论文技巧大全-可视化指挥在火场人员搜救中的应用-CNKI知网查重网站

论文技巧大全-可视化指挥在火场人员搜救中的应用

2021-06-10 10:33:06
作者:杭州千明

  我国在城市应急救援指挥和管理体系仍然处于相当薄弱的状况。习近平总书记曾在中央政治局第十九次会议上指出,要强化装备技术对于消防救援的支撑,优化整合社会各类资源,推进应急救援领域的科技自主创新,依靠科技力量提高应急管理工作的智能化、科学化、专业化、精细化水平。要适应科技信息化发展大势,提高应急救援队伍辅助决策能力、实战救援能力和社会联动能力。这也意味着可视化、信息化、智能化的应急救援指挥系统的发展具有坚实的政治基础。

  近年来,执行人员搜救任过程中发生的安全事故不断增多。根据统计自2018年12月起,消防员牺牲中在执行人员搜救任务时牺牲率高达35.7%。复杂环境下的搜救任务对消防指挥和人员搜救提出了新的要求。可视化指挥是一种新型指挥模式,随着可视化应用技术的不断拓展完善,在社会各行各业中迅速发展。国内外这种技术的利用先由计算机领域向军事领域扩展。随着技术的成熟,民用各领域也在不断开发使用。其中消防领域应用比较少,主要集中在消防工程建设和消防装备及模拟建筑火灾模型上,虽然也提出了建设可视化指挥调度平台,但却局限于跨区域、跨部门力量调动及协同处置灾害。没有正在应用在灭火救援初级指挥上,而且在执行灭火救援任务时,救援装备功能分散无法整合形成真正的战斗力和已有的先进设备成为摆设是非常突出的问题,此时基于通信保障下的可视化指挥系统可以整合现有资源对执行任务的内攻搜救组员起到精准指挥、快速指导的作用。

  1.2研究现状

  国内对于可视化技术在消防领域的研究主要集中于从消防工程、预案编制、火灾模拟模型、可视化指挥调度等角度切入,考察可视化技术的应用。彭发喜先生提出了把电信系统建设应用于石油化工领域并加以实践,通过多媒体融合技术从而应用到企业通信系统中,通过系统集成将分离的电信子系统通过软件技术整合在到企业统一的可视化指挥调度平台上,通过系统互联互通、高度集成从而达到提高企业在指挥调度管理工作的效率。2011年,万达也把应急指挥系统的结构化和可视化预案研究成果应用到企业管理工作的实践中。李晨等研究的以4G LTE专网为通信支撑的应急救援系统,在“平安太原”2017辐射事故应急演习被应用于演习指挥部,实现了救援现场监测实时会商、数据分析、指令上传下达等,充分整合了救援现场已有资源。

  国外方面,美国在1979年时,就成立了相关的组织联邦应急管理署(FEMA)。特别“9.11”恐怖事件发生后,国土安全部又发行了两大系统“国家突发事件管理系统(NIMS)”和“国家应急预案(NRP)”。为预防突发事故德国也早已经建成Information System,即“危机预防信息系统”。

  1.3研究目的和意义

  本课题在研究人员搜救难点的基础上,以人员搜救的难点为导向,通过系统集成开发,充分整合有效资源,利用各种渠道了解事故现场的准确信息;保证与现场搜救人员实施有效地沟通和通讯指挥,指导搜救人员在保证安全的前提下迅速完成任务。

  解决火场人员搜救的难点,建立火场可视化指挥,指导搜救组成员在安全可靠的前提下快而准地完成任务。其通过可视化人员搜救装备快速确定搜救组员在火灾现场的具体位置,保障搜救组员进出火灾事故现场的安全。保证指挥员能够直观地看到灾害事故现场的图像,保证与搜救组成员的进行有效地语音通讯,利用视频传输灾害事故现场搜救组员作业全部过程。以可视化方式和手段实现指挥决策过程中的快而准的要求。随着消防救援领域的可视化应用技术不断发展成熟,以往的传统指挥手段无法科学严谨地指导复杂火灾情况下的人员搜救指挥任务现实情况。而可视化指挥以火场人员搜救的难点为导向,通过系统集成开发,充分整合有效资源,高效利用各种渠道了解事故现场的相关信息;确保与火场搜救组成员实施有效地沟通和通讯指挥,在人员搜救中运用可视化技术,指挥员可以通过视频图像传输掌握事故现场作业人员的实时情况,迅速划定事故现场被困人员的具体区域,确保搜救组员进出救援现场的安全,直观搜救行动的全过程,从而实施快速决策和即时指挥。该指挥系统以“信息共享、安全搜救、科学决策、可视化指挥”为总体目标,通过搜救组员佩戴的可视化单兵人员搜救装备,利用双光成像技术回传搜救现场情形,指挥员可以利用可视化指挥系统的指挥终端接收火场搜救前线回传的视频图像,随时随地掌握搜救现场和搜救组员作业的最新动态,以第三人称的视角对搜救现场进行评估,同时可以结合火灾事故现场的建筑平面图和功能分区、外部观察情况等信息进行综合分析。利用可视化指挥装备的双光成像技术等进行字幕投屏、语音播报进行实时规划搜救过程中的线路、调整救援作战方案,指挥搜救组员正确避过盲区危险,进出火灾现场开展搜救行动。当现场情况复杂,凭借指挥员的经验水平无法正确判断时,可以利用预案管理系统,提取队站在“六熟悉”等活动收集的关于该现场的预案资料,同时可向专家在线建言献策平台发布现场情况,及时进行线上会商和紧急方案的讨论或向上级指挥员移交指挥权,指挥员通过整合各项回复或传达接收的指令,达到对救援现场的快速反应和指挥决策。从而避免作出错误和盲目的指挥决策。发挥可视化指挥系统在火场人员搜救和战时指挥中的作用。如广西玉林民房火灾扑救过程出现的安全事故为例。探讨其在人员搜救过程导致搜救组员牺牲问题,对此利用层次分析法构建可视化指挥在火场人员搜救指挥效能评估体系对搜救现场搜救组成员伤亡情况进行分析,对于本课题的研究具有十分重要的意义。

