效率低，而且防控人员感染的风险也较高。利用携带有高清摄像机的无人机替代人工作业，只要合理规划好飞行路径，将可以在空中对数公里、甚至更大范围的区域实施全局监控，拍摄高质量影像并实时回传至控制中心，对违规聚集、防护措施不到位（例如没正确佩戴口罩）等行为进行重点查控并及时进行劝导，在实现相关区域无接触安全巡察自动化、有效提升群防群控效率、最大程度消除防控死角的同时，还节约了大量人力和物力，同时也避免了人员之间直接接触，减少互相传染的几率。

图2 无人机巡察监控

3.无人机喷洒消杀

在疫情防控过程中，街道、农贸市场、医院、学校、公园、小区等区域均需要进行喷洒消毒，以预防病毒的传播。以前这项工作是由防疫人员利用背负式喷雾机、以人工喷洒覆盖的方式来完成的，不仅工作效率低，而且防疫人员自身也存在被病毒感染的风险。利用无人机进行空中消杀喷洒作业，将可以有效避免这些问题，不但覆盖面积更广、工作效率更高（可提高数倍到数十倍）、无人员感染风险，而且彻底解决了地面作业存在的消杀死角问题，同时喷洒消毒液的雾化效果也更加均匀。

图3 无人机喷洒消杀

4.无人机物资配送

在新冠疫情期间，部分地区实施的封闭式管理让大量小区成为了“孤岛”，不但防护服、医用口罩、手套、医疗试剂盒、消毒液、医用酒精等防疫物资难以顺利送达，部分居家隔离人员所必需的米面、肉类、蔬菜、水果等生活用品供应也成了很大问题。广泛利用无人机开展“无接触配送”，构建起疫区空中应急运输生命通道，将可以在相当程度上解决因人员流动限制引起的传统物流链阻断的状况，进而使上述问题得到有效缓解。事实表明，与传统的地面运输相比，目前技术条件下的无人机尽管运载量有限，但运输速度可提高一倍乃至数倍，并且还可彻底消除人工运送物资过程中驾驶员可能面临的种种风险，进而有效避免疫情的扩散。

图4  无人机物资配送

5.无人机健康监测

在新冠疫情防控过程中，一项重要工作就是进行初步筛查，尽早找出人群中的新冠病毒感染者，但传统的人工检测方式效率太低，在很多场合基本不具备可行性。例如，测量体温是一种重要的初步筛查方式，但无论是使用普通接触式水银/电子温度计还是无接触式红外测温枪，其工作效率都很低，因为现实中不可能要求整个区域的民众全体排队进行体温测量；不仅如此，由于使用普通水银/电子温度计测量体温时将不可避免地会与被测对象直接/间接接触，使用红外测温枪检测过程中人与人之间的距离也较小，因而都存在交叉感染的风险。针对这一问题，可以借鉴目前森林防火、电力巡线、工厂温检、城市消防等领域已经得到应用的无人机测温技术，通过无人机搭载相应的检测设备来识别人群中体温异常的人员，并引导他们接受进一步检查，由此既可以充分保证安全又能大幅提高工作效率。

图5  无人机健康监测

6.其他应用场合

此次新冠疫情期间的相关经验表明，无人机还可用于其他多种任务场合，由此可以间接为防控工作提供有力的支援。例如，在武汉火神山医院建设期间，曾使用了浙江极客桥公司提供的六架照明无人机，利用机上搭载的小型发电机和照明设备，在空中为地面工地提供长时间、不间断的照明，有效解决了建设工地上的应急照明问题。此外，国内部分地区2020年的春耕工作尽管受到新冠疫情的很大影响，但借助植保无人机的有效使用，使农业生产活动很快恢复正常，有力促进了春耕备耕工作。

图6  无人机工地照明

三、无人机承担新冠防疫工作过程中需要注意的几个方面

此次全面参与新冠疫情防控工作，是对无人机应对公共卫生危机能力的一次大规模实战检验，凭借这期间的突出表现，无人机充分展现了其在疫情防控工作中的独特优势和应用前景，为实现民用无人机行业的持续发展提供了宝贵经验。但全国各地在使用无人机承担疫情防控工作的过程中，也陆续暴露出一些大大小小的问题，在相当程度上影响了无人机性能优势的发挥，需要在今后的工作中多加注意和预防。

1.适时开发疫情防控专用的无人机任务载荷

无人机仅仅是一个飞行平台，其功能归根到底要通过各种任务载荷设备来完成。在此次新冠疫情防控任务作业中，无人机除了大量使用传统的雷达/光电吊舱、货运吊舱、药物喷洒设备外，很多单位/机构还根据自己的特殊需要，使用各种“临时客串”的任务设备（市场购置甚至自行制作）或者将几种功能单一的设备临时组合起来使用，尽管也能在很大程度上满足需求，但同时会带来工作效率降低、使用成本增加、操作使用难度增大等问题，有时甚至会带来安全隐患。有鉴于此，非常有必要根据此次新冠疫情的特点研发一些既具备防疫/抗疫功能、又适合无人机搭载携带的专用任务载荷，以满足一些特殊任务场合的需要。例如，加拿大Draganfly公司就根据此次新冠疫情防控工作的需要，研制了一种同时集成有热成像仪、高分辨率摄像头等传感器，并且采用了人工智能技术的无人机防疫专用任务设备，可以在较远距离上检测人员的体温、心率、呼吸频率、血压等生命体征以及打喷嚏、咳嗽、发烧等症状征候，同时还能测量人们的社交距离，从而实现对地面人群进行有效的健康监测。

