破解西北应急救援“续航焦虑”　赋能基层应急装备智能化升级 ——宁夏警官职业学院“光波双擎”团队激光—微波双模无线传能系统实地探访

2026年09月22日 17:03:15

贺兰山下，戈壁风疾。在宁夏警官职业学院应急装备实训室与自治区应急演练现场，一套“激光—微波双模无线传能系统”正试图改写西北应急救援的供电逻辑：通过“接收端＋发射端＋控制端”三位一体架构，让无人机在不降落的情况下持续补能，破解山地荒漠地形下“飞得起、留不住”的续航困局。这是该校“光波双擎”团队历经两年实地调研与原型攻关形成的方案，项目已荣获中国国际大学生创新大赛职教赛道创意组国赛奖项。

一、直击痛点：西北应急救援的“续航焦虑”

应急救援、野外执法，时间就是生命。宁夏山地荒漠地形占比超过60%，多数救援现场没有市电保障。据宁夏应急管理厅2025年基层调研报告，35%的野外任务因供能不足被迫中止，80%的野外救援行动受到供电问题困扰。在此基础上，团队实地走访35家基层单位，对37位一线救援、公安执法人员开展半结构化访谈，并先后参与3次自治区级应急演练，访谈问卷与现场调研原始记录均完整留存。

“携带备用电池适合可以安全降落的场景，但贺兰山搜救、边境戈壁巡逻地形陡峭、环境危险，无人机没办法随时降落换电池。”项目负责人、无人机激光负责人刘旗介绍说，部分搜救任务需要无人机持续空中侦察，降落换电会直接中断侦察，错失黄金救援时间；而加装备用电池又会增加无人机自重，压缩本身续航。“我们做的是对现有方案的补充，专门解决无法降落、不能中断作业的实战场景。”

二、技术创新：三位一体架构与双模冗余设计

团队创新性地构建“接收端＋发射端＋控制端”三位一体的无线传能系统：发射端是能量源头，集成激光发射、双波段跟踪与超声波备用定位模块，负责动态跟踪移动目标并投送能量；接收端挂载在无人机、移动设备上，包含激光接收、光电转换与储能模块；控制端是整套系统的大脑，完成运行参数监测、模式切换与安全告警，操作人员可手动或全自动控制。

• 双波段跟踪，昼夜可用：可见光波段用于光照良好的白天，目标识别精度高；红外波段适配夜间、弱光照与薄雾环境。两路图像经AI算法融合，提升复杂环境下的跟踪稳定性；一旦光束被遮挡或强电磁干扰导致光学跟踪置信度低于阈值，系统在1秒内切换超声波定位接管，保障链路不中断。 • 双模冗余，分步落地：激光作为主传能链路，已完成硬件搭建与实验室静态测试；微波作为恶劣天气下的应急补能链路，目前完成方案仿真与参数设计，纳入第二代原型迭代开发目标。大雾、强沙尘导致激光链路严重衰减时切换微波补能，是团队的双模设计构想。 • 安全为先，多重防护：软件层面实时监测光路状态，一旦检测到光路遮挡或温度超标，可在0.3秒内切断激光输出；硬件层面配备防闯入声光告警、防爆防水储能模块与开机整机自检锁定机制，保障人—机—环境安全。 • 降本增效，集成创新：均光镜＋密闭腔体锁能结构，在实训室无风环境下实现能量损耗降低40%；温差发电散热—回收一体化设计把原本耗散的废热转为辅助电能，综合能效提升20%，主要用于散热风扇、传感器辅助供电。一代原型物料成本控制在5000元以内。

刘旗坦言，团队走的是集成创新路线：“我们没有从零研发激光器等底层硬件，而是把成熟的国产硬件与开源AI算法重新集成，并针对宁夏风沙、强光、弱光的本地场景采集样本做了参数调优。创新点集中在结构、热管理、双冗余定位、场景适配和成本控制五个方面，目标是让基层单位用得起、用得好。”

三、扎根一线：从实训课堂走出的“实战派”方案

项目的诞生，源于应急救援技术专业的日常实训。团队成员在山地搜救、消防救援实训与基层单位见习中，亲眼看到无人机在模拟搜救任务中频繁因电量不足被迫返航，遂结合《应急装备原理》《新能源技术》《应急现场处置》等课程知识立项攻关。需求调研、方案构思、硬件组装、原型测试、数据记录与计划书撰写全部由学生团队完成，指导教师分方向把关：应急场景由应急救援专业老师校验，硬件与算法由电子信息方向老师指导。

目前，团队已完成激光发射模块、接收腔体、双波段图像采集、超声波定位模块、主控板、闭式循环散热与温差发电模块的实物搭建，并完成实验室静态传能测试。刘旗介绍，现阶段原型测试距离集中在0.5—5米，定位精度±1厘米为静态桌面测试条件下实现；100米远距离传能、无人机空中动态充电、24小时连续可靠性测试以及贺兰山野外沙尘、高低温实测，均已列入下一阶段攻关清单。“动态飞行中的跟踪精度提升，是我们一代原型现存的短板。”他说。

场景落地方面，团队已与银川市消防救援支队、自治区公安厅警务保障部建立沟通，计划借助自治区应急演练开展技术展示与免费试点试用，优先打磨山地搜救与边境执法两大核心场景，跑通之后再向电力巡检等领域拓展。按照规划，二代原型定型后将逐步补齐激光安全、电磁兼容等第三方检测认证，同步推进专利与软件著作权布局。