鄭 炯楊景標(biāo)郭 晉羅偉堅(jiān)

(1.廣東省特種設(shè)備檢測研究院 廣州 510655)

(2.廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 廣州 510655)

基于無人機(jī)的特種設(shè)備事故應(yīng)急處置方法研究

鄭 炯1,2楊景標(biāo)1郭 晉1,2羅偉堅(jiān)1

(1.廣東省特種設(shè)備檢測研究院 廣州 510655)

(2.廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 廣州 510655)

為克服特種設(shè)備事故現(xiàn)場存在的各種危險(xiǎn)和未知因素，提出了一種基于無人機(jī)技術(shù)的特種設(shè)備事故應(yīng)急處置方法。通過搭建無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng)，操控?zé)o人機(jī)對事故危險(xiǎn)區(qū)域或人工難以到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行勘查；事故應(yīng)急處置人員根據(jù)無人機(jī)反饋的信息對事故現(xiàn)場安全狀況進(jìn)行研判并實(shí)施應(yīng)急救援和處置。應(yīng)用結(jié)果表明，本方法可對特種設(shè)備事故進(jìn)行快速響應(yīng)并實(shí)施應(yīng)急處置，避免不必要的人員傷亡，同時(shí)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故應(yīng)急預(yù)案的不適應(yīng)內(nèi)容。

無人機(jī) 特種設(shè)備 事故 應(yīng)急處置

特種設(shè)備廣泛應(yīng)用于我國重要的國民經(jīng)濟(jì)支柱領(lǐng)域,特種設(shè)備數(shù)量逐年在增長,對人身和財(cái)產(chǎn)安全有較大潛在危險(xiǎn)性。近年來,我國石化企業(yè)發(fā)生的承壓類特種設(shè)備泄漏、爆炸、火災(zāi)事故數(shù)量有增長的勢頭。事故若發(fā)生在裝置林立、錯(cuò)綜復(fù)雜的過程裝置廠區(qū)和一些大型?；反鎯?chǔ)設(shè)施中,如大型原油儲(chǔ)罐、大型乙烯球罐、天然氣球罐、液化氣球罐、有毒介質(zhì)儲(chǔ)罐等,可能會(huì)發(fā)生非常嚴(yán)重的泄漏、火災(zāi)甚至爆炸事故,造成大量的人員傷亡、重大的經(jīng)濟(jì)損失或嚴(yán)重的環(huán)境污染,其后果將嚴(yán)重影響社會(huì)安定。

特種設(shè)備事故發(fā)生后,首要工作就是對事故進(jìn)行科學(xué)應(yīng)急響應(yīng)和救援處置,使人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失減少到最低。其次是找出事故的原因,提出有效的事故預(yù)防措施和整改建議。這對于減少企業(yè)財(cái)產(chǎn)損失、及時(shí)恢復(fù)生產(chǎn)、避免同類型事故再次發(fā)生,具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)意義。

特種設(shè)備事故發(fā)生后,事故現(xiàn)場安全狀況一般比較嚴(yán)峻復(fù)雜。由于現(xiàn)場信息不清楚并具有高度危險(xiǎn)性,對事故現(xiàn)場人員的生命安全出現(xiàn)極大挑戰(zhàn)。為了及時(shí)響應(yīng)并實(shí)施科學(xué)應(yīng)急處置,亟須迅速了解掌握事故現(xiàn)場的安全狀況,這就要求研發(fā)一種既安全、又能快速掌握事故現(xiàn)場信息的事故應(yīng)急處置方法。

事故應(yīng)急預(yù)案是各級(jí)人民政府及其部門、基層組織、企事業(yè)單位、社會(huì)團(tuán)體等為依法、迅速、科學(xué)、有序應(yīng)對突發(fā)事件,最大程度減少突發(fā)事件及其造成的損害預(yù)先制定的工作方案。目前,事故應(yīng)急預(yù)案一般以靜態(tài)的文件形式存在,缺乏動(dòng)態(tài)的管理和更新。應(yīng)急預(yù)案本身可能存在不適用于具體的事故應(yīng)急處置環(huán)節(jié)的情況。此外,事故應(yīng)急預(yù)案的響應(yīng)能力、可操作性需要通過實(shí)際事故應(yīng)急處置效果來驗(yàn)證,同時(shí)也需要對事故應(yīng)急預(yù)案的不適用部分進(jìn)行及時(shí)完善。