  2火场人员搜救的相关情况

  2.1火场人员搜救的重点部位

  火场搜救的重点部位是火场被困人员在遇险自救时通过自我判断而选择的避身场所,其本身存在很大的主观性和非科学性,虽然近年来基层消防队伍的消防宣传工作虽稳步开展,但因受多种因素的影响,人们在消防意识建设上依然存在不足,暴露出了一些问题。即人们的消防意识虽有所提高,但整体水平仍非常低。总结历年火灾事故中火场人员搜救的经验,具有行动障碍的老人和智力不成熟的儿童、夜间熟睡中的人员、被火灾切断逃生路线的人员。火灾发生时他们通常不会停留在原本的位置。群众在火灾发生时的紧急避身场所主要在床铺下面、卫生间内、衣厨内、阳台上、窗户下、桌椅下、厨房里、门后等。人们经常会在火灾发生后都会在本能地驱使下选择逃生,在一般情况下,被困人员可能会在通往安全出口的通道、走廊和门窗附近,或者在他们所认知的“避难区域”,例如卫生间、衣柜、床下、家具后面、楼梯下、地下室内、阁楼中、壁柜下等。建筑火灾中因为建筑结构特征、内部功能分区等因素导致人员被困位置相对复杂。发生火灾时被困人员在极度恐慌的情况下选择四处逃生躲避,导致被困位置相当复杂,极易造成重大人员伤亡,给火场人员搜救工作会带来极大困难。所以在搜救组员在入室进行人员搜救时,搜寻被困人员应该集中在这些部位。同时入室搜救也需要搜救组员对于建筑的结构及布局、功能分区有一定的了解,否则搜救工作的繁琐量及难度、危险程度将进一步增加。对此在人员搜救行动中必须要做到以下几个方面:

  (1)火情侦察。火情侦察可以通过询问现场知情人、组织人员进行外部观察和内部侦察获取。

  (2)获取建筑平面图。指挥通过获取的建筑平面图可以正确为搜救人员指明进去火场的途径,减少工作量,增加救援成功几率。

  (3)开展模拟训练。在黑暗环境下训练搜救消防队员寻找门窗及屋内摆放物品的人员藏身,不断积累经验,细化救援动作为实战化夯实基础。

  (4)使用热成像仪。加强对基层队站指战员在热成像仪的使用方面培训,熟悉热成像仪能在全黑条件下观察;能适应全天候条件下工作;有较好的穿透烟、雾和识别伪装的能力;能探测出目标物体的热痕轮廓。使消防队员能够在大范围内进行被困人员搜救和灭火活动。

  2.2火场人员搜救方法和标示

  人员搜救方法及标示是为确保搜救高效彻底,使消防员能够在火场环境中辨别方向、避免重复搜索和防止漏搜而采用的方法。

  各地区基层消防队站搜使用的搜救方法可能存在不尽相同的地方,但是一般都会遵循一些通用的程序。特殊的搜救方法包括导向绳搜救法、大范围搜救法及使用热成像仪搜救法。

  在进行初次搜救和再次搜救所采用的搜救方法都有系统的模式,一般采用同向搜救法。在着火层进行搜救时,要尽可能采用从靠近着火点的部位开始由内向外搜索的方法。当火情突然转变时,搜救人员要沿着铺设地水带线路和荧光导向绳撤离或者采取紧急避险。

  对沿走廊延展的房间一般使用定向搜索的方法。在搜救过程中,通常三人为一组,指挥员站在门外,内攻搜救组成员通过绳索连接,通过低姿进入房间内进行搜索。这是为了更好地保证救援人员的安全及观察室内情况。作业完成后要对已经搜救区域进行标记,常用的标记号有用荧光笔在墙上画圆圈或再在里面加一个对勾号,也有使用标记牌进行悬挂。

  (1)定向搜救法

  定向搜救法是团队协作的一种高效方法。一般操作流程:搜救组组长站在门、窗边上或水带旁,搜救组其他人员通过绳索连接分散在房间进行搜救。组员之间分工协作,并保持联系及时向组长汇报情况。

  (2)大范围搜救法

  大范围搜救法一般用于大跨度、大纵深、大面积充满浓烟的火场复杂区域。搜救过程中需要一条50米长绳及3个或以上搜救小组。搜救绳一端固定在搜救区域外的入口处,同时将一只强光照明灯置于绳索首端固定区,用于突发危险时人员紧急撤离的指引。作业区域外用标示牌注明搜救的单位及人员数量。火场安全员要时刻保持和搜救组的联络,重点关注空气呼吸器的使用情况及其火场建筑的承重构件及搜救组进入火场的时间。遇到突发情况及时向指挥员汇报,当情况危急可发布紧急撤离信号。

  (3)热成像仪搜救法

  搜救组一般设有组长及安全观察员,搜救组长一般手持搜救绳前端。组长和安全观察员由队站经验充足的消防指战员担任。搜救过程中,安全观察员使用强光电筒或者热成像仪器为搜救队员把控方向和经济示警,搜救组员一只手缠绕搜救绳、另一只手持破拆工具进入火场进行搜索。所有组员都必须保持和搜救绳形成稳定连接。在作业过程中遇到突发情况可以利用绳索的受力状况向组长及组员示警。

  2.3火场人员搜救的难点及成因

  2.3.1火场搜救的难点

  火场是复杂环境的总和,充满不可抗性和未知性因素,指战员随时可能面对各种突发状况。火场人员搜救是火灾扑救过程中的一个重要环节。如何在复杂环境中安全地将被困人员救出、最大限度的减少人员伤亡是火场人员搜救的难点。通过综合分析将影响火场人员搜救的难点的因素归纳为以下几点:

  (1)火场燃烧状态。火灾的发展阶段一般分为初期、全面发展、稳定燃烧、熄灭阶段。在不同的时期,火场的燃烧状态表现不一样,其中存在的危险也各不相同。火场中常见的火灾现象可归纳为爆燃、轰燃、回燃、滚燃。其中导致消防员伤亡率最高的火场现象为轰燃和回燃。轰燃标志着火灾进入全面发展阶段,它表现为火焰的热量辐射,使屋内所有物体的表面温度快速达到燃点。其中主要影响火场是否会发生轰燃的因素包括房间的体积、可燃物的量、可燃气体的含量、房间的散热性能。轰燃的警示标志包括高温和黑烟。高温可以通过人体感知或者测温仪及热成像仪来获取。黑烟则是包含大量的火场物体因热解而未完全燃烧的燃料。这就需要我们在侦察过程中敏锐的观察力和可燃气体检测仪来获知。同时也可以通过在入室救援前利用掩护人员的水枪对火场内部射流来达到冷却烟气的效果。而且适当的通风或排烟也能使过热的空气和可燃气体通过冷热对流和热传导来溢出和释放。回燃通常发生在火场开始发生燃烧的过程或火场燃烧结束后室内的高温环境中。因为火场积聚了大量的热解烟气。当封闭的火场获得相应的流动空气,室内的可燃气体达到可燃温度而出现的一种烟气爆炸现象。回燃过程中所产生的爆炸力是由火场过热的可燃气体量和进入的氧气量决定的。回燃发生前通常会有浓烟或者烟雾中伴有噼里啪啦的声音、烟雾被倒吸回火场内部。这个时候需要设立的安全员及时发现危险并及时示警。同时进入火场内部人员对于门窗的把控也是非常重要的,因为我们通常认为门窗是很好的进攻通道,但同时也应该知晓开放的门窗会使封闭的火场获得大量的流动空气。这对于火场内攻的人员是非常危险的。

  (2)被困人员的位置。火场不同被困人员的位置是不确定的,这是由火场的建筑结构、储存的物质量、火势大小、人员的心理素质决定的。建筑结构的复杂程度及内部构造对于被困人员的影响是不同的,尤其是火势的大小对人员造成的恐慌,会导致人员在火场自我救生中产生重大的影响。室内的物品摆放位置和储量也对于人员的移动速度和判别能力造成较大影响。心理素质较好的人员会根据日常消防宣传中去开阔的阳台或打开窗户进行求救,同时会利用棉被等浸水进行自我防护,在这种情况下内攻搜救人员能够做到准确定位,节省救援时间,争取最大救生几率。而盲目逃生的人员会增加救援的工作量及其危险。对此我们应当第一时间获取火场的建筑平面图、接警过程中详细询问火场内部结构摆设、到场后根据火场火势大小来确定是否第一时间进行火势控制。同时日常的宣传要做到深入小区和群众的工作单位加强联动教育及培训。

  (3)建筑物倒塌的危险。火场的建筑结构可以分为木结构、砖混结构、钢结构、钢筋混凝土结构。不同的建筑构件均具有自身的燃烧性能和耐火极限。其中所存在的危险程度也是不一样。不同的建筑结构火灾荷载能力不同。火灾条件下建筑物倒塌是因为建筑材料和构件的燃烧和破坏,此时建筑结构的稳定程度也受到影响。直到建筑的承重墙和承重构件发生破坏导致建筑结构发生局部或者整体的倒塌。火场建筑物倒塌的常见因素包括以下几个方面:一是钢筋混凝土结构受到高温烘烤导致混凝土层爆裂、钢筋裸露,从而降低建筑物结构的承载能力。二是砖石结构受热烘烤易发生变形开裂,使内部的结构分散而失去承重能力。三是钢结构受热烘烤出现塑性变形,钢结构建筑在受热或火烘烤下15-20分钟左右,构件会发生形体变化,随着局部结构的破坏,导致整体失去稳定性。四是木结构建筑受热,当温度达到一定程度会导致表面碳化燃烧削弱木结构建筑荷载的断面。五是火场内部受到爆炸的冲击和震动。六是灭火射水在高温的砖石、混凝土、钢结构、钢筋混凝土结构表面。由于热胀冷缩或受热不均造成结构表面因收缩开裂致使表皮脱落。破坏建筑结构的保护层而导致建筑结构的耐火极限下降。对此搜救队员在进入火场时要做到观察建筑承重构件的破坏情况及其建筑内部有无易燃易爆物品,要坚决执行不盲目射水、不见明火不射水。同时要发挥安全员的作用,及时发现情况及时预警及时报告。

  (4)烟雾的危险性。烟雾是火场最危险的因素之一,它会对人员的感官及其知觉造成严重干扰,特别是会对人员的生命安全造成致命的危害。火场烟雾的危害主要包括视觉上的减光性、心理上的威慑性、呼吸系统的毒害性、烟雾的物理高温。视觉上的减光性主要表现为火场的能见度降低会导致人员在搜救过程中行动缓慢,心理上的威慑性会导致人员恐慌面对未知的前方会出现行动受限、退缩不前。间接影响呼吸用具的使用时限性。呼吸系统的毒害性主要由烟雾的构成来体现的。其中氧气含量的高低会影响被困人员是否因缺氧而死亡。有毒有害气体会导致机体组织受损直接死亡,例如一氧化碳是唯一被证实火灾中导致人员大量死亡的气体。烟雾中的可燃气体含量也是导致发生烟气爆炸、爆燃、爆轰等现象的一个重要因素,它会给人员搜救的过程添加更多未知的风险。面对这种情况搜救队员要在合理的基础上对烟气进行相应的冷却和稀释,同时也要采用正确的搜索方式进行搜救和挑选精锐的搜救组成员。并在日常训练中加强心理承压训练。

  2.3.2火场搜救难点的成因分析

  凡事有果必有因,要做到科学指挥,我们需要从事物的本质上分析其发生的原因。火场人员搜救难点影响因素包括人的不安全行为、物的不安全状态、被困人员的不安全状态、指挥决策的不科学性。而人的不安全行为、物的不安全状态是导致事故难点的直接原因,被困人员的不安全状态、指挥决策的不科学性是事故难点的间接因素,从影响事故的因素出发,探讨事故发生的成因,从而研究处理对策。

