无人机在通信抢险救灾及巡检作业的应用研究

无人机在通信抢险救灾及巡检作业的应用研究

曾鑫华

中国移动通信集团广东有限公司河源分公司

摘要：随着无人机执行任务的环境日益复杂，任务类型日益多样，无人机已经开始从单架次独立任务的方式向着多架次、多类型的机群作战方向发展。 无人机在军事和民用应用上越来越广泛，为使无人机能够更好地发挥作用，无人机在通信抢险救灾中的应用场景主要包括地震、洪水、火灾等自然灾害发生后的灾区传输通信线路抢修恢复工作。此外，无人机还可应用于传输线路、动力线路巡检、盯防作业、工程建设方案勘察等。目前，无人机在通信抢险救灾及巡检作业中的应用已经得到了广泛的推广和应用。在国内外多次重大自然灾害中，无人机都发挥了重要作用，为抢险救灾工作提供了有力支持。同时，随着无人机技术的不断发展，结合移动通信日常维护工作内容，其在巡检作业中的应用也越来越广泛。该应用采用市面上普遍的消费级无人机，无需进行专业培训和申请专业执照，具有成本低，容易获取、易改造、容易推广移植的特点，引入单位可根据当地情况和工作特点获取不同的应用成果。

关键词：通信抢险救援;无人机通信;抢险救灾;

背景：

目前河源光缆路由以杆路为主，总长达7702.49杆程公里，其中山区杆路就有6573.91杆程公里，比例高达85%，大部分杆路沿着或跨越山边、河流架设，极易发生洪涝塌方等地质、山火自然灾害，当发生灾害导致的传输线路故障时，不单带来的抢修难度大，付出的成本也极其高昂的。最近几年在我国发生了各种自然灾害，一些自然灾害所发生的地方都是出于地质结构相对复杂的地区，这些地区发生了自然灾害之后，救援人员无法及时抵达第一现场，这时微型无人机的作用就体现出来了。通过微型无人机救援人员就能够实时监测到灾害现场的情况，根据监测到的这些信息来制定相应的应对策略。

一、无人机群协同抢险救灾以其独特的优势

随着科技的飞速发展，无人机技术已成为抢险救灾及巡检作业领域的一股新兴力量。无人机以其独特的优势，在通信抢险救灾及巡检作业中发挥着越来越重要的作用。通过研发无人机抢险救灾技术，解决跨河、跨山等光缆抢修难题和制定无人机盯防技术，制定无人机巡检、勘察等技术方案，用机器代替一些人力不可及的维护工作，实现“向机器前移”和“降本增效”的目标，用无人机代替人力对一些危险的围蔽施工点进行自主盯防，节约盯防费用等；这些应用研究成果不仅填补了本单位、移动通信范围内在这些领域的应用空白，更展现出现代化抢修工具的科技实力和广阔的发展应用前景。在过去，通信抢险救灾及巡检作业主要依赖人力和地面工具，但在一些复杂、危险或难以到达的地区，这些传统方法往往受到限制。无人机的出现，为这一领域带来了革命性的变革。无人机可以迅速部署到受灾地区，通过搭载的高清摄像头、红外热像仪等设备，实时获取受灾现场的图像和数据，为制定方案提供准确、及时的信息支持。同时，无人机还可以通过空中悬停、定点拍摄等方式，对关键设施进行精细化巡检，大大提高了抢修效率和安全性。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓宽，无人机将在未来发挥更加重要的作用，为抢险救灾和巡检作业带来更多的便利和效益。

该研究主要借助消费级无人机技术，结合日常维护作业工作，进行以下几个方面的技术创新：（1）研发无人机抢险救灾技术，解决跨河、跨山等光缆抢修难题；

（2）制定无人机巡检、勘察等技术方案，用机器代替一些人力不可及的维护工作，实现“向机器前移”和“降本增效”的目标；

（3）制定无人机盯防技术，用无人机代替人力对一些危险的围蔽施工点进行自主盯防，节约盯防费用；

（4）研究无人机在通信领域除其他专业方面上的应用技术，制定跨专业协同相关支撑方案。

    该研究的主要技术特点是借助市面上普通的消费级无人机结合工作实际进行技术创新，填补日常维护工作方面的一些“盲区”和解决日常工作中的“痛点”问题。具有成本低、收益大、简单可靠、可复制、易推广的优势。其主要功能、最大亮点与价值如下：

