2019年08月06日 | 用于地铁站消毒的UVC-LED无人机，是否切实可行？

飞来飞去的无人机一直是近几年的热点，从最开始的航拍，到无人机照明，无人机测距，无人机拜年，各种花里胡哨。

最近，韩国的设计师又带来了一个新概念，用于地铁站消毒的UVC-LED无人机。

消息一出，业内的小伙伴纷纷议论：“我们的UVCLED应用还在各种盒子、饮水机里折腾的时候，别人居然已经玩上天了。”这个新的应用场景究竟是异想天开还是切实可行？

其实，这样看似噱头的产品亮相在行业中不是第一次。

2017年，当NIKKISO公布120LPM流量的UVC-LED水杀菌模组的时候，很多人都觉得只这是个展示研发实力的花瓶，高昂的价格可以劝退世人。然而最新的信息表明这款产品经过不断的优化和一年的实地实验后，已从水产养殖水杀菌打开突破口，并且正往工厂、泳池用水杀菌领域迈进。

原因很简单：这款产品抓住了大和民族热爱水产品生食，水产养殖过程中必须杀菌这个刚需市场，解决了传统汞灯水杀菌产品的痛点：水温升高影响水的PH值从而影响水产口感、与海水矿物质发生反应在玻璃表面结垢影响使用。

与汞灯同等的性能和生命周期成本，更好的水产销量与更低的维护成本，是其经济效益的直观体现。

对于眼前这个无人机，本人也将从解决痛点，技术可行性，经济效益这三方面做一个简单的分析。望能抛砖引玉，与大家共同思考。

01、一个产品解决三个痛点

目前地铁车站的消毒方式是这样的：

❶ 对于室内空气，主要是采取通风和过滤来改善空气质量。部分站厅空调系统采用了以高压静电为主的中效过滤设备，需要定期对空调系统进行清洗和拆洗消毒。

❷对于人体经常接触的扶手、座椅、售票机、自动扶梯等重点位置，需要人工喷洒或擦拭消毒液。消毒液对各种致病菌具有快速、长时间的杀灭作用，并且对车厢内设施没有腐蚀性。

目前地铁车站的消毒方式

以上的消毒方式存在如下痛点：

❶ 过分依赖机械通风。风循环杀菌基于稀释原理，加上有通风不良的死角存在，有害微生物很难在短时间内被彻底清除。

❷ 微生物繁殖的速度往往大于灭杀速度。病毒、细菌传播繁殖与温湿度密切相关，车站内环境适宜多数病原体生长，空调系统风管成为微生物繁殖的温床。原本用于杀菌的通风系统，反而成为了传播病菌的工具。

❸ 缺乏快速、安全应对恶性传染病爆发等突发事件的能力。

地铁站厅需要引入一种或多种消毒方式去应对上述的风险。而UVC-LED消毒无人机是一个很好的选择：

❶ 引入这种更具针对性的消毒方式，在通风不畅或存在死角时也能保证消毒效果。杀菌率的提升对迅速繁殖的有害微生物可以有效抑制。

❷ 适合于对重点位置进行表面消毒，无毒副和气味残留，无需人工参与，可在地铁停运期间实现大量重复性劳动。通过路径规划可以实现多台无人机的协同操作对整个空间进行无死角的消毒

❸ 一个安全的突发事件应对手段。UVC-LED对SARS、MERS、流感等高危传染性的病毒具有高效的灭杀作用，紧急情况下无人机可以在任意时间首当其冲进入可能存在高危病毒的空间进行观察与消毒。为了防止病毒扩散无人机在任务完成后可以集中到指定地点等待销毁。

韩国地铁覆盖率高，地铁站密度大。之前爆发的MERS更是搞得全城消毒，风声鹤唳。相信在寻求新型的公共场所杀菌方法上，他们比国人思考的更多，也更加的紧迫。UVC-LED消毒无人机一个产品同时解决三个痛点，这是其他的消毒方式无法做到的。从这点来说，这款概念的出现并非空穴来风。

