警用無(wú)人機(jī)在高速公路救援中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李雅坤

摘要：本文基于當(dāng)今無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，探討將其應(yīng)用于高速公路緊急救援中的可行性，為今后無(wú)人機(jī)在高速交通中的應(yīng)用提出了展望。在對(duì)無(wú)人機(jī)研究現(xiàn)狀和高速公路交警工作特點(diǎn)的調(diào)查基礎(chǔ)上，嘗試構(gòu)建無(wú)人機(jī)平臺(tái)與高速救援系統(tǒng)。從造型、功能等方面提出無(wú)人機(jī)平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)具體的高速公路無(wú)人機(jī)救援流程。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);高速公路;交通;救援

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）07-0157-02

1 無(wú)人機(jī)的發(fā)展背景

現(xiàn)代社會(huì)科技產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)一直都是以軍用到民用的發(fā)展路線，無(wú)人機(jī)也是一樣。由于無(wú)人機(jī)本身所特有的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，使得其在民用方面：城市管理、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、救災(zāi)救援及影視拍攝等也有廣泛的應(yīng)用空間。

1.1 社會(huì)背景

將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于高速交通安全管理中有著非常重要的意義。從近些年來(lái)高速公路安全管理的有關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，目前我國(guó)高速公路的交通相對(duì)擁擠，交通事故呈上升趨勢(shì)，因交通事故所引發(fā)的損失也相對(duì)嚴(yán)重。從高速公路交通管理的角度出發(fā)，高速公路出行暢通的需求強(qiáng)調(diào)對(duì)交通秩序的維護(hù)，而交通安全的需求則注重的是交通事故的處理。

1.2 技術(shù)背景

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的日漸成熟，機(jī)載設(shè)備小型化、防撞能力不斷提高、信號(hào)傳輸能增強(qiáng)，無(wú)人機(jī)被越來(lái)越多地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。目前行業(yè)中民用無(wú)人機(jī)的三點(diǎn)核心技術(shù)為：

1）無(wú)線遙感技術(shù)。無(wú)線遙感技術(shù)是指通過(guò)機(jī)載計(jì)算機(jī)程序或無(wú)線電遙控設(shè)備來(lái)操控?zé)o人機(jī)、獲取信息。

2）感知避讓技術(shù)。是指無(wú)人機(jī)通過(guò)自身攜帶的傳感器對(duì)當(dāng)前飛行區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，探查是否存在飛行沖突，執(zhí)行規(guī)避障礙物，避免發(fā)生碰撞，確保安全。

3）無(wú)人機(jī)航拍攝影技術(shù)。無(wú)人駕駛飛機(jī)作為一個(gè)飛行平臺(tái)，以自身攜帶的遙感設(shè)備獲取信息，用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行分析和處理，按照一定的精度比例要求制作需要的圖像。

2 無(wú)人機(jī)在高速交通救援中的可行性

結(jié)合近些年來(lái)高速公路交通事故的發(fā)生率的相關(guān)數(shù)據(jù)可知，高速交通事故具有車(chē)輛損失嚴(yán)重、人員傷亡率高、極易發(fā)生二次事故的特點(diǎn)。因此，提高高速公路的通行狀況、提升高速公路的安全管理體系也越來(lái)越成為急需要解決的問(wèn)題。適時(shí)的將高科技技術(shù)手段運(yùn)用在高速公路的救援系統(tǒng)中已成為現(xiàn)代高速交通管理中必須要考慮的問(wèn)題。

2.1 無(wú)人機(jī)在高速交通中的應(yīng)用

目前已有一些省市將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于高速公路管理中，重慶在節(jié)假日期間成功運(yùn)用無(wú)人機(jī)為高速公路疏通道路。江西省在高速公路交通管理中使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行路況信息的采集，以便充分應(yīng)對(duì)緊急交通問(wèn)題。之后，無(wú)人機(jī)還將對(duì)高速公路上行駛車(chē)輛的違法行為進(jìn)行抓拍取證，對(duì)高速公路交通事故的發(fā)生做出積極的防治。

2.2 高速公路突發(fā)緊急情況

通過(guò)對(duì)高速公路發(fā)生的緊急情況進(jìn)行分析，將這些緊急情況進(jìn)行歸類(lèi)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致緊急情況發(fā)生的原因主要有車(chē)輛因素、人為因素以及交通因素三大類(lèi)。

2.2.1 車(chē)輛因素

其中因?yàn)檐?chē)輛因素發(fā)生的緊急情況主要有車(chē)輛的輪胎爆裂、制動(dòng)裝置不良以及燈光失效等硬件問(wèn)題，提前預(yù)防這些問(wèn)題主要通過(guò)駕駛員日常對(duì)車(chē)輛的保養(yǎng)檢測(cè)。當(dāng)駕駛員一旦發(fā)現(xiàn)車(chē)輛問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)緊急求助系統(tǒng)對(duì)高速民警進(jìn)行求助，民警在接到求助后，可以率先派無(wú)人機(jī)對(duì)問(wèn)題車(chē)輛進(jìn)行跟隨并隔離其他車(chē)輛，防止嚴(yán)重交通事故的發(fā)生。