  (1)人的不安全行为。人的不安全行主要包括人的失误、身心非正常情况下引起的非正常作业。人的失误指的是人的行为结果偏离理想预期的结果,在火场人员搜救中即指没有完成规定任务或造成伤亡的现象。在火场搜救作业中,人为失误是不安全行为的主要表现。人为失误是存在的,但是可以通过归纳人员失误的原因加以应对措施来减少失误几率。执行搜救任务过程中人的不安全行为归结起来有三个方面:一是救援人员在过负荷状况下作业。主要是超出体能负荷、精神状态、搜救技能的熟练程度的超荷载作业。二是对于外界刺激作出的反应不一致或操作过程与规范要求不一致,出现作业过程中自身反应与要求不一致,即人在接收外界信息反馈过程中对于信息处理出现状况。三是思想上的麻痹、非理性。即面对突发状况由于不知道正确的处理方式或者低估事故复杂度导致的决策失误。这需要指挥员在平时生活及训练中要注意对内攻搜救组成员做好心理方面的训练及心理评估,在日常训练、搜救合成操法训练、破拆救援专业技能训练中做到从严从难从实战出发,在模拟演练和集成训练中临场出题、临场加负,从而锻炼受训人员在灾害事故、突发事故中的应急处置能力。使受训人员将所学理论知识、训练结果与作战现场相结合,进行融汇贯通。

  (2)物的不安全状态。物是观念上的集合,这里物指的是火场不同形态和性质的因素。在火场搜救过程中物的不安全状态主要的表现形式包括不合格的防护和防护缺失、环境的不稳定因素。不合格的防护和防护缺失主要指得是执行搜救任务的人员在防护器材的选用上不合理和执勤中队的防护器材不符合规定标准及防护器材损坏或不具备。其中器材选用不合理是指挥员和内攻搜救组成员对于火场的预判及火情侦察不到位、相关专业知识不具备,从而做出的不合理选择。执勤中队的防护器材不符合规定标准即防护器材仿冒及使用过后保养不正确而导致使用寿命受限。环境的不稳定因素主要包含火场电器隐患、内储物资的燃爆危险和腐蚀性质、建筑的坍塌危险、室建筑结构的复杂程度和用途。对此需要指挥员在做出实施内攻搜救的决策前,做好火情侦察,尽最大的努力获取火场最详尽的信息。同时也要考虑好紧急避险措施和的路线。

  (3)火场的不安全环境。营救被困人员是开展火场搜救作业的最终目标,被困人员是影响开展火场搜救的最主要因素。其中被困人员的不安全状态主要包括由火场的不安全环境、救援人员在实施救援时采取的其他措施导致的。其中火场的不安全环境是导致被困人员处于不安全状态的主要因素。火场的不安全环境指的是高温、浓烟、缺氧等对被困人员的毒害作用。救援人员在实施救援时采取的其它措施主要有剖拆排烟、射水、转移搬运。其中剖拆排烟可能是较稳定的火场环境因进入流动空气而出现轰燃等恶劣现象,迅速耗尽火场内部的氧气和升高火场的温度。当被困人员失去行动力或晕眩时,其处于俯卧姿势,射水可能导致其窒息而亡。

  (4)指挥决策的不科学性。指挥决策的正确与否是关系搜救行动能否成功的重要因素。众所周知,决策部署在作战指挥中处于核心地位,如何将信息优势转化为行动优势,关键是要形成决策优势,形成决策优势的关键就在于提高决策的正确性与时效性。如指挥员在关于火场搜救问题中一定要把握搜救的时机。即一是要抓住最佳的搜救时机,二是不能错过搜救的有效阶段,三是要正确把握火场的主次方面。首先指挥员在指挥决策时必须首要考虑安全,即包括作战环境的安全性、战斗行动的可靠性和个人防护的确定性。遇有险情,及时组织作战人员撤退或灭火阵地转移。防护和撤退是为了有效地进攻,作为指挥员在进行指挥决策时必须把上述问题加以联系结合,进行综合考虑。因为搜救作业是一个具有危险性、时效性活动,只有在深思熟虑,考虑周全才能确保搜救作业的安全和意义。

  3可视化指挥系统的构成

  3.1原理作用

  由于消防指战员在进入火场进行人员搜救的过程中通常会面对充满烟雾、高温、暗黑等未知的环境,可视化单兵人员搜救装备的双成像技术、人工智能语音识别技术使系统具有热源搜索能力和语音收集能力。系统的热成像技术可以帮助搜救组员突破火场内部烟雾封锁,快速寻找着火点、被困人员和帮助搜救组员躲避视觉盲区中的危险区域。同时,利用热成像仪器图像显示的不同色度与物体表面温度之间的关系。指挥员可以科学分析着火建筑中的温度分区,合理制定行动方案,提高人员搜救的安全性和准确度。光波导技术可以克服复杂火场对讲机不能传输信息的缺点,利用单兵头盔上的显示屏实现火场信息在搜救组和火场指挥之间的信息可视化交互。同时利用多网段进行通信传输保证,克服消防队伍传统落后的通信联络,采用插拔模块,实现自由更换,保证火场人员搜救过程中搜救组员和火场指挥之间的不间断联络。而报警功能通过智能识别搜救组员的声音信息和智能心率手环对搜救组员进行生命体征分析实现在搜救组员遇险情况下的自动报警和迅速定位,有利于火场指挥迅速采取快速干预措施,确保人员安全。

  3.1.1技术支撑

  (1)智能化消防员综合信息交互系统集成

  将双光成像技术、AR技术、视频编码压缩技术、消防员智能报警系统、人工智能语音识别技术集成,形成智能化消防员综合信息交互终端,并能与现有通信指挥系统对接,产品空间利用率高,系统结构合理,减轻了消防员载荷,便于安装在消防头盔上,解决了消防员单兵佩戴摄像通信器材行动受限等问题,并能够完整记录现场内部情况,填补消防事故救援现场单兵可穿戴式通信装备的市场空白;建立了开放性的宽窄带融合的综合平台,采用标准通信协议单兵佩戴系统设备均可快速建立互联互通,实现网络信息资源的整合利用,减少路由环节,减轻消防员的操作压力,提高后方指挥部的调度指挥效能,实现现场实时可视化指挥。

  (2)显示屏固定方式设计

  依托现有消防头盔设计,从侧面采用弯管设计形式将电路传送到AR眼镜显示屏上。此种固定方式在不影响消防员现场作业的基础上,实现现场近距离信息采集与传输。

  (3)光波导技术的显示与观察系统

  目前,消防部队信息显示系统还未将光波导技术应用其中,且目前显示屏的安装位置及安装方式不符合实际灭火救援现场需要,与实际作战连接不够紧密。本项目通过引入光波导技术,实现现场和后台的图像、视频和文字等信息的显示以及现场与指挥部信息的可视化交互;并以消防现有头盔为基础,加装镜片式显示屏,且该显示屏可自由伸缩,灵活移动,实现现场近距离图像侦察,为灭火救援指挥决策提供依据。

