基于无人机的特种设备事故应急处置方法研究

郑 炯杨景标郭 晋罗伟坚

(1.广东省特种设备检测研究院 广州 510655)

(2.广东省质量技术监督局 广州 510655)

基于无人机的特种设备事故应急处置方法研究

郑 炯1,2杨景标1郭 晋1,2罗伟坚1

(1.广东省特种设备检测研究院 广州 510655)

(2.广东省质量技术监督局 广州 510655)

为克服特种设备事故现场存在的各种危险和未知因素，提出了一种基于无人机技术的特种设备事故应急处置方法。通过搭建无人机现场勘查系统，操控无人机对事故危险区域或人工难以到达的区域进行勘查；事故应急处置人员根据无人机反馈的信息对事故现场安全状况进行研判并实施应急救援和处置。应用结果表明，本方法可对特种设备事故进行快速响应并实施应急处置，避免不必要的人员伤亡，同时可及时发现事故应急预案的不适应内容。

无人机 特种设备 事故 应急处置

特种设备广泛应用于我国重要的国民经济支柱领域,特种设备数量逐年在增长,对人身和财产安全有较大潜在危险性。近年来,我国石化企业发生的承压类特种设备泄漏、爆炸、火灾事故数量有增长的势头。事故若发生在装置林立、错综复杂的过程装置厂区和一些大型危化品存储设施中,如大型原油储罐、大型乙烯球罐、天然气球罐、液化气球罐、有毒介质储罐等,可能会发生非常严重的泄漏、火灾甚至爆炸事故,造成大量的人员伤亡、重大的经济损失或严重的环境污染,其后果将严重影响社会安定。

特种设备事故发生后,首要工作就是对事故进行科学应急响应和救援处置,使人员伤亡和财产损失减少到最低。其次是找出事故的原因,提出有效的事故预防措施和整改建议。这对于减少企业财产损失、及时恢复生产、避免同类型事故再次发生,具有重大的现实意义和社会意义。

特种设备事故发生后,事故现场安全状况一般比较严峻复杂。由于现场信息不清楚并具有高度危险性,对事故现场人员的生命安全出现极大挑战。为了及时响应并实施科学应急处置,亟须迅速了解掌握事故现场的安全状况,这就要求研发一种既安全、又能快速掌握事故现场信息的事故应急处置方法。

事故应急预案是各级人民政府及其部门、基层组织、企事业单位、社会团体等为依法、迅速、科学、有序应对突发事件,最大程度减少突发事件及其造成的损害预先制定的工作方案。目前,事故应急预案一般以静态的文件形式存在,缺乏动态的管理和更新。应急预案本身可能存在不适用于具体的事故应急处置环节的情况。此外,事故应急预案的响应能力、可操作性需要通过实际事故应急处置效果来验证,同时也需要对事故应急预案的不适用部分进行及时完善。

对于特种设备事故,如通过无人机第一时间飞临事故现场进行勘查,摸清事故现场安全状况和发展态势,掌握事故实际现场的真实准确信息,从而为事故应急处置人员实施应急救援提供科学有效的指导[1-3]。如何研发出一种基于无人机的特种设备事故应急处置方法,是国内外近年来所亟须解决的热点问题[4,5]。

1 研究内容

本研究的目的在于克服现有特种设备事故应急预案的不足,搭建无人机现场勘查系统,建立一种基于无人机的特种设备事故应急处置方法,实现对事故现场安全状况做出快速响应和信息反馈,同时对所建立的方法进行实例验证。

本方法的核心技术之一是搭建无人机现场勘查系统,主要包括无人机、飞控系统、检测系统和数据无线传输系统等四个部分[6-9]。本文所采用的无人机现场勘查系统的工作原理如下图1所示。

无人机现场勘查系统四个部分的主要工作内容为:

1)无人机,主要实现现场飞行工作。根据特种设备事故特性确定检测系统的功能和重量,然后选择合适的无人飞行器。

2)飞控系统,利用移动设备实现无线操控,主要是对无人飞行器的飞行模式、飞行路线、巡航、自动返航等功能的实现进行控制。

3)检测系统,主要是对特种设备进行检验检测和现场进行勘查的装载设备,一般包括望远镜、摄像机、红外热成像仪等。

4)数据无线传输系统,主要是实现图像、视频、红外检测等勘查数据的实时无线传输功能。

图1 无人机现场勘查系统工作原理示意图

图2 基于无人机的特种设备事故应急处置流程

在搭建好无人机现场勘查系统的基础上,建立基于无人机的特种设备事故应急处置方法,其操作过程如图2所示,主要步骤及其说明如下:

1)事故发生后,启动事故应急预案;根据事故发生的对象,确定是否特种设备事故;同时,根据事故后果所确定的应急响应级别,启动相关应急成员单位。

2)对事故现场安全状况进行是否容易造成人员伤亡的判断,满足则进入下一步骤3),不满足则进入步骤4);对于事故是否容易造成人员伤亡,主要根据事故是否会接着发生爆炸、是否容易引发易燃易爆物质和有毒物质的泄漏扩散等次生、衍生事故来判断。

3)调用无人机现场勘查系统;所调用的无人机现场勘查系统,采用具有悬停功能的多旋翼无人机,至少可以实现航拍、悬停拍摄、红外热成像、夜间拍摄等功能。

4)进入常规事故处置;常规事故处置是指无须调用无人机现场勘查系统所进行的事故应急处置过程。

5)在事故现场可控范围内,操控无人机对事故现场进行勘查;无人机现场勘查系统具有无线操控和数据无线传输功能;通过航拍视频图像、数据回传、图像对比分析等功能,快速获得事故现场第一手安全状况信息,为应急指挥部现场科学决策、有效处置事故提供参考依据。数据回传采取无线传输的方式,所采取的数据回传方式可以保证高清图像的传输和观看;图像对比分析主要实现两个功能,第一个功能是当发现无色无味危险化学品泄漏时,通过红外拍摄图像,可以判断出危险化学品泄漏的部位,第二个功能是当承压类特种设备或存储危险化学品的容器出现保温层破损或外表面有温度变化时,红外拍摄图像可以辨别出外表面有温度梯度异常的部位,从而判断事故隐患部位[10-11]。

6)获得事故现场第一手信息并对事故安全状况进行研判;获得的第一手信息包括事故的准确地点、事故现场状况、事故周边自然环境、是否容易引发次生事故、是否容易造成环境污染和破坏等,从而指导应急救援人员选择科学有效的处置方案及方法。

7)事故应急处置人员根据无人机反馈的信息实施应急救援和处置;特种设备事故应急处置主要包括综合协调工作、安全保卫工作、专业处置工作、后勤保障工作、医疗救护工作等。特种设备事故应急处置主要工作内容如图3所示。

图3 特种设备事故应急处置工作内容

8)事故应急结束;当事故现场主要具备下列条件: (1)死亡和失踪人员已经查清;(2)事故危害基本得到控制;(3)次生事故因素基本消除;(4)受伤人员基本得到救治;(5)紧急疏散人员基本恢复正常生活秩序时,表明事故应急处置工作可以结束。

9)事故应急救援处置结束后,对事故应急处置结果进行评估总结。

10)根据评估结果完善事故应急预案;主要是针对原有预案在事故应急处置时的不适应内容,优化事故应急预案,维持事故应急预案的及时更新。

2 研究结果应用

某一企业建有多台规格相同(直径为3400mm,高5000mm)的用于存储汽油的压力容器,压力容器之间的距离仅有5m,其中1台压力容器发生爆炸,事故发生时造成2人受伤,现需对该事故进行应急处置。

所搭建的无人机现场勘查系统实物如图4所示。此时根据图2所示的流程图,首先对事故对象和应急响应级别进行判断,启动事故应急预案;对事故现场安全状态进行研判,调用无人机勘查系统,得到事故现场第一手信息,为事故应急处置提供参考。其具体处置步骤如下:

图4 无人机现场勘查系统

1)根据《特种设备事故报告和调查处理规定》和《特种设备事故报告和调查处理导则》,压力容器发生爆炸事故属于特种设备事故。由于压力容器发生爆炸并造成2人受伤,属于较大特种设备事故。根据事发地方政府和该压力容器使用单位制定的特种设备事故应急预案,本事故响应等级为III级,由地级以上市质监部门组织实施III级应急响应行动,启动相关应急成员单位。

2)对事故是否会接着发生爆炸、是否容易引发易燃易爆和有毒物质的泄漏扩散,是否容易导致人员伤亡进行判断。在本事故案例中,由于有多台存储汽油的压力容器,且相互距离很近,容易发生二次爆炸事故,现场危险级别很高,需要调用无人机现场勘查系统,此时根据图2的操作流程图,进入调用无人机现场勘查系统步骤。

