中美战场搜救转运体系及装置研究进展

Research advances in search and rescue transportation systems and devices in battlefield of Chinese and US military

摘要

目前国际形势多变，战争频发，武装冲突一线伤员搜救及转运装置的研究成为热点，日趋成熟的无人驾驶车辆技术突破了战场一线伤员搜救转运的传统方式。我军及美军均在该方面做了一些探索研究，但两者仍存在一些差距，该文就美军和我军伤员搜救及后送装置方面的研究进行综述，主要包括两军搜救转运体系及装置的发展和现状、两军各类新型转运装备的研发和应用。

Abstract

Given the volatile international landscape and frequent armed conflicts, research on frontline battlefield casualty search and rescue evacuation devices has become a hotspot. Continuously maturing uncrewed vehicle technology is revolutionizing traditional approaches to frontline casualty evacuation. Both the PLA and the U.S. military have conducted exploratory research in this domain, yet persistent gaps remain. The following provides a comprehensive review of U.S. and PLA research on casualty search, rescue, and evacuation devices, encompassing the development, current status, and application of various new evacuation equipment within both armies.

关键词

战场伤员后送 / 战术战伤救治 / 无人医疗运输系统 / 自主医疗机器人 / 战现场急救 / 远程创伤评估 / 智能医疗决策支持 / 军用医疗物联网

Key words

battlefield casualty evacuation / tactical combat casualty care / unmanned medical transport system / autonomous medical robot / prehospital battlefield care / remote trauma assessment / ai-based medical decision support / military medical internet of things

战场一线伤员搜救转运一直是卫勤保障的难题。现代化战争条件下，致伤因素多而复杂，作战形式多样，伤员分布分散，导致搜救困难，不同环境下作战时的搜救需求不同，严重影响卫生兵在战时一线抢救伤员并完成后送转运^[1]。目前，我军战场伤员一线后送装备主要依赖担架、救护车、救援直升机等，转运后送过程需要消耗大量的卫生兵、军医等人力，导致救援及转运效率不高，且复杂的战争环境有可能导致救援人员的伤亡。中美战场一线转运已形成了集搜救、后勤保障、转运后送为一体的联合行动，各种搜救和转运装备被研发并应用于实战。本文对目前中美战场搜救转运体系及装置的研究进展进行综述，以指导新型伤员转运高智能一体化装置的研究设计和实施，为卫勤保障理论探索提供依据。

1 美军战场联合搜救转运体系及装置

1.1 体系

美军现行的搜救转运体系包括有效的组织指挥、人员搜救的教育和培训、搜救转运装备的保障、伤员后送、专业医疗救治^[2]。组织指挥由联合人员搜救局协助战区作战指挥官统筹规划救援需求。此外，联合人员搜救局负责制订联合人员搜救指南和相关搜救装备的定制研发、人员培训等，战区指挥官任命联合搜救部队指挥官负责搜救指挥和搜救行动的计划。在部队层面，搜救部队指挥官设立人员搜救协调小组指挥搜救部队间协同合作，具体实施搜救和转运行动^[3-4]。搜救和转运的教育培训主要针对搜救指挥官、搜救部队、参战的面临风险的个人，美军特种作战司令部对搜救部队进行培训，而个人则由军内的搜救专家进行培训。搜救程序包括伤员搜救报告、伤员精确定位、各种保障支援、搜救力量的搜救行动及伤员搜救后的复元^[2]。

美军伤员的后送遵循“4 Right”理念，将正确的伤员在正确的时间转运后送至正确的地点接受正确的医疗处置。基于安全、快速的特点，空中转运后送是美军目前最主要的后送方式^[5-6]。

1.2 装置

为了保障一线快速、安全地转运伤员，美军研发了一些智能救援设备。

1.2.1 伤员搜救装置

特点是体型小，重量轻，通过性强。不具备转运、急救功能。主要包括：(1)Atlas机器人：这是一款美国波士顿动力公司研发的可以跑跳的机器人，能自主定位和导航，对环境适应性强，可在自主导航下通过曲折道路和狭窄地区，契合战场搜救机器人要求^[7]。(2)Packbot机器人：由iRobot公司研发，是典型的搜索任务型机器人。适用于狭窄、崎岖的环境中，可通过远程遥控完成任务^[8]。

1.2.2 伤员救治装置

主要是治疗功能，通过远程协同完成治疗任务。如“创伤吊舱”手术机器人系统，由SRI研究所研发，可远程操控，相当于集成式手术室，适合整装运送至战场，可直接开展医疗救治任务^[9]。

