在颶風或其他風暴導致沿海地區發生嚴重洪水之後,搜救隊面臨著相當大的障礙。街道和其他通道可能在水下或被碎片阻塞。關鍵基礎設施的確切狀況——例如堤壩和防洪牆、發電廠、管道以及水和廢水處理廠——可能是未知的,這對急救人員、當地居民和該地區的任何其他人構成了不確定的風險。人們可能會受傷或被困在難以找到或到達的建築物中。
路易斯安那州立大學土木與環境工程副教授 Navid Jafari 博士解釋說,在這樣的災難場景中,無人機可以提供重要的鳥瞰情況,尤其是周圍的景觀或社區。這可以幫助搜索和救援團隊找到最快和最有效的路線來接觸處於危險中的人們,並收集最準確的數據以做出“可以節省時間和生命”的實時決策。
來自路易斯安那州立大學和德克薩斯 A&M 大學的 Jafari 和其他研究人員一直在與路易斯安那州和德克薩斯州的緊急行動中心合作,使用無人機幫助加快極端天氣事件後的偵察工作和信息收集。該項目由美國國家科學基金會撥款資助180,000美元,正在“研究如何在風暴過後更好地收集和分析數據”。
Jafari 指出其中可能涉及派遣災害應變中心 (Emergency Operations Center, EOC) 偵察小組“到現場查看發生了什麼,然後帶回這些信息”。但最初進行這項工作的方式受到數據收集、分析和解釋效率低下的困擾,特別是與 EOC 團隊需要多少時間來實際檢查大面積受災地區有關。
Jafari 表示,這就是技術的用武之地。“無人機可以飛越該地區,甚至比直升機獲得更好的視野,”他解釋道。從事此類搜索的直升機通常以 70-80 英里/小時的速度飛行,丟失了大量信息。然而,無人機的飛行速度要慢得多,通常不到 10 英里/小時。
海岸警衛隊訓練
與 EOC 的合作也引起了美國海岸警衛隊的注意,該海岸警衛隊在墨西哥灣沿岸擁有自己的無人機計畫,可在颶風過後進行基礎設施損壞評估或定位污染或化學品洩漏。Jafari 說“我們的工作是無人機的另一種應用,進行搜索和救援。”但它的相似之處在於“我們需要識別和量化損害,但不同之處在於它需要在關鍵環境中進行導航和通信。”
去年,海岸警衛隊的新奧爾良地區邀請 Jafari 參加了一項培訓演習,該演習比較了無人機的使用如何協助海岸警衛隊的搜救行動與此類工作的傳統方式。
在為期一周的實地演習中,Jafari 和他的團隊在新奧爾良附近的 Bayou Segnette 州立公園與海岸警衛隊合作,沿著一條河口,這裡有一個營地,裡面有一系列建築物——代表一個家庭社區——於水道附近,它模擬了被洪水淹沒的街道。
海岸警衛隊學員使用小船在這些街道上航行,到達建築物,然後尋找放置在建築物外面或附近的假人。受訓者必須“拯救”假人並將他們帶回來。
第一次演習是在沒有無人機的情況下進行的。Jafari 說,在試圖穿過河口時,學員們犯了一個錯誤的轉彎,使他們遠離了預定的目的地。“所以他們不得不繞回去,這浪費了很多時間。”
他補充說,一到營地,他們就不得不在建築物之間穿梭,尋找假人來恢復。
發送無人機
在接下來的演習中,Jafari的團隊使用了由中國大疆製造的 DJI Mavic Pro 無人機。該設備的成本約為 1,000 美元,配備一個攝像頭,可提供飛越區域的航拍圖像,無人機操作員可以實時查看這些圖像。在學員離開碼頭之前,路易斯安那州立大學團隊派出了無人機。Jafari 說,無人機幫助“確定了通過河口的航向”,“然後在建築物周圍飛行以定位假人所在的位置。”
然後,無人機返回碼頭,帶領海岸警衛隊的船隻通過海灣網絡到達露營地和假人所在的特定建築物。
儘管演習沒有計時,但海岸警衛隊的反饋表明,“擁有無人機比沒有無人機要好得多、容易得多,”Jafari 說。這些測試證明了將低成本但有效的無人機納入海岸警衛隊未來的搜索和救援行動的“巨大潛力”。
進行改進
演習還確定了改進技術使用的方法。當路易斯安那州立大學的一名研究人員操作無人機時,一名海岸警衛隊代表站在操作員旁邊,查看攝像機拍攝的實時圖像,並向船上的搜救隊發出無線電指示。
Jafari 說“但船舶經營者不喜歡這樣,因為談話太多了。”太多其他人也在同時使用收音機進行其他部分的演習,這很分散注意力。未來,船舶操作員會更喜歡非語言信號。但這帶來了其他挑戰,因為無人機不是很大,很難看到——因此很難跟踪——除非它們非常靠近船隻。
Jafari 說,一種解決方案是在無人機上安裝一系列燈來傳達簡單的指令。如果無人機將船隻引向特定目的地,綠燈可能表示“跟隨我”,黃燈可能表示“減速,前方有危險”,如果前面的路被擋住了,紅燈可能表示“停止!”Jafari 解釋說。
無人機系統的未來迭代還可能包括使用激光雷達或提供紅外成像的多光譜相機。研究人員還在研究從無人機收集的圖像中提取信息的新方法。例如,如果無人機在被洪水淹沒的街道上遇到停車標誌,“您可以使用該停車標誌作為水位高度的參考,” Jafari 說。
通過觀察標杆周圍的水,“我們還可以告訴他們水位是變淺還是變高”,這些信息可以傳遞給搜救隊。“他們(將)需要小心,因為可能會有電流,” Jafari 補充道。
無人機的限制包括設備可以承載多少重量,這與傳感器的數量和類型有關;被搜索區域的風有多強,任何速度超過 25 英里/小時的風速都難以控制無人機;以及電池壽命,在必須更換電池之前只能提供大約 30 分鐘的飛行時間。
展望未來,Jafari指出,儘管最近與 EOC 和海岸警衛隊的合作特別關注洪水地區的搜救行動,“我們正在做的工作可以應對任何災難:野火、龍捲風、地震、山體滑坡等都適用。
2022.05.02 ASCE