02、光源效率与续航能力成为瓶颈

作为杀菌模块的搭载平台，无人机的性能与杀菌效果息息相关。UVC-LED光源模组需要搭配相应的散热和供电模块，对无人机的载重和供电能力有一定的要求。本人以一款国内知名品牌的，起飞重量1400g的四旋翼航拍无人机作为改造对象，评估杀菌能力。

假设使用UVC-LED杀菌模块替代原有的拍摄和图传模块后，整机重量保持不变。但由于功耗增加，续航时间需要重新评估。该款无人机的电池容量为90Wh，续航时间为30min。也就是整机功耗约180W，除去拍摄和传图模块后，无人机旋翼电机和飞控系统的功耗约140W。新增的UVC-LED杀菌模块功耗按照100W计算，改造后的无人机总功耗为240W，在电池不变起飞重量不变的情况下，续航时间缩短为20分钟。改造前后的对比如下表：

无人机改造前后参数对比

关于UVC-LED光源模组的安放位置，由于无人机中心是电池、飞控设备和各类传感器的聚集地，显然不适合安放光源模组。概念图中光源模组分散安装在四个旋翼附近是比较好的方式，在分散热源的同时，旋翼的风流也可帮助散热。另外这样的设计还有利于增加光照范围和光均匀性。

该款无人机轴距为350mm，4个UVC-LED光源模组的尺寸及安装位置如下图黄色位置。按照4%的光电转化效率计算，每个光源模组光功率为1000mw，出光角30度，空气的透光率按照80%/m计算。光学模拟显示在1米的距离处（最下方接收面）的光照面积为0.65平米，平均光强为0.5mw/cm2。

UVC-LED光源位置及光照模拟效果

同行的研究表明，同为99.99%灭杀率情况下，普通流感病毒和MRSA病毒需要的UV剂量分别为7mJ/cm2与18mJ/cm2。若以流感病毒作为消毒标准，一台无人机15秒可以实现约1立方米空间的消毒，一台无人机续航时间内可以实现80立方米空间的消毒。一个普通地铁站厅按照面积10000平米、均高5米计算，需要出动600架次无人机才可以实现整个地铁站的全面消毒。

假设UVC-LED光源的WPE提升一倍，无人机续航时间增加一倍、同时适当降低杀菌效果，一个地铁站厅杀菌的无人机出动次数有望降到100架次以内。

综上，UVC-LED消毒无人机具备技术可行性，但是目前一个车站的杀菌空间对它来说压力山大，或许一个病房更适合它。

03、省电不省钱的空间杀菌方式

为了保证室内空气质量，地铁站通风设备是长年运行的。参照下表的通风模式，地铁车站在停运时段，通风设备功耗也有6.6kW，而且随着运行时间的增加，功耗会逐年上升。

地铁空调通风设备能耗

以现有的技术能力，用UVC-LED无人机实现一个地铁站厅的杀菌共需要600架次，合计耗电5.4kWh。随着光源效率的提升，这一数值会持续下降。

不难发现，UVC-LED无人机是一种更高效节能的地铁空间杀菌方式，然而现阶段这种省电的方式并不省钱。

随着未来UVC-LED效率提升，电池材料的进步，甚至再结合无线充电技术，可以大幅缩减空间消毒所需的无人机数量。另外无人机在杀菌的同时还可以兼职安防监控、辅助人工进行车厢及铁路设施隐患排查等功能。那时这个概念才能产生真正的经济效益。

韩国注重公共场所的UVC-LED应用，之前就有电梯扶手的杀菌产品，现在又有了新型消毒光源和无人机的跨界融合。无论这些概念最终能否实现，这种思考的方式都值得我们借鉴。

UVC-LED应用已经超出了LED行业，我们应该走出原有的圈子，多和其他行业的朋友们喝喝茶。谁知道下次UVC-LED会不会集成到网吧电脑的机箱中，亦或是外卖送餐机器人的口袋里？

不怕做不到就怕想不到，希望大家都能挖掘出有潜力的产品。