1.2.3 传统伤员急救转运装置

相当于具备急救功能的转运担架，需要借助人力、飞机、动力车辆搬运伤员。主要包括：(1)移动式重症监护抢救设备(mobile intensive care rescue facility，MIRF)：类似于移动的ICU设备单元，便于伤员在受伤地点得到紧急救治，是一种转运直升机适配的便携式重症抢救设备，与直升机共同构成了战场救援及途中救护系统。其主要部件为除颤仪、多功能监护仪、吸引器、呼吸器、定量输液泵、注射泵、完备的电力供应，可迅速安装到大型阵列的汽车或直升机上，准备工作只需要几分钟^[10-11]。(2) LSTAT(Life Support for Trauma And Transport)系统：是近年美军重点发展的野战救护系统，它是以担架为基础的小型救护装置，可更接近战场或出事地点，在野外进行外科手术和医疗支援，在伤员后撤期间可帮助伤员恢复呼吸、维持生命。其嵌入了许多ICU医疗护理装置，包括监测心率和呼吸速率、测定血样和供氧的仪表及输氧装置等。该系统的主要目的是把医院带到海军陆战队，而不是把海军陆战队带到医院。LSTAT系统还可以记录伤员的医疗数据，通过数据链路传到伤员救护中心，未来该系统还将配备数字化无线电系统，地面医师可以通过分析数据给出治疗建议^[12]。有研究发现，通过直升机紧急医疗系统直接将患者转运至一级创伤中心可显著降低伤死率。地面救护车转运至大学医院组和直升机转运至大学医院组的患者生存率相同^[13]。还有研究标明，直升机紧急医疗系统转运患者对生存的有益影响似乎仅限于生理不稳定的患者，生理稳定的患者通过空运似乎结局更差^[14]。直升机紧急医疗系统转运患者主要在受伤后的前30 min内与总体生存率提高相关，而地面救护车转运在院前总时间为61 ~ 90 min时具有生存优势^[15]。

1.2.4 半自主或者自主转运装置

特点是节省人力，自主转运后送伤员。主要包括：(1)救援和转运机器人VECNA BEAR。其采用拟人式手臂，双手可以举起220 kg的重量，其底部关节可折叠，可抱、抬伤员，传输图像且被远程操控，可作为未来的移动担架。其动力采用电动履带驱动系统并添加动力平衡技术。在模拟试验中，可以完成伤员的平稳救援转运和简单的急救操作^[16-17]。(2)自主转运装置。地面无人驾驶车辆(unmanned ground vehicle，UGV)是集环境感知、定位、导航、路径规划、决策和运动控制于一体的综合智能系统，它结合了包括计算机科学、数据融合、机器视觉、深度学习等高科技，以满足实际需求，实现预定目标，在民用和军事领域都具有巨大的应用潜力。由于战地地面快速转运困难且需要大量卫生兵，一线转运后送也存在人员再次伤亡的风险，美军逐渐开始研发无人驾驶车辆来实现伤员的自救和自行转运后送^[18-20]。2017年美国陆军设计了半人马UGV(Centaur UGV)，其是MTRS公司可移动机器人系统-增强版Ⅱ计划的一部分，目的是为每名排爆人员和高爆炸药工程师配备半人马平台。74 kg的UGV充一次电可以工作长达8 h，可清除略高于15 cm的障碍物。五自由度机械臂最大可达到2 m，可举起14.5 kg的重物。该设备已被美国所有军种采用，且北约和其他五眼国家也从该公司订购了大量该设备，以配备军队或民用^[21-23]。2021年7月全球智能多域机器人系统领导者AeroVironment公司向美国五角大楼部队保护局交付的telemax™elemax大楼部队无人地面车辆，是一种多功能UGV，具有广阔的有效载荷舱和自动工具交换，允许操作人员携带多个工具、干扰器或其他传感器，避免了往返负载。telemax EVO HYBRID采用带有自动调平的4轨道驱动系统，可轻松处理多种梯度、间隙和地形，其车载IP Mesh无线电可在复杂的城市环境中提供安全通信。虽然该UGV最初设计的用途是排爆和处理危险品，但其在军用转运场景的使用更有潜在前景^[24-25]。美军UGV的研发主要应用于武器装备，目前还未检索到其真正应用于战场伤员后送的报道。

2 我军战场联合搜救转运体系及装置

2.1 体系

借鉴美军的搜救转运体系，我军于2005年开始系统研究自己的野战搜救体系，2007 — 2014年应用，并不断完善和发展^[26]。我军搜救转运体系是指综合利用自组网、传感器、无线测向、战场环境、计算机等高新技术方法，研制完成从初级短距单兵搜救到可支持野战条件下多时空多维度智能感知呼救事件、扁平化快速搜救响应的信息化战救保障体系^[26]，由单兵呼救终端、单兵生命监测终端、搜救终端、北斗数据通信终端、运输工具通讯数据终端、空中智能感知中继战救数据平台等信息化装备和一线搜救、营连抢救、师旅团救护所战救信息系统等软硬件共同组成，能够实现多维度、多战域的互联互通和搜救行动实施。我军还基于目前的卫勤保障体系构建了单兵搜救系统，形成了战区四级搜救信息节点。使用单兵搜救终端装置(包含无线通信、定位、伤情信息等模块)、单兵生命体征监控装置、搜救信息手持机、战救信息无线收发器硬件装备和相应的信息软件系统，形成末端单兵到指挥机构信息节点完备、信息装备要素齐全，并适应作战单元动态变化的战救与信息系统体系架构^[26-28]。目前中美战场搜救转运体系对比见表1。

