中型垂直升降固定翼无人机在灾害救援中的功能评估

摘要：本研究系统评估中型垂直升降固定翼无人机在应急管理中的功能适配性，通过多传感器协同建模技术实现亚米级精度的灾害现场三维实时建模，并结合边缘计算与卫星通信构建动态数据闭环，有效支撑灾情研判与救援路径优化；同时研究揭示多源数据融合存在的技术壁垒，包括：异构协议解析难题、坐标系转换偏差及人机协同能力断层，并提出标准化接口协议与智能调度算法优化路径，实证表明：系统在洪涝、地震等场景中提升救援响应速度与决策精度，但仍需突破复杂电磁环境适应性瓶颈以增强鲁棒性。

关键词：垂直起降固定翼无人机；灾害救援；功能评估；应急管理系统；三维建模

引言

我国是自然灾害频发的国家，每年都会对生命和财产造成巨大的损失，而由于地形、天气等原因导致不能快速获取灾害地的相应情况，严重影响救援效果[1]。本文聚焦中型垂直升降固定翼无人机，剖析其在三维建模、人员搜救及系统融合中的功能适配机制，同时，研究基于2024年京津冀洪涝等典型案例，验证多传感器协同建模与实时边缘计算对灾情态势感知的增强效应，另外，揭示数据标准不统一、通信协议异构性等制约系统效能的关键问题，并通过技术－需求匹配度分析，为应急救援信息系统的智能化升级提供理论支撑。

1灾害现场三维建模功能契合评估

1.1 建模技术对应信息系统原理剖析

随着科学技术不断发展，无人机已经在农业植保、交通测绘、军事战争等各个领域展现出巨大应用潜力，其中包括消防救援领域[2]。中型垂直升降固定翼无人机通过多传感器协同技术构建灾害现场三维建模体系，该系统集成多模态传感器阵列，包括多镜头倾斜摄影相机、激光雷达及红外探测设备，实现亚厘米级地面分辨率影像与高密度点云数据的同步采集，其模块化载荷舱支持快速设备切换；另外，数据处理环节采用边飞行边建模的实时处理模式，依托机载边缘计算单元与地面算力平台协同；同时，空间定位定姿系统通过多源传感器毫秒级同步，确保空间坐标系的精准统一。

1.2 建模如何服务信息系统

在2024年京津冀洪涝灾害救援中，蜂巢航宇HC-541无人机通过多源影像采集与三维建模技术，构建灾害现场全景可视化数字底座，同时，系统融合倾斜摄影数据与地理信息平台，实现淹没区域和道路损毁特征的高精度识别，支撑指挥中心动态优化救援路径；另外，结合多期连续建模分析水位变化趋势，为泄洪决策提供依据，并依托智能标绘功能优化物资投放节点。

1.3 基于信息系统建模效果评测

灾害现场三维建模功能需从技术指标与实战效能双重维度进行评估，技术层面重点考察空间精度、作业时效与系统兼容性，其中：多传感器协同建模能力确保高精度空间基准构建，实时处理技术显著提升大范围建模效率，标准化数据接口实现多源信息融合应用，同时，实际应用中需突破复杂环境适应性瓶颈，重点解决恶劣气象条件对点云质量的干扰及强电磁环境下定位漂移问题，通过自适应算法优化与多频段抗干扰技术提升系统鲁棒性。

2 人员搜救功能契合评估

2.1 搜救设备技术与应急信息流转关联

中型垂直升降固定翼无人机依托多模态传感器协同技术构建空天地一体化搜救网络，其技术架构包含三个核心层次：多源传感层集成可见光、热成像及声波探测设备形成互补感知体系；另外，智能处理层搭载边缘计算单元与AI算法，完成目标自动识别与空间坐标标注，数据通过卫星链路实现低延时回传；同时，系统融合层采用实时数据总线技术，将多源空间信息与地理信息系统动态匹配，形成多维态势感知能力。