3)操控无人机勘查系统飞临事故现场,通过航拍和悬停拍摄等操作进行事故现场勘查。同时通过红外热成像仪对爆炸点、泄漏点和火场范围进行勘查判断。

4)通过航拍图像、红外图像、数据回传、影像对比分析等应用,获得事故现场第一手安全状况信息。主要包括爆炸范围、泄漏部位、火场扩散方向和范围、火场周边的环境等。

5)事故应急处置人员根据无人机现场勘查系统反馈的第一手信息,选择科学有效的方法进行救援和处置。本事故案例中,将第一手信息反馈给相关部门特别是公安消防部门,开展专业的消防和救援工作。

6)根据图3,对事故开展主要包括综合协调工作、安全保卫工作、抢险救助工作、后勤保障工作、医疗救护工作、善后工作等特种设备事故应急救援处置。

7)通过一段时间的事故救援和处置,该特种设备事故已具备:(1)事故危害基本得到控制;(2)次生事故因素基本消除;(3)受伤人员基本得到救治;(4)紧急疏散人员基本恢复正常生活秩序等条件,表明该特种设备事故应急结束。

8)通过对事故应急处置结果进行评估,事故应急救援过程暴露出当地有关部门特种设备事故应对意识不强,应急响应机制不够完善,及时处置应对能力不足。

9)根据事故应急处置的评估结果,针对原有特种设备事故应急预案在事故应急处置时的不适应内容,从特种设备事故应急响应机制、事故应急处置能力建设等方面优化完善特种设备事故应急预案。

3 结果验证

应用案例结果表明,本方法通过操控无人机现场勘查系统,可快速飞临事故现场进行勘查,及时获得事故现场第一手安全状况信息,为应急指挥部快速科学决策提供参考依据。本方法的应用结果体现了以下优点:

1)响应迅速,可以及时到达事故现场,提高事故应急处置效率[12-14]。与此同时,无人机可以360’全方位进行现场勘查,做到不留死角[15]。

2)可以实现夜间勘查和红外热成像功能。通过装载红外热成像设备,可以实现夜间发生事故的现场勘查和温度异常检查,突破人工难以夜间勘查和勘查困难的局限。

3)发现应急预案的不适应内容,为应急预案的补充完善提供指导,从而提高事故应急预案的质量和可操作性。

4 结论

基于无人机的特种设备事故应急处置方法可通过操控无人机快速飞临特种设备事故现场进行勘查,及时获得事故现场第一手安全状况信息,可以实现特种设备事故应急处置的快速响应,提高事故应急处置效率,为应急指挥部门快速科学决策提供参考依据。

搭建了一套无人机现场勘查系统,通过实际案例实施,实现了无人机技术在特种设备事故应急处置中的应用,结果验证了无人机现场勘查系统的基本功能及其优点。

本方法的实施应用可以发现既有事故应急预案的不适应内容,进而指导应急预案的完善更新,使事故应急预案更具科学性和可操作性。

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Research on the Emergency Treatment of Special Equipment Accident Based on Unmanned Aerial Vehicle

Zheng Jiong1,2Yang Jingbiao1Guo Jin1,2Luo Weijian1
(1. Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Guangzhou 510655)
(2. Administration of Quality and Technology Supervision of Guangdong Province Guangzhou 510655)

An emergency treatment method of special equipment accident based on UAV technology was proposed in order to overcome the danger and unknown factors in the accident scene. The UAV feld investigation system was built and the first-hand information was obtained from the investigation of the accident scene of the dangerous or inaccessible areas within the control range. Implement rescue and disposal was carried out by the emergency treatment personnel according to the accident security situation which was analyzed from the feedback information. This method has characteristics of quick operation and fast response speed for rapid response and implementation of emergency treatment in case of a special equipment accident. Unnecessary emergency casualties can be avoided and the inappropriate content of the emergency plans can be found timely by this method.

Unmanned aerial vehicle Special equipment Accident Emergency treatment

X924

B

1673-257X(2017)08-0009-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.08.003

郑炯（1965～)，男，本科，院长，高级工程师，从事特种设备检验及管理工作。

杨景标，E-mail： yjb618@163．com。

广东省质量技术监督局科技项目（编号：2016CT17)

2017-03-08）