无人机是遥感技术不可或缺的一部分,可帮助搜寻失踪人员!

   电子分析员        

由于无人机的多功能性,它可以应用于不同的领域和不同的用途,并作为人类活动的实际支持。本文特别关注意大利的局势,以及概括如何使用无人驾驶飞机搜寻和营救失踪人员,特别是在意大利每年发生大量此类事件的情况下。对现行立法的了解、无人机与其他仪器的实施、具体的飞行员培训和经验贡献,都是在搜索和救援行动中提供特殊援助的基本要素。然而,为了保证救援设备的最大效力,他们应该认真考虑包括在操作无人机方面已被证明具有专业技能的团队,并依靠他们的宝贵贡献。由于无人机具有大面积搜索的能力,从而降低人力资源的使用和可能限制的干预,在复杂地形和/或危险的救援队伍条件,遥感工具(GPR或地质雷达等)以及其他学科(如法医考古,更普遍的是,法医地质)可以实现执行搜救任务的失踪人员。


相关论文以题为“Drones as an Integral Part of Remote Sensing Technologies to Help Missing People”发表在《Drones》上。


无人机是遥感技术不可或缺的一部分,可帮助搜寻失踪人员!


根据当前的术语,“无人机”是指飞行物体的遥控飞机(RPA)类别。这些是具有不同尺寸和规格的仪器,能够在没有飞行员的情况下飞行。飞行由一个机载计算机控制,无人驾驶飞机通过从地面经由无线电先导操作。这些仪器有不同的尺寸和规格,可以在没有飞行员的情况下飞行。物体的飞行由机载计算机控制,而无人机由飞行员通过无线电从地面操作。


第一次世界大战期间,第一批原型机已经在军事上得到了应用:受控空中目标无线电由阿奇博尔德·洛上校设计,由英国皇家飞机制造厂(RAF)制造,用于防御和炸弹攻击。相关技术在两次世界大战期间取得了巨大进步,装备有能够直接从军舰起飞的自动驾驶仪的装置设计。第一架无人机主要设计用于间谍和轰炸,或用于训练防空炮手。


虽然这些早期的标本不完全符合现代无人机的配置,但它们可以被认为是最现代的技术无人机的前身。今天的设备不再只供军方使用,而且已经出现了向更小和技术更先进的型号的重要过渡,供不同部门和不同用途的公司和个人使用。到了21世纪初,许多行业开始生产尺寸更小、价格更低的车型,这导致了它们的普及,以及它们在专业和娱乐领域的使用显著增加。


2015年,国际民用航空组织(ICAO)为无人机指定了以下技术名称:遥控驾驶飞机系统(RPAS);意大利语:Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto (SAPR)。虽然在定义无人机的术语上有一个全球协议,一些英美组织选择了缩写UAS(无人机系统),它描述了整个操作设备:无人机、控制站和无线数据连接。这个名字也被联邦航空管理局(FAA)、欧洲航空安全局(EASA)和无人机系统协会(UAVSA)采用。这强调了飞行操作必须遵守一系列国际空中交通规则和程序,无论该设备的级别如何,也无论是否有机上飞行员。


在航空系统中引入任何新部件都需要国家和行业通过接受和遵守国际公认的规则来定义和整合,这些规则保证了所有航空的商业和民用安全。


因此,民航组织需要编制一份操作手册,经过三年的工作,在不同专家组的贡献下,于2015年首次出版。随后又进行了修订,并制定了一项议定书,目的是使191个联合国成员国的规则标准化,这些成员国在解释民航组织的标准时,不仅涉及大的区域区域,而且涉及小的模式。因此,指南根据起飞重量和产生的动能确定了必要的证明和限制。


如表1所示,我们可以将无人机分为三个主要类别。


表1. 无人机的三个主要类别。


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有几种混合动力模型,其中包括用于在崎terrain地形上操纵的螺旋桨和驱动轮或履带的模型,带有用于在水上滑行的浮子的模型以及水下模型。


无人机的进一步分类涉及重量/尺寸(表2)。


表2. 按重量和尺寸分类。


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无人机越来越受欢迎。然而,它们的大量使用伴随着在公共安全可能成为问题的区域上不受控制的飞行的风险,必须予以解决。例如,机场附近的天桥对空中交通构成严重威胁。当局意识到这一风险,因此知道在发现无人机时,他们唯一的选择就是停止飞行活动,从而产生可想象的运行和经济后果。尽管规则禁止机场的5公里范围内的RPA飞行,这种类型的事故频繁发生。