對于特種設(shè)備事故,如通過無人機(jī)第一時(shí)間飛臨事故現(xiàn)場進(jìn)行勘查,摸清事故現(xiàn)場安全狀況和發(fā)展態(tài)勢,掌握事故實(shí)際現(xiàn)場的真實(shí)準(zhǔn)確信息,從而為事故應(yīng)急處置人員實(shí)施應(yīng)急救援提供科學(xué)有效的指導(dǎo)[1-3]。如何研發(fā)出一種基于無人機(jī)的特種設(shè)備事故應(yīng)急處置方法,是國內(nèi)外近年來所亟須解決的熱點(diǎn)問題[4,5]。

1 研究內(nèi)容

本研究的目的在于克服現(xiàn)有特種設(shè)備事故應(yīng)急預(yù)案的不足,搭建無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng),建立一種基于無人機(jī)的特種設(shè)備事故應(yīng)急處置方法,實(shí)現(xiàn)對事故現(xiàn)場安全狀況做出快速響應(yīng)和信息反饋,同時(shí)對所建立的方法進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。

本方法的核心技術(shù)之一是搭建無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng),主要包括無人機(jī)、飛控系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)等四個(gè)部分[6-9]。本文所采用的無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng)的工作原理如下圖1所示。

無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng)四個(gè)部分的主要工作內(nèi)容為:

1)無人機(jī),主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場飛行工作。根據(jù)特種設(shè)備事故特性確定檢測系統(tǒng)的功能和重量,然后選擇合適的無人飛行器。

2)飛控系統(tǒng),利用移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)無線操控,主要是對無人飛行器的飛行模式、飛行路線、巡航、自動(dòng)返航等功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行控制。

3)檢測系統(tǒng),主要是對特種設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)檢測和現(xiàn)場進(jìn)行勘查的裝載設(shè)備,一般包括望遠(yuǎn)鏡、攝像機(jī)、紅外熱成像儀等。

4)數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng),主要是實(shí)現(xiàn)圖像、視頻、紅外檢測等勘查數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)無線傳輸功能。

圖1 無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng)工作原理示意圖

圖2 基于無人機(jī)的特種設(shè)備事故應(yīng)急處置流程

在搭建好無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,建立基于無人機(jī)的特種設(shè)備事故應(yīng)急處置方法,其操作過程如圖2所示,主要步驟及其說明如下:

1)事故發(fā)生后,啟動(dòng)事故應(yīng)急預(yù)案;根據(jù)事故發(fā)生的對象,確定是否特種設(shè)備事故;同時(shí),根據(jù)事故后果所確定的應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別,啟動(dòng)相關(guān)應(yīng)急成員單位。

2)對事故現(xiàn)場安全狀況進(jìn)行是否容易造成人員傷亡的判斷,滿足則進(jìn)入下一步驟3),不滿足則進(jìn)入步驟4);對于事故是否容易造成人員傷亡,主要根據(jù)事故是否會(huì)接著發(fā)生爆炸、是否容易引發(fā)易燃易爆物質(zhì)和有毒物質(zhì)的泄漏擴(kuò)散等次生、衍生事故來判斷。

3)調(diào)用無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng);所調(diào)用的無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng),采用具有懸停功能的多旋翼無人機(jī),至少可以實(shí)現(xiàn)航拍、懸停拍攝、紅外熱成像、夜間拍攝等功能。

4)進(jìn)入常規(guī)事故處置;常規(guī)事故處置是指無須調(diào)用無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng)所進(jìn)行的事故應(yīng)急處置過程。