（1）通过无人机抢修技术，节约应急光缆敷设成本。

（2）通过无人机抢修技术，提升洪灾、山火等灾害场景抢修时的安全水平，降低维护人员人身风险

（3）提升受灾区域光缆故障的抢修效率，快速恢复中断业务。

（4）对本地骨干、汇聚层一些高山线路进行巡检，对一些人力不可及的修缮迁改点进行勘察，节约人力成本；

（5）通过无人机技术，对一些隐蔽施工点和大型市政围蔽施工点进行巡检、勘察，填补维护空白地带。

二、无人机在近年来抗洪救灾中发挥急先锋作用

自然灾害事发突然，猝不及防，第一时间掌握灾区情况是抗洪救灾的前提条件，关系到应急指挥中心决策部署的下达执行、救援力量的排兵布阵、物资保障的科学调配、抢修方案的制定、抢险救灾人员的安全保障。

2019年6月10日和12日，河源市连平县上坪镇和龙川贝岭-细坳一带，分别遭遇罕见暴雨袭击，暴雨造成高速阻断、国道中断，桥梁倒塌，上坪镇多个村庄的多处光缆被冲毁、冲断，上坪一个镇通信中断，成为通信孤岛。贝岭-细坳一带不到20公里长的路程就有37处山体塌方，米贝基站下方半边山体滑坡，贝岭-细坳周边多处通信中断。灾情发生后，河源移动第一时间组织了抢修，但是由于多处光缆中断，加上道路损毁、桥梁冲垮，洪水阻隔等，抢修人员只能肩抗手抬绕行很远的路或直接下河布放光缆，不仅抢修效率低下而且人身安全没有保障。另外以紫金桥断桥抢修为例：仅仅干线放缆抢修时间就花费了32个小时，另外因为要绕开断桥围蔽区域，光缆多绕行了18.5公里，光缆布放成本花费高达6万元。暴雨导致周围发生特地质灾害后，受灾面积到底有多大？灾情是否会蔓延？救灾排险的危险性有多高？需要投入多少人员物资？当时，这一切都是“未知数”。而借助无人机技术，可轻松奔赴受灾地区上空，在密布的乌云缝隙中“抢”回第一手灾情图片，拿回第一手灾区影像资料，为通信应急指挥中心提供重要的决策依据。

河源地处山区和地震地带，辖区内河流、森林密布，地震、洪水、滑坡及山火等自然灾害频发，在遭受严重自然灾害时，洪水爆发、山体塌方、桥梁冲毁、山火蔓延等极易造成传输线路中断和基站设备损毁。通过无人机可以对人员无法进入的受灾区域进行高空勘察，在最短时间内制定最优抢修方案，同时可通过无人机带缆进行跨河、跨山布放光缆，节省抢修时间和人力成本，快速抢通受灾区域通信网络，支撑政府抢险救灾工作。2021年1-2月，龙川、和平、连平、紫金多个县发生严重山火灾害，山火引发的传输故障20多起起，烧伤各型光缆100多条，山火发生时，森林警察封锁现场，人员无法进入，大火扑灭后地上还会有零星明火，加上烧滚烫的土地，给抢修工作带来极大的阻碍，借助无人机技术，可以从高空勘探受损线路范围，基站损坏情况，从而提前预估抢修所需材料，勘察出抢修最优路由，帮助制定科学合理的抢修方案，必要时还能通过无人机跨山布缆，节约抢修时间和成本，最关键的是可以提前预知险情，及时了解是否具备抢修条件，有力保障抢修人员的人身安全。

2022年河源“6.12-6.20”以及“7.5”特大洪涝灾害期间，无人机参与传输抢险救灾达10次，协助完成抢修路由勘察12次，成功利用无人机带缆技术完成6次跨河、跨山光缆的布放，累计协助布放光缆8公里，节省材料、人工成本12万余元，期间未出现一起因抢修救灾发生的人身安全事故。

经过多次应急演练和每年汛期、山火故障实战演练经验得出：采用无人机跨河放缆，具有安全性能高、环保节能、适应性强、定位快速准确和低电压返航的特点。较之传统的人工放缆，无人机能有效克服地貌及施工作业环境复杂等不利因素，特别适用于山高、坡陡、沟深的山区和跨河等复杂区域，将极大提高工作效率，降低工作强度，确保施工安全和人身安全。

三、无人机在通信线路巡检作业和通信保障方面的应用

无人机在通信抢险救灾中的应用场景主要包括地震、洪水、火灾等自然灾害发生后的灾区传输通信线路抢修恢复工作。此外，无人机还可应用于传输线路、动力线路巡检、盯防作业、工程建设方案勘察，通信保障工作等。

   （一）线路巡检盯防

目前河源光缆路由以杆路为主，总长达7702.49杆程公里，其中山区杆路就有6573.91杆程公里，比例高达85%，大部分杆路穿越茂密的山林架设，再加上近年来城区密集的市政开发和美丽乡村建设，大部分城区主干道和乡镇级道路都进行了不同程度的升级改造，在施工期间，往往会对道路进行分段围蔽，围蔽期间人员无法进入查看管线情况。这些，都给维护工作带来了极大的困难，借助无人机进行高空巡检可以有效填补这些人力不可及的维护“真空地带”，从而更立体的了解线路运行情况。每季度使用无人机巡检骨干、汇聚层光缆路由，每月可节约本地网巡检成本1.5万元每千公里。每天使用无人机对围蔽施工点进行自主盯防，按8小时/人天计算，每月可节约6072元的盯防费用。