在全球范围内,航空当局的报告列出了一系列由于失误而可能造成致命后果的险恶事故。一个标志性案例揭露了风险管理问题,发生于2016年9月,当时一架无人机在迪拜Al-Maktoum国际机场的飞行导致空中区域关闭了大约半小时。直升机升空飞行以解决危险的入侵,但没有成功。根据机组人员的报告,RPA移动得太快,以锐角转弯,因此直升机无法跟随。当他们最终设法找到它时,它再次逃脱了。因此,需要找到一种可以切实应对此类威胁的解决方案。


一种可能的对策可能是在机场使用监视无人机,其通信基础设施能够同时支持多架无人机,并结合地面控制结构。2017年,ICAA(意大利民航局)法规在意大利生效,规定了无人机的安全规则和飞行条件。该法律设想了一个重大的新可能性:只要遵守某些规则,在城市地区使用无人机(表3)。这些规则包括主命令和控制系统的与对应于最小电平d [软件兼容EUROCAE ED-12B(RTCA DO-178B)的存在。


表3. 用于DO-178B软件级别。


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随着2018年9月11日生效的欧盟法规2018/1139的发布,欧洲联盟通过检查无人机的各个方面来定义空域的原则和规则。考虑到RPA与飞机使用相同的空域,对所有欧洲州的法规进行标准化至关重要。


该规定适用于所有欧洲级别的无人机,无论其重量如何,包括重量小于150千克的无人机。在此之前,监管小型无人机的责任落在了各个国家。这项立法为成员国留出了一定的灵活性,将一些参数的定义留给了国家主管部门,以尊重相称原则。


当前法规涵盖的重要方面涉及与保护个人数据,操作员培训,设计,生产,维护,注册义务以及确定无人驾驶飞机的基本要求有关的方面。但是,还应考虑它们可能对基本领域带来的风险,例如:安全性,机密性,个人数据保护和环境。因此,由欧洲委员会来制定干预措施的预测并实施特定的法案。


使用无人机搜寻失踪人员


虽然我们都知道无人机在许多领域都非常有用,但是在本文中,研究人员将重点放在无人机在搜寻和营救困难失踪人员中的应用上。该主题在像意大利这样的国家中尤其重要,从1974年1月1日到2019年12月31日,共有61,036人失踪。因此,意大利设立了内政部失踪人员政府特别专员职位。从今年2月提交的政府特别专员第二十二号报告的细读中,其中包含2019年的数据,我们可以认识到失踪人员问题的严重性:仅在2019年,就有15,044人在意大利提出的此类投诉。尽管与2018年相比有所减少,当时的数量为18393。


政府的失踪人员特别专员的职位是根据一项总统令于2007年7月设立的,其动机是需要对现象的研究和监测进行具体协调。


领土地区负责根据国家和地区法律,特别专员办公室的指导方针以及内政部的通知,对适应失踪人员的省级计划进行修改和更新。


省级计划旨在确定组织结构,操作角色以及与研究有关的活动,以确保救援设备的最大可能有效性。必须在考虑到我国极端形态多样性的情况下实现这一目标,根据情况,这需要涉及不同领域的研究团队的参与。


在全球范围内,由于人工智能的新时代,研究系统也在不断完善,同时还使用诸如空中无人机,海洋无人机和机器人无人机等技术。早在2016年,加利福尼亚州河滨县警察局就开始使用配备高清摄像头的无人机来实时记录和传输图像,并将其传输给接受过搜救任务的地勤人员。该部门拥有一支直升机机队,但是由于天气条件,这些直升机无法始终使用,而RPA的使用已被证明更为有效和通用。它能够立即响应干预请求,然后由发现后到达目标地面的团队执行救援操作。


在2018年至2019年之间,意大利领土的一些州签署了“针对神经退行性疾病患者的搜救的协调干预计划”,其中规定了地理定位设备的使用,护理人员的培训和建议,以及对公民和残疾人的有用信息。危急情况下的操作员。


虽然直到几年前,私人公民仍被允许通过使用无人机作为研究志愿者做出自己的努力,但自2019年起,除非明确授权,国际民航组织和各州都禁止使用和提供支持。


自2019年12月15日起生效的国际民航组织(ICAA)关于无人机的新规定,违反了第7条第7款,实际上已禁止飞行员和RPAS操作员在为响应紧急情况而采取干预措施的区域内或附近使用无人机。这篇文章被解释为禁止在日常救援活动和紧急情况中使用民用无人机,从而引起各种反应和众多争议;如此之多,以至于抢险无人机网络是在紧急情况下随时准备使用无人机的第一个志愿者网络,它通过发起请愿和在交通运输部进行示威来发起抗议活动。