  (4)双光成像信息采集与交互传输

  根据现场通信情况,利用3G网络、4G网络、无线自组网、政务专网及卫星等无线通信,实现现场和后台信息双路传输,系统采用可插拔模块,根据需要自由(快速)更换,实现与现有指挥系统对接;受自身体积及安装位置的限制,传统红外热视仪及可见光摄像头暴露在头盔外侧,且安装位置一般位于消防员头盔上方或固定在灭火救援防护服上,消防员的救援行动极易对信息的采集和确认造成干扰,并且传统侦察模式也会加重消防员的自身载荷。本项目拟采用按键切换,语音切换模式,将可见光成像及红外热成像同时安装在AR眼镜前端,通过触摸头盔外侧按钮即可实现侦察模式轻松切换;同时,由于该信息交互系统内置人工智能技术,以“呼叫AR”作为交互系统的唤醒词,以口令“1”代表可见光模式,以口令“2”代表红外热成像模式,模式实现智能化成像切换。

  (5)智能报警功能

  采用主动报警与被动报警相结合的模式。其中,主动报警模式采用人工智能语音识别技术,通过回传消防员的声音信息,智能识别如“救命”、“支援”等求助声音信息,进而转化为报警信号;而被动报警模式是指交互系统通过分析智能手环回传的消防员心率信息,结合交互系统前端采集的位置信息及图像信息,综合判断作战人员的安全状态,待确认评估人员处于非正常状态后,立即启动主动报警模式,并通过位置信息、声音信息及图像信息确定救援人员被困位置,定位精度可精确到0.1米。其依托的移动通信模式如下:针对城市类灭火救援现场公网通信质量优良的特点,采用3G/4G图像传输模式,使用公共网络进行信息传输;针对林火等偏僻地区灭火救援现场公网信号覆盖差的特点,使用消防自组网方式,无人机中继方式等保障通信不间断。

  3.1.2功能分析

  (1)信息收集

  在灾害事故救援行动中,一方面灾害现场最真实、最关键的救援行动细节无法得到及时记录及传输;消防员伤亡后的现场情况无法得到有效还原;战评分析与战术提升缺乏针对性;另一方面后台指挥对事故现场细节不能实时掌握,无法精准组织指挥与救援行动。虽然消防员单兵佩戴智能装备越来越多,如室内定位装置、智能空气呼吸器、生命体征仪等,但多依托各自通信网络制式独立存在,没有统一融合的通信平台,导致消防员佩戴和操作繁琐,后台指挥控制繁杂。因此通过灾害事故现场智能化消防员综合信息交互系统的设计与研发,解决消防员单兵佩戴摄像通信器材行动受限等问题,并能完整记录现场最近距离的情况,填补消防灭火救援现场单兵可穿戴式通信装备的市场空白;建立开放性的宽窄带融合的综合平台,采用标准通信协议单兵佩戴系统设备均可快速建立互联互通,实现网络信息资源的整合利用,减少路由环节,减轻消防员的操作压力,提高后方指挥部的调度指挥效能。

  (2)信息传输

  该系统与现有通信指挥系统对接,实现现场实时可视化指挥,解决了消防员单兵佩戴摄像通信器材行动受限等问题,建立了开放性的宽窄带融合的综合平台,采用标准通信协议的单兵佩戴系统设备均可快速建立互联互通,实现了网络信息资源的整合利用,提高了后方指挥部的调度指挥效能。实现了集群对讲、信息共享,路径导航及精准人员搜救等多种功能。并在此基础上形成消防战例信息基础数据库。研究成果对消防救援实战能力提升、灭火救援现场辅助决策指挥、消防员伤亡情况深度剖析等具有重要实战意义和价值。

  (3)信息处理

  信息处理是提高指挥效能和救援成效的重要因素,指挥员对于火场内部情况掌握、对火场力量的把控、对参战队站战斗位置掌握等信息的获取,一般通过下属的情况汇报和到场后的外部观察,由于火场环境的特殊情况,作战人员的信息汇报要求简单直接明了,但由于指战员的表达能力及水平不一,会导致指挥员对于汇报的火场信息把握不全面、不正确。而可视化指挥系统可以通过搜救成员佩戴的可视化单兵人员搜救装备,根据火场内部情况,利用智能切换的双光成像技术、视频编码压缩技术突破火场恶劣环境。在网络传输下使指挥员通过该系统的指挥终端,接受现场传输的视频图像资料,达到实时实地掌控人员搜救现场的最新动态情况,利用第三人称的视角对搜救现场进行有根据的评估。同时结合侦察获取的关于火灾现场的建筑平面图、建筑功能分区等火情信息,利用AR技术进行字幕投屏和无线声波传输语音为火场搜救组员实时规划进攻、撤离线路。根据灾情调整人员搜救的作战方案,指挥搜救组员避过其肉眼无法观察到或漏过的危险区域,安全进出火场开展搜救行动。当火场情况复杂危险时,火场指挥员由于经验水平和理论缺乏导致无法作出正确判断决策,可以打开预案管理系统,提取平时“六熟悉”、“演练”等活动获取的信息作出初步判断,同时可以向专家在线建言献策平台发布现场相关情况,通过线上会商和紧急方案讨论制定和向上级移交指挥权,指挥员可以通过整理上级指挥员的指令和专家建言献策,从而思想对火场的快速反应和科学决策。

  3.2可视化组织指挥的程序

  可视化指挥系统在火场人员搜救中的应用是指针对在火场进行人员搜救这个目的,科学合理使用可视化指挥系统的相关技术及功能设备,实现人员搜救过程中信息整合和指挥决策过程的科学化,以提高火场人员搜救过程指挥效能的各种设备和手段方式。建立可视化指挥系统的意义在于:指挥员可以通过指挥终端接收回传的视频图像随时随地掌握搜救现场最新动态,利用第三人称的视角对搜救现场进行局外评估,结合事故现场的建筑平面图和外部观察情况等信息。利用字幕投屏、语音播报等功能进行实时规划进攻、撤离线路、调整救援行动方案,指挥搜救组员正确避过盲区危险进出火场开展搜救行动。预案管理系统可以解决经验不足的火场指挥员盲目指挥的问题。