2.加强无人机使用的专业技术保障

由于新冠疫情防控工作的特殊性，无人机在此期间的使用强度、飞行环境和后勤条件，均与平时不可同日而语，由此会对技术保障工作提出更高要求。例如，由于任务需要，无人机经常不得不长时间、超负荷或者在较恶劣天气条件下飞行；所携带的外挂载荷与载机不匹配，任务设备的重量、体积、外形尺寸明显超标；在部分特殊任务场合，需要根据用户的现实需要对无人机进行临时性改装；短时间内集中培训的操作人员技能和经验不足，存在违规使用、甚至野蛮操作等现象。这些问题的存在，会导致无人机零部件磨损严重、机体结构疲劳加剧、飞行/地面事故增多，妥善率和出动率下降，最终会影响到抗疫工作的完成。针对这种情况，非常有必要加强相关专业技术保障工作，在加大相关单位/机构操作人员培训力度的同时，为用户提供全面的技术保障服务，使无人机的使用、维护和临时改装等行为更加专业化、合法化、规范化，为无人机高效作业和安全飞行撑起保护伞。

3.确保无人机任务作业过程中的飞行安全

在新冠疫情防控期间，无人机任务繁重、使用强度大、保障条件差，很多时候还需要在复杂地形环境、甚至较恶劣天气条件下执行任务，导致飞行安全问题显得非常突出。例如，目前无人机普遍采用遥控方式，自主控制水平和智能化程度低，进行任务作业过程中需要频繁进行人机交互，导致协同动作多、操作难度大，不仅严重影响了工作效率，而且增大了发生事故的机率；目前无人机通常飞行高度较低并且缺乏自主避障能力，但在任务作业过程中经常会在城市、山地、密林等坏境下飞行，一旦不慎就有可能与高层建筑、电线杆、广告牌、树丛等各种障碍物相撞；用户缺乏相关专业知识，随意外挂自行购置、制作的任务设备（标语横幅、音响设备等），导致无人机挂载后飞行稳定性受到严重影响，带来潜在的安全隐患；疫情期间临时培训的操作人员相关技能经验欠缺，在无人机任务作业过程中的误操作、违规操作现象增多。针对这些问题，除了需要严格执行国家相关法规，遵从有关部门的管理，合理规划飞行路径外，还需要加强对用户及操作人员的技术培训和安全教育，以最大程度地减少、避免各种失误，消除事故隐患。 

一网打尽系列文章，请回复以下关键词查看：

创新发展：习近平 | 创新中国 | 创新创业 | 科技体制改革 | 科技创新政策 | 协同创新 | 科研管理 | 成果转化 | 新科技革命 | 基础研究 | 产学研 | 供给侧

热点专题：军民融合 | 民参军 | 工业4.0 | 商业航天 | 智库 | 国家重点研发计划 | 基金 | 装备采办 | 博士 | 摩尔定律 | 诺贝尔奖 | 国家实验室 | 国防工业 | 十三五 | 创新教育 | 军工百强 | 试验鉴定 | 影响因子 | 双一流 | 净评估

预见未来：预见2016 |预见2020  | 预见2025 | 预见2030  | 预见2035 | 预见2045  | 预见2050

前沿科技：颠覆性技术 | 生物 | 仿生 | 脑科学 | 精准医学 | 基因 |  基因编辑 | 虚拟现实 | 增强现实 | 纳米 | 人工智能 | 机器人 | 3D打印 | 4D打印 | 太赫兹 | 云计算 | 物联网 | 互联网+ | 大数据 | 石墨烯 | 能源 | 电池 | 量子 | 超材料 | 超级计算机 | 卫星 | 北斗 | 智能制造 | 不依赖GPS导航 | 通信 | 5G | MIT技术评论 | 航空发动机 | 可穿戴 | 氮化镓 | 隐身 | 半导体 | 脑机接口 | 传感器

先进武器：中国武器 | 无人机 | 轰炸机 | 预警机 | 运输机 | 直升机 | 战斗机 | 六代机 | 网络武器 | 激光武器 | 电磁炮 | 高超声速武器 | 反无人机 | 防空反导 | 潜航器

未来战争：未来战争 | 抵消战略 | 水下战 | 网络空间战 | 分布式杀伤 | 无人机蜂群 | 太空战 | 反卫星

领先国家：美国 | 俄罗斯 | 英国 | 德国 | 法国 | 日本 | 以色列 | 印度

前沿机构：战略能力办公室 | DARPA | 快响小组 | Gartner | 硅谷 | 谷歌 | 华为 | 阿里 | 俄先期研究基金会 | 军工百强

前沿人物：钱学森 | 马斯克 | 凯文凯利 | 任正非 | 马云 | 奥巴马 | 特朗普

专家专栏：黄志澄 | 许得君 | 施一公 | 王喜文 | 贺飞 | 李萍 | 刘锋 | 王煜全 | 易本胜 | 李德毅 | 游光荣 | 刘亚威 | 赵文银 | 廖孟豪 | 谭铁牛 | 于川信 | 邬贺铨

全文收录：2017文章全收录 | 2016文章全收录 | 2015文章全收录 | 2014文章全收录

其他主题系列陆续整理中，敬请期待……