智能应急救援装备研究现状与发展趋势

张兵强 乔安营 常彦凯

摘 要： 现如今，我国是社会经济迅猛发展的新时期，在地震、火灾等灾害现场，抢险救援任务的紧迫性突显了对智能化应急救援装备的迫切需求。智能应急救援装备的使用可极大地提高救援队伍的战斗力，快速、高效地处理各类灾害，特别是突如其来的严重灾难，大大减少救援人员的伤亡和国家的财产损失，具有重要的研究意义。

关键词： 救援装备;智能控制;自主决策;精准通信;人机友好

【中图分类号】X937     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.272

引言：智能应急救援装备是指将智能技术与传统装备相结合，具有智能化、数字化、精准化、专业化等特点的一类应急救援装备，其能够实现人-环境-任务的高效融合，并具有一定决策能力，从而适应未来“快速、精确、高效”的救援需求。

1 应急救援装备体系现状

在整个应急救援体系中，应急救援装备体系起到支撑和保障的作用。我国此前分灾种的灾害管理模式，造成了应急管理“各自为战”的现象，应急救援装备的分类同样如此，不同灾种的救援队伍各有不同的装备分类方式，如：消防部门将装备分为5大类，森林消防将装备分为10大类，地震部门将装备分为8类，安全生产部门将危险化学品救援装备分为12类。美国联邦应急管理署则制定授权装备目录（AEL）及标准化装备产品目录（SEL），从联邦层面对应急救援装备物资进行总体分类，这与我国较为混乱、不易管理的装备现状形成鲜明对比。但是，美国AEL所列举装备侧重于反恐，并不适用于我国国情。因此，我国应从宏观角度对应急救援装备进行科学分类，制定总的应急救援装备产品目录和对各类救援队伍装备配备的指导性意见。

2 智能应急救援装备共性技术

2.1 智能环境感知技术

智能救援装备在工作过程中主要通过传感器来获取环境信息并搜寻幸存人员。由于灾难现场一般具有复杂性和不确定性，室内结构化环境中传统的环境感知算法不能满足救援工作的需求，例如，传统的激光测距仪及声呐等仪器在充满烟雾和灰尘的环境中也很难以发挥作用。因此，传感检测识别技术和多传感信息融合技术需要被研究。例如，BAUM等[111]考虑到由于灾害现场浓烟、碎片和非结构化地形导致机器人很难在能见度很低的条件下工作的问题，开发了一种音频分类算法，用于识别与消防相关的声音，如遇险人员（婴儿哭声、尖叫声、咳嗽声）、结构故障（木材折断、玻璃破碎）、消防车和人群等。该方法从音频记录中提取出一系列特征，并通过前馈神经网络进行分类。该网络结构简单，可在有限的硬件上实现性能，分类结果总体精度达到85.7%。

2.2 优化装备的配备结构

（1）根据本地的建筑结构特点、道路交通状况进行配备。对于消防队伍来说，若辖区内存在大型建筑或高层建筑，则应考虑配备具有一定跨距的举高消防车;若辖区内化工企业较多，则应配备化学灾害事故特种车辆和个人防护装备，储存充足的泡沫灭火剂等;若辖区内道路较为狭窄，应配备机动灵活的车辆装备。（2）根据地理特点进行配备。对于西南地区，因山多路险，地震、地质灾害多发，应着重配备搜寻、破拆、救生等地震和地质灾害救援装备;对于东部石油化工工业发达省份，应着重配备大功率水罐泡沫车、具有一定跨距的举高喷射消防车、远程供水系统等先进装备;对于西北缺水地区，应配备大功率大容量水罐车，保证供水不间断。（3）应根据气候特点配备相应装备。对于东北高寒地区，应考虑配备防寒防冻装备，做到“三防一保”，即人要防寒、器材要防冻、车辆要防滑、水源要保暖。同时，对于国家级应急救援队伍，还应进行不同气候环境下的装备测试。如国家地震应急搜救中心在黑龙江省黑河市开展应急救援装备测试，检测机动液压泵的动力输出、重型剪扩钳的破拆效果、海事卫星电话的通信传输效果等，为装备在不同气候环境下的使用提供参考。

2.3 安全防护

操作过程中救援人员除了要做好常规的安全防护外，还特别要注意以下两点：（1）应在钢丝绳上覆盖一片轻柔物，防止钢丝绳突然断裂时巨大的回缩应力伤人;（2）发现载荷突然增加应立即查找原因，排除后再进行工作。

3 智能应急救援装备发展趋势

目前，国内外智能救援装备的研发仍处于第一阶级。我国在智能应急救援装备产业方面的研发具备一定的基础，基本掌握了智能救援装备的设计制造、控制系统软硬件、运动规划等相关技术，不少装备拥有自主知识产权。未来，我国智能应急救援装备的发展趋势如下：（1）装备结构向着面向通用/专用复杂需求的环境、结构、材料、驱动一体化设计方向发展;（2）装备性能向着高可靠性、低能耗以及较好的环境适应性的方向发展;（3）装备的智能化向着极端环境精准感知、多维信息自主决策、智能容错、多机动态协同的方向发展;（4）通信技术向着设备的极速组网、复杂空间环境多元信息远距离高穿透性精准通信的方向发展;（5）救援装备向着操作便捷、人机友好的方向发展。除上述发展趋势外，结合现有应急救援装备的性能特点，建立一套完整的性能评价体系也是应急救援装备领域的发展趋势之一。通过建立一系列标准体系，可以减小不必要的浪费，实现救援資源的快速整合。

结语：智能化是应急救援装备的发展趋势之一，是在重大自然灾害和人为事故救援中提高救援效率、保障救援人员和受困人员生命安全的重要途径。因此，大力发展智能应急救援装备，加强重大自然灾害的防治瓶颈技术的研发，全面提升我国应急救援装备技术水平，可以为应急抢险救灾提供更加有力的保障。智能救援装备种类繁多，根据救援环境和用途的不同，可分为空中救援装备、陆地救援装备、水下救援装备以及通用救援装备。在综述了智能应急救援装备及共性技术国内外发展现状的基础上，指出了我国智能应急救援装备的研发还存在缺乏面向通用/专用不同需求的结构设计方法、特殊灾害环境下的救援装备的性能不佳、智能化程度不高、通信基站技术不成熟、人机交互效果不佳等问题，这都使得智能救援装备尚未在大型救援现场得到广泛应用。指出智能应急救援装备将通过多学科融合，在结构设计、环境感知、自主决策与运动控制、高效通信及人机交互等方面实现智能化，最大限度地代替救援人员完成救援任务。

参考文献

[1] 浙江省化学品安全协会.2018年生产安全事故死亡3.46万人，煤矿死亡333人[EB/OL].[2019-09-14].

[2] 应急管理部.应急管理部、国家减灾委办公室发布2018年全国自然灾害基本情况[EB/OL].