  3.2.1前期作业准备

  (1)掌握火灾现场情况。在火场中,火情侦察和对火场态势感知的准确性直接影响火情处置时救援人员的安全。火情侦察应在整个火灾处置始终都进行开展。首批到场的消防救援力量必须开展初步侦察,评估火灾现场情况并报告火势发展情况。所有参战的指战员必须积极监测火情状况并及时汇报以便于参战的救援力量都能知道现场情况。现场的指挥员对整个火灾现场的处置负总体责任。到达火场后,要设置安全观察哨通过外部侦察判断火势大小及着火区域并及时汇报。根据火势大小情况及着火建筑相关情况评估建筑的完整性,估算可以用于开展有效的内攻搜救所需要消耗的时间并留出安全撤离时间,同时在进入火场内部之前,识别多条从现场撤离的路线,例如建筑物的门、窗户和安全疏散通道。沟通是进行火场态势感知的重要方面,火场情况瞬息万变,要及时将自己侦察的情况告诉其他组员并留意其他组员提供的相关信息,通过对讲机和可视化单兵人员搜救装备接受指挥部的指令和其他作战队站提供的信息。进入火场后,要通过身体的感知提升指战员的态势感知能力。仔细留意表明火场火势发展状况的声音。观察火场内部泄露的烟雾颜色判断内部火势燃烧的类型、火势发展的阶段。通过穿戴的消防手套的手背或手心感知墙壁、门的温度状况判断是否接近着火区域。沿承重墙进入前利用铁铤、消防斧等对地板或楼板进行敲击,然后通过声音来判断地面是否稳固。

  (2)建筑的结构情况直接影响火灾的发展状况。火场指挥员要迅速通过以下途径收集建筑物的相关信息:日常消防巡查、建筑评估报告、六熟悉演练、消防预案集、外部观察、建筑平面图。获取火场建筑的情况。对建筑物布局及功能分区进行了解可以使我们更有效地开展火场搜救。为了对救援现场做好充足的灭火救援准备工作,我们还应该熟悉掌握辖区内建筑物情况,特别是火灾重点防控对象。通过了解建筑结构,我们可以对以下情况进行预判:火灾的发展方向。火灾的发展速度。建筑物发生倒塌的可能性。同时也可以提醒消防员:建筑物的安全区域。可能影响消防员撤退的布局。消防员的撤离路线。

  (3)安全防护管理。进入具有可能危害生命健康的火灾现场,要做好搜救前的准备工作,采用有效的防护措施和装备,确保火场作战人员的安全。作为搜救队员要明确自己所必需的装备:防爆照明灯、搜救绳、破拆工具、空气呼吸器等。进入前先对所必需用的器材进行现场检测。确保进入火场所有需携带的搜救器材处于完整好用状态。其次火场指挥员要明确搜救组的组长,搜救组长要知道自己应该向谁报告和怎么报告。对讲机应当设置在专门的频道和留有备用对讲机,防止因线路拥挤和对讲机损坏造成火场的通信中断。导致火场信息不能及时反馈和指挥员的指令不能上传下达。空气呼吸器是进行搜救作业的重要前提,一定要确保搜救组成员的空呼完整好用并有足够的气压。同时也要根据现场实际情况,合理划定器材转运区,做好轮换力量的准备。现场应当设立火场安全员,记录进入火场作业人员的数量、时间、所在区域、任务计划等情况,实时监测建筑承重构件情况和火场情况,以便于应对突发事故开展应急施救。此外,进入火场人员要确定自己在紧急情况下使用的撤离路线和应急撤离路线,知道指挥员在火灾现场的作战部署和分配自己组所属的任务。向所有指战员明确紧急撤离时候的信号。一旦安全员发出撤离信号,所有人员必须立即撤离,指挥员要做到第一时间清点队站人员数量,迅速确定进入火场中的救援人员安全情况。

  3.2.2战术运用

  在处置火场内部人员搜救事故中,应积极灵活的运用战术。争取用最小代价和风险来达到高效救援。人员搜救中应在掌握火场实际的前提,分析火场的主次矛盾,快速展开战斗,利用可视化指挥的优势,让现场指挥员准确及时获取火场的变化。

  (1)救人思路。开展火场搜救有两大主要目标:一是寻找和转移火场被困人员,二是全面准确评估火灾的发展情况。

  指挥员在救援力量到达现场后,必须第一时间对火场展开火情侦察,根据火场内部火势的发展态势,在科学分析的基础上,合理确定火场的主攻方向及其需要保护的重点部位,合理采用正确的战术方法。在火灾处于初期阶段时,火势较小要果断采取内攻战术,第一时间展开救人。当灭火和救人发生冲突时,要根据火场实际情况来做出正确决策。一是当火场火势如果不压制或扑灭,将危害火灾发生区域内部所有被困人员的生命安全时。当火灾现场救援力量充足时,要采取人员搜救、出水控火和火场通风排烟同时展开的战术。采用出水控火和通风排烟的方法可以为消防救援人员及被困人员创造更好的火场生存环境,同时,可以提高火灾现场的能见度以便于搜救组能够更快的发现和快速转移被困人员。在火场情况下,有时需要先对火势进行控制再展开搜救行动。但是,由于现场参战力量有限,我们可以用水枪阵地推进和搜救同时展开的战术战法。使用这种战术方法要十分谨慎,因为水枪灭火过程中释放的高温水蒸气可能导致被困人员的粘膜和皮肤被烫伤。