5)在事故現(xiàn)場可控范圍內(nèi),操控?zé)o人機(jī)對事故現(xiàn)場進(jìn)行勘查;無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng)具有無線操控和數(shù)據(jù)無線傳輸功能;通過航拍視頻圖像、數(shù)據(jù)回傳、圖像對比分析等功能,快速獲得事故現(xiàn)場第一手安全狀況信息,為應(yīng)急指揮部現(xiàn)場科學(xué)決策、有效處置事故提供參考依據(jù)。數(shù)據(jù)回傳采取無線傳輸?shù)姆绞?所采取的數(shù)據(jù)回傳方式可以保證高清圖像的傳輸和觀看;圖像對比分析主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能,第一個(gè)功能是當(dāng)發(fā)現(xiàn)無色無味危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏時(shí),通過紅外拍攝圖像,可以判斷出危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏的部位,第二個(gè)功能是當(dāng)承壓類特種設(shè)備或存儲(chǔ)危險(xiǎn)化學(xué)品的容器出現(xiàn)保溫層破損或外表面有溫度變化時(shí),紅外拍攝圖像可以辨別出外表面有溫度梯度異常的部位,從而判斷事故隱患部位[10-11]。

6)獲得事故現(xiàn)場第一手信息并對事故安全狀況進(jìn)行研判;獲得的第一手信息包括事故的準(zhǔn)確地點(diǎn)、事故現(xiàn)場狀況、事故周邊自然環(huán)境、是否容易引發(fā)次生事故、是否容易造成環(huán)境污染和破壞等,從而指導(dǎo)應(yīng)急救援人員選擇科學(xué)有效的處置方案及方法。

7)事故應(yīng)急處置人員根據(jù)無人機(jī)反饋的信息實(shí)施應(yīng)急救援和處置;特種設(shè)備事故應(yīng)急處置主要包括綜合協(xié)調(diào)工作、安全保衛(wèi)工作、專業(yè)處置工作、后勤保障工作、醫(yī)療救護(hù)工作等。特種設(shè)備事故應(yīng)急處置主要工作內(nèi)容如圖3所示。

圖3 特種設(shè)備事故應(yīng)急處置工作內(nèi)容

8)事故應(yīng)急結(jié)束;當(dāng)事故現(xiàn)場主要具備下列條件: (1)死亡和失蹤人員已經(jīng)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)受傷人員基本得到救治;(5)緊急疏散人員基本恢復(fù)正常生活秩序時(shí),表明事故應(yīng)急處置工作可以結(jié)束。

9)事故應(yīng)急救援處置結(jié)束后,對事故應(yīng)急處置結(jié)果進(jìn)行評(píng)估總結(jié)。

10)根據(jù)評(píng)估結(jié)果完善事故應(yīng)急預(yù)案;主要是針對原有預(yù)案在事故應(yīng)急處置時(shí)的不適應(yīng)內(nèi)容,優(yōu)化事故應(yīng)急預(yù)案,維持事故應(yīng)急預(yù)案的及時(shí)更新。

2 研究結(jié)果應(yīng)用

某一企業(yè)建有多臺(tái)規(guī)格相同(直徑為3400mm,高5000mm)的用于存儲(chǔ)汽油的壓力容器,壓力容器之間的距離僅有5m,其中1臺(tái)壓力容器發(fā)生爆炸,事故發(fā)生時(shí)造成2人受傷,現(xiàn)需對該事故進(jìn)行應(yīng)急處置。

所搭建的無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng)實(shí)物如圖4所示。此時(shí)根據(jù)圖2所示的流程圖,首先對事故對象和應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別進(jìn)行判斷,啟動(dòng)事故應(yīng)急預(yù)案;對事故現(xiàn)場安全狀態(tài)進(jìn)行研判,調(diào)用無人機(jī)勘查系統(tǒng),得到事故現(xiàn)場第一手信息,為事故應(yīng)急處置提供參考。其具體處置步驟如下:

圖4 無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng)

1)根據(jù)《特種設(shè)備事故報(bào)告和調(diào)查處理規(guī)定》和《特種設(shè)備事故報(bào)告和調(diào)查處理導(dǎo)則》,壓力容器發(fā)生爆炸事故屬于特種設(shè)備事故。由于壓力容器發(fā)生爆炸并造成2人受傷,屬于較大特種設(shè)備事故。根據(jù)事發(fā)地方政府和該壓力容器使用單位制定的特種設(shè)備事故應(yīng)急預(yù)案,本事故響應(yīng)等級(jí)為III級(jí),由地級(jí)以上市質(zhì)監(jiān)部門組織實(shí)施III級(jí)應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng),啟動(dòng)相關(guān)應(yīng)急成員單位。