（二）建设勘察设计

2021年12月22日，龙川分公司在登云工业园因资源瓶颈限制导致园区内专线业务拓展出现困难，邀请工程中心和综维中心一起到园区勘察现网资源，商定路由走向。收到邀请后，综维中心无人机创新团队根据园区地理环境和建筑分布情况，借助无人机高空摄像方面的优势，从更宽、更广的视野，立体多维的角度去勘测建设路由，为分公司和建设部门提供了8条路由走向建议，大大节省了设计人员来回绕路勘察所耗费的时间，有效节约了路由建设设计成本，助力公司工业园专线业务的快速开通。

（三）应急通信保障

参加政府或社会机构组织的抢险救灾活动和一些大型活动、赛事的应急通信保障工作。保障人民群众的生命、财产安全。配合完成2023年河源马拉松比赛视频云直播保障等应急通信保障活动，为各项重大活动的圆满成功提供强有力有力的空中支援。

四、强化无人机在抢修救灾过程中的应用是未来发展趋势

无人机因其体积小，具有操作简单、灵活机动、适合复杂气象条件作业、受交通条件限制小等优点，可以代替人、载人飞机执行观察灾情、评估灾情、拍照摄像、空投物资、空中喊话、通信中继等任务，既能有效补充卫星侦察等手段的不足，也能执行抗震救灾、抗洪抢险等多样化任务。在灾害评估方面，无人机可以进行大范围地理信息搜集，采集指定区域遥感影像，为指挥部快速精确完成灾情评估提供图像。如果有人员被困，无人机可运用配备的专用设备深入开展检索、精准定位、应急物资精确投递，进行全方位紧急救援，并把拍摄的图像实时传回应急指挥部。如果有人落入水中，周边无人能救，无人机可以快速把救生圈从空中精确抛给落入者。无人机可快捷穿越山区地带、跨越江河、越过高楼大厦、穿过大街小巷等，实时传递灾区实地图像、影像，并对灾区情况进行应急测绘，预估灾害波及范围。无人机可以携带有关生活用品、应急药品、救援设备，以空投的方式快捷、精准投放到被困者手上或者避难地区，提升被困人员的存活概率，为紧急救援努力争取更多的时间。灾情发生时，无人机可通过挂载扩音设备，发挥高空喊话、安抚情绪的作用。

除此之外，无人机还可以搭载简易的基站设备，借助无线传输技术，为灾区提供临时通信信号覆盖，在灾情发生的第一时间，可派出搭载基站通信设备的无人机盘旋在上空，作为应急通信的“空中基站”，快速完成通信信号的复通，让灾民能够第一时间和家人报平安，及时上报险情以及具体位置给政府救援人员，确保抢险救灾过程中通信沟通正常，为政府的抢险救灾和救援工作提高强有力的信号支撑。在未来的救灾中，无人机抢险救灾技术和应急通信保障应用必将大显身手。

2023年7月20日，广州市无人机应急救援中心揭牌成立。该中心进一步健全广州市航空应急救援体系，壮大广州市航空救援力量，提高灾害事故应急处置能力，提升了粤港澳大湾区的应急救援力量。据介绍，救援中心现有应急救援队员127人，配备各型号无人机及配套救援设备近200套，为灾害事故防范处置提供应急通信、应急照明、应急广播、应急视频、应急测绘、物资投送及人员搜寻等支持。同时，救援中心自主研发的数字语音广播系统、矩阵照明灯、云台探照灯、排爆机械臂等无人机任务载荷产品居于世界领先水平，广泛运用到各类应急救援场景中。据了解，救援中心实行全年7×24小时值班备勤，全天候接受市、区两级应急管理部门调度指挥发挥了关键作用。

结束语：

综上所述，无人机作为一种新兴的观测工具，将其应用在通信抢险救灾中的应用还是非常大的，虽然也有一定的缺陷，但是在科技不断发展与创新之下，在续航时间方面，自身对于危险的规避方面等逐渐得到优化与完善，燃料动力的大中型无人机在对抗风力性能方面也有不小的进步，无人机本身的缺点会随着科技的发展不断完善。无人机设备的普及以及相关功能的优化与完善，必然推动无人机在通信抢险救灾中发挥更大的作用，使得无人机可以在巡检过程中大显身手，在通信抢险救灾中提供更加先进的技术和更加高效的信息支持，也进一步推进我国通信网络维护向着现代化、信息化、科技化的方向迈进一大步。

参考文献：

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