  (2)灭火思路。在内攻搜救展开的过程中,VEIS战术逐渐传入国内并用于实战中。这个战术可以描述为只打开一扇窗户来对火场进行通风排烟,然后通过窗口进入燃烧的室内,在房间内展开搜救行动,最后又从进入的窗口撤离。但是国内很多消防员在观念还是认为自己在燃烧的房间内展开人员搜救和撤离用时非常短,因此并没有对房门进行关闭,但是通过开启的房门而建立的新的烟热蔓延通道很有可能会造成室内相对稳定环境的突变。因为国内大部分指战员的观念中,开启的房门是一条进出火场内部快速展开进攻撤退行动的救生通道。但是通常忽视了开启的房门对于火场封闭稳定的内部环境产生的影响。在实验证明,就算进行搜救作业的房间窗户是打开着的,但只要关闭进行搜救作业房间的房门便能有效抵御和削弱火场环境所带来的威胁,从而保护在房间内进行作业的搜救组员和被困人员。当打开离着火点最远房间内的窗户和门,室内情况将发生急剧恶化。因为在通风后,着火建筑建立了一个从着火点到窗口的烟热蔓延通道。

  3.2.3制定实施方案

  制定实施方案包括人员搜救的进攻方案和应急处置方案。实施方案是在通过对火场搜救任务目标的确定后,从而拟定的实现目标的行动方案。为了保证行动方案的可行性和质量,拟制行动方案的时候应当注意以下环节:第一,要做好火灾现场信息的收集和处理工作,分析和研究实现任务目标的外部条件和内部条件、积极因素和消极因素,以及火场未来发展态势和发展变化,进行科学预测,然后做出相对应的处理安排。第二,在对火场未来发展态势和发展变化进行分析的基础上,结合火场内部的环境状况及火场外部火势发展情况的利弊,拟定实现任务目标的行动方案。针对火场复杂多变情况,应当拟制多套可行的备选方案,以应对火场出现的不同情况变化,准确迅速做出反应。第三,要集中内攻搜救组成员对这些备选行动方案进行粗略大致的分析比对,权衡其中的利弊,从中选出适合火场救援的最佳方案和应急方案。火场情况是处于不断发展变化的,这就需要内攻搜救组在开展行动的过程中不断反馈火场变化的相关情况,指挥员通过综合火场信息的总和,对救援的行动方案不断进行修改和完善。

  4可视化指挥系统的应用研究

  4.1实例应用模拟

  以广西壮族自治区玉林市民宅火灾扑救为例,建筑情况着火建筑为钢筋混凝土框架结构,占地面积60平方米,地上9层,高33.3米,其中一层为门面;二层为库房,存放大量塑料玩具和日杂用品;三层为客厅;四层为厨房、餐厅、卧室;五层为卧室;六至九层为加建层,正在施工。建筑东、西、北三面环街,南面与邻近居民楼相连,建筑内东南角原有一楼梯直通顶层,但发生火灾前,户主为了安装电梯,将一、二层和四、五层混凝土楼梯拆除,用三合板搭建成临时木梯,在原楼梯间西侧开设了电梯井,但尚未安装电梯设备,也未设置防护设施。

  4.1.1事件概况

  5月29日23时37分,新民消防中队3辆消防车、13 周指战员到达现场。经侦察,着火建筑为主体5层、局部9层,其中一层局部、二至四层全面燃烧并向上蔓延,有3 周群众被困。因木楼梯被烧塌,参战人员在扑救火灾的同时,由杨某带领3 周搜救队员,利用9米金属拉梯与挂钩梯联用的方法在南侧建筑楼顶和着火建筑楼顶搭建救生通道,进入建筑内部自上而下进行搜救。5月30日1时05分,搜救小组在五层西北角的卫生间找到3 周被困人员,并向楼顶转移。在转移过程中,怀抱2岁女孩的杨某不慎踩空掉入预留的电梯井中。

  4.1.2存在的问题

  (1)在能见度低的夜间或浓烟中行进时,没有设置救生照明线、导向绳并明确联络信号,没有应选择原路返回。

  (2)深入建筑内部实施灭火救援,没有安排人员在前探路,观察地面孔洞情况,及时发布安全提示,设置明显标识,安排人员现场监护。

  (3)内攻救援行动时,没有采取前虚后实、探步行进。

  (4)指挥员在带队进入火场后,没有制定火场临时指挥员对火场事宜进行负责。

  4.1.3可视化指挥的应对处置

  在这场火场人员搜救的亡人事故中,可视化指挥系统可以从以下方面来预防事故发生:

  (1)指挥员可以通过指挥终端接收回传的视频图像随时随地掌握搜救现场最新动态,从第三人称的角度对搜救现场进行评估。进入火场内部人员在浓烟高温等情况下,精神处于紧张状态,对于眼前的一些危险因素容易错过和忽略,而可视化指挥可以克服火场浓烟、黑暗、高温等恶劣环境对现场进行热像和图像侦察,根据现场消防通信实况利用3G网络、4G网络、无线自组网、政务专网及卫星等无线通信,实现现场图像传输,帮助现场搜救组队员在火场复杂环境下进行搜寻和营救被困人员、发现着火点、辨识和规避火场危险区域。

  (2)可视化单兵人员搜救装备的双光成像技术分为可见光和红外光,在火场环境可以突破烟雾、暗黑环境的束缚,红外光可以通过色温差识别电梯井与火场周围环境存在的温度差,结合事故现场的建筑平面图和外部观察情况等信息。指挥员可以利用字幕投屏、语音播报进行实时规划线路、调整救援方案,指挥搜救人员正确避过盲区危险进去火场开展搜救。该功能可以克服火场嘈杂、通信混乱、传统消防通信等缺点实现火场实时通信。

  (3)对火场实施增派人员。同时实时提醒搜救组员在发现被困人员并进行转移时,可以指示他们正确做法,应当按照搜救前的路线原路返回,同时前方应当设置一 周安全观察哨,其只负责利用铁铤或消防斧,沿承重墙摸索安全可靠的转移线路,其次,组员之间应利用导向绳进行连接,当组员突然遇险,其他组员可以通过导向绳的动态及时发现情况,并对遇险组员进行施救,能够起到及时发现和预防的作用。

  4.1.4对比分析

  鉴于火场人员搜救过程的危险性,指挥搜救行动难点突出的现实情况,可视化指挥系统逐渐进入人们的视野。随着经济社会的不断发展,城市建筑构造和用途日趋复杂,消防队伍在实施人员搜救行动时,传统的指挥模式无法适应社会变迁的需要,凸现出许多问题。因此,近年来消防队伍大力支持救援现场的指挥技术的研究和革新。而基于通信传输下的可视化指挥系统对于消防队伍执行搜救任务提供了较大的帮助。其在救援现场的初级指挥上提供了实时了解救援现场信息、缩短指挥命令下达的时间周期、最大限度把握救援时机和作战时机等实际支持,继续研究更完善的可视化指挥系统在人员搜救中的应用成为指挥技术革新的一个新视觉。

