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低空運載技術暢想研究論文
物資方面的調用的問題,包括我們區(qū)血液儲量有限,特殊藥品、醫(yī)用器械等的儲量存在相當大的缺口,當需要這些醫(yī)用物資時,我們只能向寧波、杭州、上海甚至更遠地區(qū)調用,時間就是生命,刻不容緩,等待會讓病人的生命受到威脅。這種情況在全國各地非常的普遍,在西部等不發(fā)達地區(qū)更甚。由此,我們提出了“小型飛行器”的想法,借助現(xiàn)代飛行技術、衛(wèi)星雷達定位導航技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡通訊技術等實現(xiàn)緊急醫(yī)用物資的快速安全運輸,并使運輸逐步的實現(xiàn)智能化、專業(yè)化和人性化,從而大大縮短緊急物資的運輸時間。逐步建立輻射面廣、反應快速靈敏的網(wǎng)絡化緊急救助系統(tǒng),并推廣到其他小件物品的運輸,直至建立服務于大眾的空中物流體系。
1現(xiàn)狀和分析
1.1我國所需緊急醫(yī)用物資的情況
在人口眾多的我國,很多地方的救援條件不完善、信息不暢,使得醫(yī)療事故緊急救援的“緊急”性大大折減,從而使得我國萬人致死率遠遠高于其他國家。由于救助常識的缺乏,多數(shù)救助措施是在受傷者被運送到分布有限的醫(yī)院、急救中心以后才著手實施的,而醫(yī)院設備的限制或看似普通的藥物卻在需要時不能及時或短時間內(nèi)送到而導致傷者因貽誤救助時機而喪失生命或加劇救助難度。有專家指出,我國要搞好緊急救援,使其在各個地區(qū)、各個領域、各個方面都能發(fā)揮卓有成效的作用,最大限度減少生命和財產(chǎn)損失,是全面落實以人為本、促進人的發(fā)展的一個基本前提。而從我國的國情出發(fā),我國的公路及高速公路經(jīng)常造成交通堵塞,空運的昂貴費用增加了利用城市醫(yī)療和急救系統(tǒng)救援的難度。在搜集信息的過程中我們發(fā)現(xiàn),其實緊急救援中有一定的比例是在于緊急物資的運送。如果我們設計一種小型飛行器能實現(xiàn)在最短時間內(nèi)把所急需的醫(yī)療物資安全、快捷地送到目的地,那無疑是對中國醫(yī)療事業(yè)的一大貢獻。它是一架無人駕駛的微型飛機,與大型航空器相比,它無需造價昂貴的機場,與公路交通相比,它不受堵車的時間限制,還可以翻山越嶺不受地形的阻擋,正所謂“天高任鳥飛”,廣闊的空間為它提供了施展身手的舞臺,即使未來當小型飛行器的人均擁有量與現(xiàn)在的汽車擁有量相同,也不會造成交通擁擠現(xiàn)象。這可以由地面上的控制中心通過一系列的技術來統(tǒng)一設定航向,自動駕駛,從而快速安全地達到目的地。發(fā)明這一裝置的意義在于抓住拯救病人的黃金時間,挽救可能存活的生命。
1.2聚焦個案——北侖區(qū)的所需緊急醫(yī)用物資調用情況
1.2.1區(qū)人民醫(yī)院急救藥品緊急運輸?shù)恼{查
1.2.2北侖區(qū)緊急醫(yī)用物資運送的調查:
2研究內(nèi)容
設想一下:一位正在登山游玩的游客哮喘發(fā)作,他趕緊拿出手機,撥通了120急救中心,幾分鐘后小型飛行器已帶來了他所需要的藥品及處理的步驟。我們根據(jù)它的特點、功能結合現(xiàn)代科技技術提出我們的方案。
2.1飛行器基本外形設計
我們的設想:飛行器的基本外形為碟形,就如UFO一樣,見圖(1)。
2.2飛行器所具備的功能
(1)具備垂直起降功能,飛行時速達到800～900km/h
(2)具有小型雷達探測功能,實時監(jiān)測以它為中心、半徑為1km球體以內(nèi)的物體,同時實現(xiàn)高度的定位
(3)具備北斗衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)接收芯片,用來確定飛行器的位置
(4)具備3G網(wǎng)絡模塊及信號增強設備,從而可以實現(xiàn)實時視頻傳輸功能
(5)具備飛行器儲物空間并配置安全系統(tǒng)功能(6)采用能源:太陽能和電能等