2.2.2 人為因素

人為因素導(dǎo)致的緊急情況與車(chē)輛因素相比具有更高的主觀能動(dòng)性，超速駕駛、疲勞駕駛、車(chē)距不當(dāng)?shù)纫鸬慕煌ㄊ鹿识际邱{駛員操作車(chē)輛不當(dāng)造成的。針對(duì)這些情況，可以通過(guò)無(wú)人機(jī)巡航對(duì)駕駛員進(jìn)行監(jiān)督，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候予以警告處罰，起到預(yù)防作用。 除了駕駛員駕駛不當(dāng)造成事故以外，非機(jī)動(dòng)車(chē)以及行人在高速公路上行駛也是引起事故發(fā)生的一個(gè)原因。針對(duì)此類(lèi)情況，除了加強(qiáng)對(duì)高速公路出入口的管理外，加強(qiáng)對(duì)高速公路行車(chē)路段的日常巡邏同樣很有必要。將無(wú)人機(jī)運(yùn)用于其中，借由無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，小巧靈活的特點(diǎn)，可以對(duì)高速公路實(shí)行更加全面有效的巡控，對(duì)一些因人為因素導(dǎo)致的事故發(fā)生可以做出提前預(yù)防。

2.2.3 交通因素

高速公路上車(chē)輛行駛速度快，一旦發(fā)生交通事故隨之帶來(lái)的就是交通擁堵，在事故發(fā)生造成擁堵后，后方車(chē)輛不了解前方的道路狀況，很容易發(fā)生次生事故，使高速公路交通陷入癱瘓。針對(duì)這種情況，高速交警應(yīng)做到防患于未然，在節(jié)假日等高峰期時(shí)，高速公路一旦出現(xiàn)擁堵，可以使用無(wú)人機(jī)對(duì)道路進(jìn)行疏導(dǎo)，在發(fā)生事故的路段及時(shí)將路段信息傳輸出去，使后方車(chē)輛能夠了解前方道路狀況。

2.3 高速公路警察工作特點(diǎn)

本文研究的救援無(wú)人機(jī)主要針對(duì)的用戶目標(biāo)群體是高速公路警務(wù)人員。高速公路交警日常工作主要包括事故勘查、采集電子違法數(shù)據(jù)、在收費(fèi)站和服務(wù)區(qū)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行檢查和查處。

高速公路交警在工作模式上具有一定的強(qiáng)度，實(shí)行24小時(shí)不間斷的勤務(wù)模式，并且有日間、夜間巡邏。將無(wú)人機(jī)應(yīng)用在高速公路的交通安全管理中，不僅能夠提高救援工作的效率，還能在一定程度上緩解高速公路交警的工作強(qiáng)度。

3 無(wú)人機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)要求及其救援流程設(shè)計(jì)

3.1 無(wú)人機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)要求

筆者基于對(duì)無(wú)人機(jī)在高速公路救援中的優(yōu)勢(shì)和環(huán)境人群進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)此類(lèi)高速公路救援無(wú)人機(jī)提出了相關(guān)的設(shè)計(jì)明細(xì)，為實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)在高速公路救援中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)參考。

3.1.1 造型設(shè)計(jì)要求

從目前無(wú)人機(jī)市場(chǎng)上來(lái)看，無(wú)人機(jī)的外觀大多采用了仿生設(shè)計(jì)，這與飛行器的發(fā)展歷史有不可分割的關(guān)系，因?yàn)閺牡谝患茱w機(jī)的誕生就是對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)的一種模仿。在對(duì)高速救援無(wú)人機(jī)的整體造型進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)從空氣動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，考慮風(fēng)阻對(duì)無(wú)人機(jī)動(dòng)力的影響。從形態(tài)到結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，這是因?yàn)闊o(wú)人機(jī)機(jī)體較小，攜帶的動(dòng)力燃料有限，為了提高其續(xù)航時(shí)間，盡可能的使造型動(dòng)感流暢、結(jié)構(gòu)明確。除此之外，高速救援無(wú)人機(jī)應(yīng)具有一定的專業(yè)性，在外觀上與整個(gè)高速公路交通系統(tǒng)保持一致性，使其在執(zhí)行任務(wù)時(shí)具有權(quán)威性和震懾性。