2.2 装置

我军在建立联合搜救转运体系的过程中，研发了各种新型的搜救转运装备，以实现战场更有效和安全的转运后送。目前中美战场部分搜救转运装置对比见表2。

2.2.1 伤员搜救装置

(1)野外搜救机器人系统：由哈尔滨工程大学设计研发，主要由系统主控制器、导航定位模块、避障模块、探测模块、通信模块、运动控制模块组成。其通过整体调试能够导航到指定目标范围内，实时传回现场的环境信息,保证了后续救援工作的顺利进行^[29]。(2)搜救型无人机：我国研发的无人机搜救系统目前基于热成像(搭载红外热成像仪)、光学视觉人工智能(搭载视觉AI识别系统)、声呐浮标(搭载声呐探测)等，可进行伤员的搜索探测定位并报告后方救援人员，但无法进行实时救援和转移后送^[30-32]。中大型无人机联合无人救援转运担架或机器人是未来实现战场无人化智能救援后送的发展方向，其搜索和救援范围将比目前依靠车辆的地面转运扩大很多。

2.2.2 伤员救治装置

结合早期的“单兵背负式远程医疗系统”，我军研发了野战方舱、救护分队的指挥系统、信息传输系统，这些系统将单兵呼救终端、单兵生命监测终端、北斗数据通信终端、空中智能感知中继战救数据平台等信息化装备与一线搜救、营连抢救、师旅团救护所战救信息系统等进行了端口升级对接。单兵呼救信息装备与战救信息系统可实现双向实时信息交换，使野战救护力量前移至战斗一线^[33]。另外，我军也在积极开发远程手术机器人系统。北京航空航天大学机器人研究所和解放军总医院第六医学中心联合开发的CRAS-BH型机器人系统，不需要定向框架仪，依赖CT扫描数据就可以完成神经外科手术，目前已经用于医院船伤员远程手术救治^[34-35]。我军还积极研发开颅机器人，有望通过远程控制和人机协同完成更多的一线伤员救治任务^[36]。

2.2.3 伤员转运装置

(1)轮腿可变搜救机器人系统：2020年由军事科学院设计并研发，是一种兼具轮式运动平台的高机动性与弧形腿式运动平台的高地形自适应能力的轮腿可变搜救机器人。因其适应不同路面(平坦或崎岖)，可在不同模拟战场环境下转运伤员,但其未搭载导航搜索、急救设备^[37]。(2)无人救援机器人：由北京航空航天大学及中国科学院重庆绿色智能技术研究院联合研发，在已有的全地形车上搭载了救援转运平台，能够遥控操作实现伤员无人化转运。但其转运距离有限，且未加载导航定位、激光雷达等^[38]，所以未能实现全自动化转运伤员。

此外，我国对无人驾驶技术在救援转运方面的研究和应用也进行了初步的探索。中科院计算技术研究所研究的地面条件感知的鲁棒激光惯性里程计及优化算法具有良好的鲁棒性和准确性^[39]，这有利于提升无人驾驶车辆的运动轨迹精度和行驶安全性。国防科技大学智能科学院于2023年研发油气主动悬架垂直稳定性自适应自抗扰滑模控制技术，有效提高了UGV在复杂路况下的垂直稳定性，为UGV在战场不同复杂道路条件下的使用奠定了理论和实验基础。同时，该团队为了克服UGV跟踪路径结构和非结构的不确定性，提出了一种使用粒子群优化的无模型预测控制策略，该策略不需要精确的数学模型，可以快速跟踪参考路径^[40]。华南理工大学研究设计了一种安装在UGV上的传感器检测系统，研发了基于多传感器信息融合的无人地面车辆避障算法，使得UGV在避障方面更加优越和可靠^[41]。广州理工大学设计提出了一种在全球定位系统无法使用的环境下通过多传感器融合方法实现UGV鲁棒精确定位方案，经模拟验证，其在无全球定位系统条件下的车辆定位依然准确可靠^[42]。此外，国内很多UGV的研究都使得其功能更加完备，性能更加可靠，包括持续动力、定位功能、轨迹跟踪、环境感知、障碍检测、避障行驶、可靠制动、速度控制、一键返航等^[43-46]。

3 结语与展望

目前我军及美军的战场伤员搜救转运和救治措施存在的共同问题是搜寻-急救-转运环节分离，搜救效率大打折扣。而相较于美军，我军转运体系的差距主要体现在装备体系内。美军率先将机器人、无人驾驶、通讯、导航等技术应用于战场搜救和转运，但随着我国无人驾驶车辆、无人机、人工智能技术的发展，我军在搜救和转运设备的更新迭代更显优势。未来战场急救、转运及救治装置的发展方向就是实现搜-救-运一体化功能的装备，大力发展自主救援装置，真正实现无人化救援，充分减少卫勤人员的人力消耗，实现轻中伤员的自救互救和后方转运，使卫勤人员发挥真正的后方救护所医疗处置作用，提高现代战争中伤员的救治成功率。

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