从加拿大北极医疗救援现状探讨极地无人机 搜救的可行性及制约因素

张 贺，李雪华，武 岳，田 竞

全球气候变暖使北极海冰覆盖率下降，自然资源开采难度下降，长期趋势表明北极地区的通航能力更加稳定，对关键航道的控制成为各国新的竞争领域[1]。随着极地大国地缘政治竞争日益激烈，北极的军事演示演训和军事部署等活动日益频繁[2-3]。人类在极地区域的经济、军事和科研活动日益频繁。人类活动的增加对医疗搜救力量提出更高要求。探索极地区域的医疗救援关键技术是提高极地医疗保障水平的重要环节，对实现我国在北极地区战略目标具有深远影响。然而，恶劣的自然条件和特殊的地理位置使医疗搜救具备独特地域属性，无法照搬以往的救援经验。文献检索[4]发现，目前对于北极的研究主要集中于海上航运、北极气候探测，以及国家军事战略部署等方面，对于医疗救援方面的报道较少。而且，大部分医疗救援依靠近陆地沿海地区的当地社区医疗力量为主，海上则以科考单船单人保障为主，尚未见北极公共区域的医疗救援的报道。北极区域内，只有加拿大存在一定数量的常住居民，本文通过研究加拿大北极地区的急救医疗现状，以期为我国北极各类军事及民事活动提供医疗救援策略。

1 材料与方法

通过知网文献数据库（https://www.cnki.net/），以“无人机+救援”为关键字搜索出学术期刊984篇，学位论文201篇，“北极+救援”为关键字搜索出学术期刊23篇，学位论文9篇，但是以“北极+无人机+救援”为关键字并未搜索出任何文献；在PubMed文献数据库（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/），以“arctic+medical rescue”为关键字搜索出24篇文献，以“UAV+medical rescue”为关键字搜索出9篇文献，以“arctic+medical rescue+UAV”为关键字仅搜索出1篇文献。上述学术期刊中“北极地区”多以加拿大北极地区为研究对象。

2 结 果

加拿大北极地区医疗救援现状。大多数加拿大北极社区在地理位置上处于孤立状态，救援力量极为有限。例如加拿大北极的因纽特地区[5]，占地约400万km2，占加拿大陆地面积的35%，占加拿大海岸线的50%以上。而由于受到加拿大北极地区极端偏远的影响，当地基本没有院前紧急医疗服务，绝大多数社区的紧急医疗救援极度依赖于社区志愿者。过去30年间，加拿大北极地区气温上升1.9℃，增幅是全球平均水平的两倍多[6]，过去10年中，野外搜救的频率已经翻了1倍多，2014年需要野外搜救次数是全国平均水平的16.4倍[7]。由于加拿大灾害和大规模伤亡应急救援能力仍然集中在区域和联邦一级，社区医疗资源仅能应对日常问题，这造成了地方和联邦紧急救援资源分配之间的脱节。有研究报道显示[8]，仅仅依靠社区力量，野外仅造成3人重伤的车祸就可能给当地医疗救援力量带来极大压力，使搜救队、医疗诊所以及后送医疗资源瘫痪。甚至发生了伤病员在等待进一步医疗评估的过程中死亡。其制约原因主要在于：（1）极地区域地域广袤，短时间内无法掌握地形，视野色彩单一，极易造成视觉疲劳，对人员搜救造成困难；（2）受限于极端气候条件，遇有极端风雪天气，不仅增加了搜救响应时间，也增加了护送速度和途中救治难度。有研究显示[9]，无人机具有体积小、造价低、使用方便、环境适应性强、战场生存能力较强等特点。将无人机用于社区医疗救援行动，可承担的主要任务包括人员搜救、应急通讯以及救援管理。虽然上述研究的重点是加拿大的因纽特人社区，但研究结果可以应用于更广泛的北极周围地区。

3 讨 论

3.1 无人机在极地区域医疗搜救的可行性

3.1.1 科技投入持续增加，无人机性能大幅度提高 近几年，幅员辽阔的西伯利亚和远东地区森林火灾以及洪涝灾害频发，给当地居民造成严重损失。俄罗斯国防部以中部军区和东部军区无人机分队为基础，在西伯利亚地区部署军用无人机抢险救灾队，运用军队列装的无人机监测当地局势，及时发现险情并实施救援。“海雕-10”无人机作用半径120 km，滞空时间14 h，全重18 kg，可装车运输，能在任何平坦的平台上起降并深入偏远地区执行任务，机动性强，是俄军目前使用最为广泛的机型之一，已列装数百架，主要装备俄陆军部队。“前哨”无人机重500 kg，滞空时间18 h，作用半径250 km，需在机场起降，监测面积更广，主要装备俄空天军[10]。抢险救灾队的军用无人机均装有高分辨率摄像机和热成像仪，可实时进行跟踪观察，红外镜头能在漆黑的夜间发现微弱的火苗。加拿大政府购买的Hermes 900 StarLiner，用于北极地区巡逻。目前，商业化的多旋翼无人机可以在海拔6 km以下、0～40℃的环境中飞行；微型无人机能承受10 m/s左右风速，依靠视觉系统、红外感知系统、智能飞控系统等技术实现主动蔽障和智能指点飞行，在动力允许的情况下、昼夜长时间连续飞行，能在对人威胁力强的危险区，例如涉核、生物、化学危险的地区执行任务[11]。