3.1.2 功能設(shè)計(jì)要求

高速公路救援無(wú)人機(jī)主要針對(duì)的是筆者在上文中提到的高速公路發(fā)生的三類(lèi)緊急情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要功能是協(xié)助高速公路警察更快更高效的應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，提高工作效率，維護(hù)高速公路的交通安全。在現(xiàn)有無(wú)人機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，該無(wú)人機(jī)除了無(wú)線遙感、感知避讓、圖像傳輸?shù)裙δ芤酝猓€需根據(jù)高速警察的工作特點(diǎn)，搭載擴(kuò)音模塊對(duì)違規(guī)行駛車(chē)輛行人進(jìn)行喊話警告，搭載警示信號(hào)燈模塊，在道路出現(xiàn)擁堵和事故發(fā)生時(shí)率先到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)后方車(chē)輛進(jìn)行路況提醒。

3.2 無(wú)人機(jī)救援流程設(shè)計(jì)

將無(wú)人機(jī)運(yùn)用于高速公路救援中，需要有比較完善的救援系統(tǒng)和具體的操作流程來(lái)完成。從獲取呼救信息、指派無(wú)人機(jī)先行救援、無(wú)人機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查、救援隊(duì)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)這一系列的行動(dòng)，通過(guò)構(gòu)建的系統(tǒng)流程確保每一步的準(zhǔn)確實(shí)施與順利進(jìn)行。

具體救援流程。當(dāng)車(chē)輛發(fā)生故障時(shí)，求助人員通過(guò)手機(jī)在高速救援平臺(tái)向高速交警部門(mén)發(fā)出求助信息，調(diào)度控制室根據(jù)求助人提供的信息調(diào)度附近的警察和設(shè)置無(wú)人機(jī)救援模式，通過(guò)平臺(tái)的GPS定位到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。針對(duì)高速公路發(fā)生的三類(lèi)緊急情況，將緊急救援無(wú)人機(jī)設(shè)置為三種救援模式，并具有相對(duì)應(yīng)的流程設(shè)計(jì)，如圖1。

模式一：模式一主要針對(duì)的情況是車(chē)輛在高速公路行駛中，發(fā)生輪胎爆裂、制動(dòng)裝置不良以及燈光失效等故障。當(dāng)接到車(chē)輛故障的救援指令后，無(wú)人機(jī)根據(jù)機(jī)載的定位系統(tǒng)到達(dá)故障車(chē)輛附近后，對(duì)后方車(chē)輛進(jìn)行提示，遠(yuǎn)離故障車(chē)輛，并繼續(xù)追蹤故障車(chē)輛，防止危險(xiǎn)發(fā)生，在交警和專業(yè)救援隊(duì)到來(lái)之前，做好預(yù)防的前期準(zhǔn)備。

模式二：模式二應(yīng)對(duì)的緊急情況主要是在高速公路上發(fā)生的車(chē)輛追尾、碰撞等交通事故。當(dāng)控制中心接到報(bào)警信息后，道路發(fā)生擁堵或交警距離事故事發(fā)地較遠(yuǎn)，無(wú)法及時(shí)趕到，指派無(wú)人機(jī)率先地道現(xiàn)場(chǎng)采集事故信息，并根據(jù)求助信息和回傳錄像調(diào)派救援隊(duì)和醫(yī)療隊(duì)趕往現(xiàn)場(chǎng)。在等待救援隊(duì)到來(lái)的時(shí)間內(nèi)，無(wú)人機(jī)通過(guò)自身搭載的設(shè)備對(duì)后方車(chē)輛進(jìn)行交通疏導(dǎo)，確保緊急救援道路通暢不被占用。

模式三：模式三主要應(yīng)用于高速交通流量大和交通事故所導(dǎo)致的交通擁堵。當(dāng)?shù)缆钒l(fā)生擁堵情況，交通堵塞，交警無(wú)法及時(shí)趕到現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)人機(jī)可以率先到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，并通過(guò)搭載的擴(kuò)音設(shè)備和實(shí)時(shí)回傳錄像由交警控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交通指揮。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然近二十年來(lái)無(wú)人機(jī)在民用領(lǐng)域展現(xiàn)出了其巨大的應(yīng)用前景，但對(duì)其形式和應(yīng)用的研究可以說(shuō)是任重而道遠(yuǎn)。本文探討的救援無(wú)人機(jī)和其在高速公路救援流程的設(shè)計(jì)，都是基于無(wú)人機(jī)已有但并不完全成熟的技術(shù)對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分析探討，為無(wú)人機(jī)的應(yīng)用提出一種新的思路。無(wú)人機(jī)想要獲得長(zhǎng)足的發(fā)展，不僅需要加大應(yīng)用領(lǐng)域和性能的提升，還需要相關(guān)法律法規(guī)的健全，本文的探討和設(shè)計(jì)主要以前者為立足點(diǎn)，為未來(lái)的高速公路交通救援提供一種新的模式，使人們?cè)诟咚俟飞嫌龅轿ｋU(xiǎn)情況時(shí)能夠及時(shí)將求助信號(hào)傳送出去，更快的獲得救助，增加無(wú)人機(jī)與求助人員、高速警察之間的緊密聯(lián)系。

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