2.2.1技術研究
(1)垂直起降技術的原理我們知道,飛機飛行需要克服兩種力—重力和阻力。重力是由飛機的氣動面,即機翼和尾翼產(chǎn)生的升力平衡的;阻力則是由發(fā)動機提供的推力克服的。正常飛機的起飛過程就是飛機在發(fā)動機的推動下,克服阻力向前滑跑,當滑跑速度足夠大到使機翼產(chǎn)生的升力大于飛機的重量時,飛機就可以離開地面升空飛行了。而垂直起落飛機由于不需要滑跑,就不可能由機翼產(chǎn)生平衡重力的升力,所以要實現(xiàn)垂直起降,就只能把希望寄托到飛機的動力設備—發(fā)動機上了。垂直起降飛機就是由發(fā)動機提供向上的推力來克服重力實現(xiàn)垂直起降的。垂直起降飛機產(chǎn)生升力的辦法有三個,一個是偏轉發(fā)動機的噴管,第二種是直接使用升力發(fā)動機提供升力,第三個是前兩種辦法的組合,同時使用升力發(fā)動機和主發(fā)動機。
(2)垂直起降技術的優(yōu)點①具有垂直起降能力的飛機不需要專門的機場和跑道,降低了使用成本。②垂直起降飛機只需要很小的平地就可以起飛和著陸③定點準確,著陸安全性高。
(3)小型雷達探測器近年來微電子技術和微電子工藝都經(jīng)歷了飛速發(fā)展,固態(tài)毫米波器件日益成熟,微波單片集成電路(MMIC)逐漸向頻率高端發(fā)展,并已經(jīng)進入毫米波應用階段,這些都為毫米波集成系統(tǒng)的發(fā)展奠定了良好的基礎。隨著毫米波系統(tǒng)的不斷改進,系統(tǒng)對天線的要求也不斷提高,這極大程度的促進了毫米波天線技術的發(fā)展,不斷有新結構、高性能的天線問世,并且相當一部分已經(jīng)成功應用到了毫米波系統(tǒng)中。36.5GHz小型雷達前端,有單天線體制和雙天線體制兩種,整個前端集成在25mm和30mm直徑的圓柱形金屬盒內(nèi)。小型雷達便于安裝在小型飛行器上,其功能強大,能探測方圓100km以內(nèi)所有的飛行物,控制中心根據(jù)雷達所獲取的信息,及時調控飛行器,按規(guī)劃路線飛行。
(4)北斗七星終端全球3G移動通信標準之一的TD-SCDMA,便是由中國制定,近年在中國移動、華為等公司合作下,已設計出適用于北斗系統(tǒng)的方案,待北斗系統(tǒng)完成,TD-SCDMA就不必完全受制于美國的GPS。利用衛(wèi)星導航精確定位與測速的優(yōu)勢,可實時確定飛行器的瞬時位置,有效減小飛行器之間的安全距離,甚至在惡劣天氣情況下實現(xiàn)安全飛行。是中國專利3G網(wǎng)絡模塊。TD-SCDMA作為中國提出的第三代移動通信標準(簡稱3G),自1998年正式向ITU(國際電聯(lián))提交以來,已經(jīng)歷十多年的時間,完成了標準的專家組評估、ITU認可并發(fā)布、與3GPP(第三代伙伴項目)體系的融合、新技術特性的引入等一系列的國際標準化工作,從而使TD－SCDMA標準成為第一個由中國提出的,以我國知識產(chǎn)權為主的、被國際上廣泛接受和認可的無線通信國際標準。這是我國電信史上重要的里程碑。TD-SCDMA在頻譜利用率、對業(yè)務支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等方面有獨特優(yōu)勢。TD-SCDMA由于采用時分雙工,上行和下行信道特性基本一致,因此,基站根據(jù)接收信號估計上行和下行信道特性比較容易。此外,TD-SCDMA使用智能天線技術有先天的優(yōu)勢,而智能天線技術的使用又引入了SDMA的優(yōu)點,可以減少用戶間干擾,從而提高頻譜利用率。TD-SCDMA還具有TDMA的優(yōu)點,可以靈活設置上行和下行時隙的比例而調整上行和下行的數(shù)據(jù)速率的比例,特別適合因特網(wǎng)業(yè)務中上行數(shù)據(jù)少而下行數(shù)據(jù)多的場合。但是這種上行下行轉換點的可變性給同頻組網(wǎng)增加了一定的復雜性。我們考慮到以后飛行器數(shù)量的增多,會面臨IP地址不夠用的現(xiàn)狀,所以在飛行器上使用最新的IPV6協(xié)議,保證有足夠的地址使用。機載視頻在飛行器起飛和著陸以及接近用戶的時候啟用,并與控制中心形成信息交互,從而使飛行器能夠平穩(wěn)、安全地著陸。