随着时间的流逝,失踪人员的现象一直保持不变,但是今天,由于有了这项技术,可以在减少干预时间和扩大行动范围的情况下进行搜索和救援活动,从而节省了人力资源并降低了成本,但最重要的是对运营商的风险。然而,最重要的是,他们不仅是在找人,但在发现他们的生命获得更大的成功率。


由于其体积小和机动性强,无人机能够在低海拔(约10 m)飞行并覆盖大面积。他们提供了通过远程传输的图像和信息来协调团队的机会,如果配备了热成像跟踪设备和软件,即使在黑暗中也可以检测到人类的存在,而不会在夜间中断搜索操作。


其他实现包括SAR(合成孔径雷达,即相干,有源和微波雷达遥感系统),热成像相机,多光谱传感器(多光谱传感器是一种能够记录物体上反射能量的量的仪器)。地球的在电磁光谱的不同波长的表面)时,ALS,和激光雷达(空中激光扫描器和光检测和测距,分别或两种类型的扫描激光器)。


为了使救援队的活动以无人机为指导,救援队需要不断的培训,大量的飞行时间以及对特定干预技术的研究。操作人员还必须做好充分的心理-身体准备,以成为工作的参考点,并获得参与应急管理的机构的有效支持。最近,这种情况开始更加频繁地发生。


综合案例研究


一个特别重要的案例是使用商用无人机(配备4K 13 MP HD 3轴摄像头的Quadcopter Goolsky ZEROTECH DOBBY Wifi FPV智能自拍无人机)识别和定位相对于两个失踪人员的可能的秘密坑的位置失踪了,可能被谋杀了。由于警察尚未从适当的当局获得搜查令,该无人机被用来调查一个私人花园,该花园被拒绝进入。如可以在可看出图1中,这些异常即使不使用特别的过滤器或图像处理的是特别明显。执法部门立即显而易见的问题是存在四个表面异常,而只有两个人被宣布失踪。


无人机是遥感技术不可或缺的一部分,可帮助搜寻失踪人员!


图1. 在嫌疑犯的私家花园中拍摄的无人机照片。四个地面异常清晰可见。


无人机的结果足以授权对私有财产和花园进行搜索。为了弄清楚该花园中掩埋的尸体是否比寻找的尸体要多,或者这四个异常的存在是否与其他因素有关,我们着手使用GPR(探地雷达)-双基地500 MHz Noggin系统SSI-作为远程感测工具。目的是以非破坏性和实时的方式确认地下是否存在另外两个异常。GPR结果(图2)表明,仅在先前由无人机检测到的四个地面异常中的两个异常中,才有可能将尸体埋在约0.40 m处,而其他两个则没有出现任何明显的不规则性(图2)。


无人机是遥感技术不可或缺的一部分,可帮助搜寻失踪人员!


图2. (a)显示了无人机探测到的异常之一顶部的GPR采集;(b)是一个雷达图,清楚地显示了内部填充有东西(黄色矩形)的挖坑的存在;(c)图示了深度切片(在0.40 m处),其中两个明显的异常与失踪人员的可能的秘密坟墓有关(黑色圆圈是无人机检测到的四个异常的位置,请参见图1)。


随后采用了适合法医考古学的地层开挖方法,并随后收集了数据和信息,这证实了两名失踪人员的尸体被埋在GPR调查确认的地点,而其他两个据称矿坑的开挖表明没有犯罪活动。该财产的所有者涉嫌谋杀和掩藏尸体,随后证实,他还制造了另外两个空坑,目的是误导调查人员。


结论


为了应对即兴和未被认可的无人机飞行员的泛滥,希望经过认真核实的要求后,将对专门从事人员搜寻和救援的志愿公司和团体进行认证,并将其正式纳入该州的省计划中,以便他们可以用自己的宝贵支持来支持搜索和救援任务。


如今,这种无人驾驶飞机主要用于摄影和录像,如今它已成为一支基本的,不可替代的工具,它可以在一个可以迅速进行干预以进行人员救援的专家团队中,用于搜索和识别困难人士。减少了距离,特别是进场时间,并消除了负责救援人员的崎terrain地形。


通过使用无人机并在其他遥感技术的支持下实施,无论是在船上(例如多光谱相机)还是在地面(例如GPR),都可以校准干预类型并适应行动策略,不再基于地图的假设,而是基于当下实际情况的针对性干预措施(例如法医考古调查)。在这里,即使是商业无人机,如果有适当的装备,都可以成为救命的工具,而依靠人的救援可能很难到达。


论文链接:https://www.mdpi.com/2504-446X/4/2/15/htm



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