2.2 不同灾害场景搜救成果对信息系统决策支撑

无人机在灾害救援中展现多场景适应性：地震救援时融合三维建模与红外探测技术，精准识别建筑结构空隙与生命迹象，生成立体救援通道模型；另外，洪涝灾害中结合毫米波环境感知与自组网通信，实现物资精准投放与应急通信保障；同时，山火场景通过气体浓度监测与气象数据融合，动态规划人员撤离路径。

2.3 搜救功能优势与局限对信息系统完善的启示

无人机应急救援系统通过异构传感器融合实现热源精确定位与复杂地形全域覆盖，其全天候作业能力和非接触式操作模式显著提升高危环境处置安全性，并结合边缘计算构建动态三维态势感知体系；另外，技术瓶颈聚焦于复杂电磁环境适应性、多载荷集成冲突及极端场景目标识别精度不足，需通过自适应抗干扰算法与多源数据融合增强系统鲁棒性。

3 综合功能与应急管理综合信息系统融合评估

3.1 功能对信息系统整体效能的综合作用

中型垂直升降固定翼无人机空间基准构建模块利用激光点云与建筑信息融合技术，生成高精度三维数字孪生模型，实现灾害风险区域智能标注与防御资源优化配置，同时，动态数据闭环系统依托异构网络实现热成像数据与定位信息的实时融合，显著提升受困目标识别精度与救援响应时效性；另外，通信保障单元通过机载基站与地面中继协同组网，构建全域覆盖的应急通信链路，保障极端环境下指挥指令的可靠传输。

3.2 实际运用中阻碍融合问题

（1）数据标准壁垒

无人机多源数据融合面临双重技术壁垒：在数据采集环节，不同厂商的定位定向系统采用异构通信协议，导致异构平台集成时需构建多版本解析模块，显著增加数据处理链路的复杂度；另外，在空间基准统一层面：全球导航坐标系与区域大地坐标系间的转换存在系统性偏差，由参考框架差异与动态历元效应引发的空间基准偏差，制约多源空间数据融合精度；同时，需建立标准化协议解析框架，并通过时空基准统一模型优化，构建全域一致的时空参照体系。

（2）通信协议兼容性

基层应急通信系统面临双重技术瓶颈，一个是在协议兼容性层面，部分区域平台受限于卫星通信协议解析能力不足，需依赖中间节点进行协议转译，显著增加数据传输时延；另一个是在资源调度维度，多模态业务并发传输时，高带宽需求视频流与低延迟语音指令的竞争性传输易引发关键信息丢失，与此同时，需构建标准化协议转换接口，并通过服务质量分级机制实现信道资源的动态优化配置。

（3）人机协同短板

无人机应急救援体系面临双重能力挑战，其中：基层操作员普遍存在多源数据处理与分析能力断层，技术技能局限于基础飞行控制；另外，指挥系统因智能辅助模块缺失导致关键决策参数提取困难，而且标准化建设路径聚焦三方面突破，如：装备采购严格执行接口规范，统一时空基准数据输出格式；另外，开发跨平台通信中间件实现异构协议自动解析，从而提升卫通数据流转效率；同时，构建"飞行操控－数据分析"双轨认证培训体系，通过模块化课程强化多模态数据处理能力。

4结语

本研究证实，中型垂直升降固定翼无人机通过多源感知融合与实时建模技术，显著提升灾害现场三维重构精度与应急决策时效性；然而系统效能受限于数据标准壁垒、通信资源竞争及人机协同短板，因而，未来需加强跨平台协议兼容性设计，开发自适应抗干扰算法，并构建"飞行－分析"双轨培训体系以弥合操作员能力断层；与此同时，研究结果为空天地一体化应急管理系统的工程化落地提供关键技术路径，推动应急救援从经验驱动向数据驱动范式转型。

参考文献

[1]马龙.浅谈无人机在抢险救援中的应用[J].中国设备工程，2024，（19）：44-46.

[2]郭丹丹.无人机三维建模在消防救援中的应用[C]//中国人民警察大学，中国消防协会.2024年度灭火与应急救援技术学术研讨会论文集-消防技术装备与装备管理.天津市宁河区消防救援支队;，2024：37-39.

[3]周红云，黄仕培，吴文婷.自然灾害救援无人机[J].机械设计，2023，40（12）：184.