  (一)传统指挥模式在执行人员搜救任务中的缺陷

  传统指挥模式在原有历史时期执行人员搜救任务时取得了一定的成绩,但是随时代变迁,火场的复杂程度增加,传统指挥模式的缺陷逐渐显现。

  1.不能实时了解救援现场信息

  火场是一个复杂环境,传统的指挥模式往往通过对讲机来实现指挥员和内部搜救组员的沟通,指挥员作战命令局限于内部搜救人员的情况汇报,由于受信号传输的不稳定性和汇报人员的语言表达能力、对讲机的寿命情况等影响,经常出现火场信息的实时性差、准确性低、完整性不够、灵活调控能力差。

  2.指挥命令时间周期长

  消防队伍在执行任务时,为避免火场指挥混乱,通常采取逐级指挥。而在执行火场搜救任务时,时机和战机稍纵即逝,基层指挥员在接收到内部信息到上报指挥部,请求下一步指示到指挥部命令下达,在大型火场还可能存在串台等,导致信息接收不到位。这期间指挥命令从汇报、接收、下达、执行的时间周期过程过长,对火场救援造成极大影响。

  (二)可视化指挥在火场人员搜救中的优点

  为顺应消防队伍执行任务的需求,结合火场人员搜救指挥实际,以可视化技术为中心,集视频监控、音频传输、指挥调度等通信技术为一体,能在火场复杂环境下对执行搜救任务的过程进行实时传输,为消防队伍指挥处警提供有力的保障。

  1.突破火场暗黑环境,规划进攻、撤退路线

  可视化指挥系统采用双光成像技术,能够在火场浓烟情况下,使内攻搜救组员突破视觉围困发现肉眼无法察觉的危险。同时其可以通过视频传输现场情况到指挥终端,最详尽的了解现场情况,从而做出科学的指挥决策。还可以通过预案平台调取火场的平面图,向搜救组员提供火场内部结构,正确规划进攻、撤退路线。

  2.实时掌控火场,缩短指挥命令下达周期

  各级指挥员可以通过视频监控作业现场,实时掌握火场情况,可以通过网上会商,迅速做出反应。在火场搜救作业中采用可视化技术,可以及时观察火场搜救组员的命令执行情况、任务开展情况。指挥员在全面了解、综合分析,最大限度的占有信息,从而达到对搜救现场的火势发展状况进行预测,实现火场指挥哨向前沿阵地前移。以便及时调整作战方案和作战对策,缩短指挥命令下达周期。

  3.人员定点定位,最大限度把握救援时机和作战时机

  可视化指挥系统可以通过接入火场消防控制视频,提取火灾发生之前的相关视频资料。通过综合分析火场的有效信息,能够推测判断火场人员被困的区域,为人员搜救行动缩减时间,最大限度把握救援时机和作战时机。同时单兵可视化人员搜救装备携带的报警系统在搜救组员遇到突发情况可通过自动和手动报警定位,同时向指挥终端和邻近单兵可视化人员搜救装备发出求救信号及位置信息。

  5结论

  5.1主要研究结论

  近年来,灭火救援过程中灭火救援人员伤亡事件时有发生,特别是人员搜救任务的增多,对于灭火救援指挥决策和灭火救援指挥模式提出了新的要求。针对人员搜救任务难度不断增大的现实课题,解锁灭火救援指挥新模式,准确把握人员搜救现场情况,科学进行指挥调度,保障火场执行任务人员、被困人员的人身安全,成为消防队伍急需解决研讨的现实问题。

  本论文在分析火场人员搜救的难点的基础上,研究火场人员搜救安全影响因素,充分结合火场情况和灭火指挥实战需要,提出可视化指挥在火场人员搜救中的应用,同时对可视化指挥系统的原理特点、技术支撑、功能分析以及在执行人员搜救任务中的应用,为消防队伍在执行人员搜救任务时提供技术支持,最大限度掌握作战时机和缩短指挥命令下达周期,保障人员安全降低不必要伤亡。

  (1)火场的复杂环境是导致搜救过程中人员伤亡的重要因素之一,可视化指挥系统可以让火场指挥人员最大限度掌握火场第一手资料,综合考虑影响人员安全、火势发展状况、建筑结构稳定性的因素,采取合理的战术方法,科学预判火场内部发展情况,遇突发状况迅速做出撤离命令下达和增派力量救援,合理避免消防救援人员的伤亡。

  (2)分析火场人员搜救难点的因素:火场的燃烧状态、被困人员位置、建筑结构倒塌危险、烟雾的危险性。强调消防队伍实施人员搜救行动过程中的组织指挥。从前期作业准备、战术运用和制定实施方案,理顺可视化指挥程序,为执行火场人员搜救任务提供理论参考。

  (3)以广西玉林民房火灾中的火场搜救进行实证评估分析,通过传统的指挥模式与可视化指挥的对比分析,指出传统指挥模式的缺陷,显现可视化指挥的优点。在实例模拟应对处置中证实可视化指挥可以补充火场搜救的不足,能够减少消防队伍在今后的火场搜救实战指挥中的失误,降低非可观因素导致的损失,更好的面对火场搜救中的不同情况提供了定量参考和指导帮助。

  5.2研究展望

  (1)本次挑选的火场人员搜救实例较为单一。更多的火场人员搜救任务中,影响安全的因素较多,后续的研究当从不同特点的实战应用着手,以挖掘和提高可视化技术在火场指挥中的应用。

  (2)火场人员搜救的影响作战安全的因素很多,任何一个微小的因素都可能导致火场人员伤亡,需要继续研究和探索更具普遍意义上的可视化指挥系统,且基于可视化技术的指挥模式在人员搜救行动中将更具有可信度,今后将结合不同地区的具体案例进行研究工作。

  (3)可视化指挥不失为一种科学的指挥模式,但是在火场人员搜救的初级指挥应用上仍然需要通过不断的实践来检验和完善。