(5)具備飛行器儲物空間并配置安全系統(tǒng)功能憑航空公司短信發(fā)來二維條碼,旅客無需再到機場柜臺辦理登機牌,可直接登機。昨起,國航國內(nèi)航班推出手機乘機服務,成為國內(nèi)首家全程無紙化登機的航空公司。國航和首都機場聯(lián)合宣布,自5月8日起,在國航國內(nèi)航班上開通手機乘機服務,包括北京出發(fā)的國航實際運營的國內(nèi)直達航班(不包含西藏航線旅客及嬰兒、兒童、病殘等需要特殊照料的旅客)。記者看到,這個二維條碼電子登機牌是個黑白相間的小圖標,旅客進到安檢通道后,工作人員用儀器輕輕掃過小圖標,旅客身份、航班信息就得到了確認。昨日,中國民航局運輸司司長王榮華證實,這是國內(nèi)首次推出完整的手機乘機服務[5]。利用類似的安全系統(tǒng)可以實現(xiàn):飛行器到達用戶身邊時,用戶可以用授權碼取出所需物件。(6)能源來源太陽能的接收——根據(jù)自身所攜帶的新型太陽能接收板,接收來自外界的太陽能,不用時則可停靠在太陽下充電。太陽能的接收、存儲與傳輸:①當太陽能不夠時,控制中心能及時獲取信息并對飛行器實施遠程無線充電。②當太陽能過多時,控制中心則會采用遠程無線充電技術實施反充電,以收集多余能源用于他處。
2.3小型飛行器智能控制中心
2.3.1小型飛行器智能控制中心的運作原理
運作原理:用戶急需藥品并使用通訊工具聯(lián)系120急救中心,120急救中心確定藥品規(guī)格及數(shù)量,然后把信息傳給控制中心,控制中心調配相應規(guī)格的飛行器到120中心取藥,同時發(fā)送授權碼給用戶,然后通過北斗七星定位系統(tǒng),直接飛行到用戶處,用戶通過授權碼確認并取出藥物。具體見(圖2)注:①用戶提出需求。②120中心查找并發(fā)送藥品的信息(外形和重量)給控制中心。③-⑤控制中心通過北斗衛(wèi)星,確定用戶準備位置,并反饋信息給控制中心。⑥-⑦控制中心調配最近適當型號的飛行器確定飛行路線并發(fā)授權碼給用戶。⑧授權的飛行器,在控制中心的調控下自動到達120中心,120中心安裝藥品并確認,控制中心自動檢測完成后起飛。⑨-⑩飛行器到達用戶處,用戶用授權碼取出藥品,控制中心檢測安全后,返回到基地A。
2.3.2小型飛行器智能線路規(guī)劃系統(tǒng)
只聽說過飛鳥與飛機的相撞事故,沒聽說過在一起飛行的鳥相互撞擊的故事,準確的導航系統(tǒng)和先進的智能感應器可以確保眾多飛行器在一起飛行的安全性,同時也可以避讓其他空中飛行物。由北斗七星全球定位系統(tǒng)確定用戶的位置,反饋給控制中心,然后由巨型計算機完成飛行路線分配,并確定航線,防止飛行器互相干擾。利用飛行器中的小型雷達系統(tǒng)實時反饋飛行航線中遇到的障礙(如飛鳥或其他飛行物),然后控制中心可以進行實時的線路調整(如由于自然原因造成的飛行器航線偏離,飛行器可以實現(xiàn)與控制中心數(shù)據(jù)的實時交互,實現(xiàn)線路的糾正),從而順利到達目的地附近,接著通過機載攝像頭安全地送達用戶手中。
3關于小型飛行器在未來社會的大膽展望
(1)靜音技術:高速飛行劃破空氣會產(chǎn)生巨大或刺耳的噪音,最好有一種靜音技術,像外星人的飛碟一樣來無影去無蹤,無聲無息。
(2)小型飛行器也可以應用于越來越多的意外事故(比如交通事故、空難、地震等),當救護車或直升機無法及時趕到,它會第一時間到達現(xiàn)場,快速將傷者送住最近醫(yī)院,提高他們救活的機率。研究表明一個人如果在事故中嚴重受傷,如果在1個小時內(nèi)得到緊急治療,存活下來的機率將提高6倍。
(3)隨著小型飛行器技術的日趨成熟,打造一個服務于大眾的空中物流體系。緩解現(xiàn)在的地面交通壓力,減少交通事故的發(fā)生,減少污染,美化我們的地球。
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