2.2.2 无人机在极地搜救中的用途日渐广泛 北极国家主要的搜救能力多用于沿海地区，大部分的救援船只过小或过弱，无法在恶劣的海洋气象条件下距海岸线过远行动，导致吨位较大的军舰被迫用于公海救援行动，但大吨位军舰无法保证迅速支援。为了解决上述限制，特别是在恶劣气候或核生化沾染环境下仍能安全、有效、快速地后送伤员，使用无人机不失是一种有益的选择[11]。海上救援中，仅靠船舶和人工在广阔的水域搜救落水人员难以达到理想的效果，且会出现许多搜寻盲点[12]。因此，在搜救最初阶段可使用无人机先行搜索落水人员，锁定水中目标后，再由救援人员驾驶搜救直升机或船只再前往营救，既可节省时间又可节省人力、物力，也能提高搜救成功率。随着装载能力的发展，无人机还可以将医疗急救包或应急包进行远程投送，保证遇险者在救援力量到来前进行现场自救互救。其在远距离运送、紧急运送，传染病重灾区、核辐射区、自然灾害地区等场景下优势尤为明显。在军事演习中使用无人机可使医疗物资获得时间从2 h缩短至22 min左右[13]。考虑到极地区域大部分为社区医院，医务人员应对急危重症的处置能力不足，无人机的高清摄像和悬停功能可以将舰艇中伤员伤情传递至后方专业医疗人员，同时借助远程通话功能进行现场救治的远程指导。此外，通信中转功能是无人机近年来新拓展的救援功能。2021年我国洪涝灾害中，我国“翼龙2H”无人机飞行1 200 km，为河南郑州巩义市米河镇的受灾群众送来通信中继服务。据报道，在约5 h内，累计接通用户3 572个，产生流量2 089.89 M，单次最大接入用户648个，为灾区提供了可靠的移动通信保障[14]。

2.3 北极地区使用无人机进行搜救面临的制约因素

2.3.1 极地气象条件 为了研究加拿大北极地区的天气条件对无人机的影响，有研究[5]评估了2010-2015年北极地区的风速、能见度和温度等条件，结果显示，在2010-2015年的2 192个日观测数据中，能见度观测缺失384天，最大风速观测缺失26天，最低气温观测缺失18天，这些有缺失值的日子被认为是无人机不能起飞条件。在最高限制模型下，平均每年有83.8天的飞行天数。无法飞行最常见的原因是风速（平均236次失败/年）、温度（平均192.8次故障/年）和能见度（平均76.4次故障/年），且满足无人机飞行气象条件时长越少的月份，发生野外搜救的几率越高[15]。极寒的环境温度是制约无人机使用的重要因素。由于作业特点的要求，极寒环境下一般采用无人旋翼机，通常为锂电池供电。除了发动机和飞行控制系统，各种传感器、全球定位系统、摄像机等设备的功耗都很大，对于无人机的有效作业时间和飞行距离有很大的限制。极寒环境下无人机旋翼叶片上极易结冰。同样，人体保暖也极为重要。操控无人机需要进行非常精确的细小动作。当人体长时间处于寒冷环境下时，手指会失去敏感度[16]，进而影响对无人机的精密操作。

2.3.2 法律制约 随着民用无人机的推广，无人机“黑飞”事件频频发生。由此导致的信号干扰问题、隐私泄漏问题及军用基地等机密信息泄露风险也引起关注。因此，各国陆续出台了无人机使用的行管法律法规。以加拿大为例，加拿大北极地区法律上对无人机使用的限制包括：不能飞出飞行员的视线、不能携带可落下的有效载荷、最大飞行上限为91 m、只能在能见度超过1.9 km的白天飞行及不能在云层中飞行。如果在机场9 km内飞行必须提交额外的文件，并需要长达3个月的提前通知。目前，对中型无人机法律规定发生了变化，但预计仍存在一些广泛的制约，将继续限制无人机的能力。下一步还需通过国际合作和人道主义救援等方面，在法律层面完善无人机参与应急救援的相关法律法规，推进无人机参与救援的标准化建设，制订救援评估机制等。

2.3.3 通信基础设施薄弱 通信是实施搜救的关键环节[17]。极地地区地处偏远且缺乏通信基础设施，宽带、无线电和其他通信手段受到严重限制[18]。北极地区快速搜救面临的进一步挑战则是可用的卫星数量过少，卫星覆盖严重不足导致信标检测和定位障碍。无人机和直升机等在北极附近，受极端的高纬度地区影响，会发生定位不准的现象。越接近北极，导航就越混乱，这对遇险跨国救援工作的展开十分不利。因此，有必要从传感技术、信号传输、无线定位软硬件各方面系统解决信号稳定性问题。

4 结 论

北极地区人口密度低、地域辽阔，社区救援力量薄弱。从当地医疗保障现状、极地科考任务，以及环北极八国在极地联合演习等军事活动的经验来看，北极医疗救援任务面临的主要挑战依旧是极地气候和地理相关的问题[19]。通过无人机技术进行极地医疗救援是一种全新的尝试。既能保障救援工作的安全展开，通过航拍的形式避免次生危险，又能够为合理分配救援力量、选择安全救援路线提供很有价值的参考，同时为救援受限区遇险人员提供紧急救助的物资条件以及远程医疗指导。