2)對事故是否會(huì)接著發(fā)生爆炸、是否容易引發(fā)易燃易爆和有毒物質(zhì)的泄漏擴(kuò)散,是否容易導(dǎo)致人員傷亡進(jìn)行判斷。在本事故案例中,由于有多臺(tái)存儲(chǔ)汽油的壓力容器,且相互距離很近,容易發(fā)生二次爆炸事故,現(xiàn)場危險(xiǎn)級(jí)別很高,需要調(diào)用無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng),此時(shí)根據(jù)圖2的操作流程圖,進(jìn)入調(diào)用無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng)步驟。

3)操控?zé)o人機(jī)勘查系統(tǒng)飛臨事故現(xiàn)場,通過航拍和懸停拍攝等操作進(jìn)行事故現(xiàn)場勘查。同時(shí)通過紅外熱成像儀對爆炸點(diǎn)、泄漏點(diǎn)和火場范圍進(jìn)行勘查判斷。

4)通過航拍圖像、紅外圖像、數(shù)據(jù)回傳、影像對比分析等應(yīng)用,獲得事故現(xiàn)場第一手安全狀況信息。主要包括爆炸范圍、泄漏部位、火場擴(kuò)散方向和范圍、火場周邊的環(huán)境等。

5)事故應(yīng)急處置人員根據(jù)無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng)反饋的第一手信息,選擇科學(xué)有效的方法進(jìn)行救援和處置。本事故案例中,將第一手信息反饋給相關(guān)部門特別是公安消防部門,開展專業(yè)的消防和救援工作。

6)根據(jù)圖3,對事故開展主要包括綜合協(xié)調(diào)工作、安全保衛(wèi)工作、搶險(xiǎn)救助工作、后勤保障工作、醫(yī)療救護(hù)工作、善后工作等特種設(shè)備事故應(yīng)急救援處置。

7)通過一段時(shí)間的事故救援和處置,該特種設(shè)備事故已具備:(1)事故危害基本得到控制;(2)次生事故因素基本消除;(3)受傷人員基本得到救治;(4)緊急疏散人員基本恢復(fù)正常生活秩序等條件,表明該特種設(shè)備事故應(yīng)急結(jié)束。

8)通過對事故應(yīng)急處置結(jié)果進(jìn)行評(píng)估,事故應(yīng)急救援過程暴露出當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門特種設(shè)備事故應(yīng)對意識(shí)不強(qiáng),應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制不夠完善,及時(shí)處置應(yīng)對能力不足。

9)根據(jù)事故應(yīng)急處置的評(píng)估結(jié)果,針對原有特種設(shè)備事故應(yīng)急預(yù)案在事故應(yīng)急處置時(shí)的不適應(yīng)內(nèi)容,從特種設(shè)備事故應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制、事故應(yīng)急處置能力建設(shè)等方面優(yōu)化完善特種設(shè)備事故應(yīng)急預(yù)案。

3 結(jié)果驗(yàn)證

應(yīng)用案例結(jié)果表明,本方法通過操控?zé)o人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng),可快速飛臨事故現(xiàn)場進(jìn)行勘查,及時(shí)獲得事故現(xiàn)場第一手安全狀況信息,為應(yīng)急指揮部快速科學(xué)決策提供參考依據(jù)。本方法的應(yīng)用結(jié)果體現(xiàn)了以下優(yōu)點(diǎn):

1)響應(yīng)迅速,可以及時(shí)到達(dá)事故現(xiàn)場,提高事故應(yīng)急處置效率[12-14]。與此同時(shí),無人機(jī)可以360’全方位進(jìn)行現(xiàn)場勘查,做到不留死角[15]。

2)可以實(shí)現(xiàn)夜間勘查和紅外熱成像功能。通過裝載紅外熱成像設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)夜間發(fā)生事故的現(xiàn)場勘查和溫度異常檢查,突破人工難以夜間勘查和勘查困難的局限。

3)發(fā)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案的不適應(yīng)內(nèi)容,為應(yīng)急預(yù)案的補(bǔ)充完善提供指導(dǎo),從而提高事故應(yīng)急預(yù)案的質(zhì)量和可操作性。

4 結(jié)論

基于無人機(jī)的特種設(shè)備事故應(yīng)急處置方法可通過操控?zé)o人機(jī)快速飛臨特種設(shè)備事故現(xiàn)場進(jìn)行勘查,及時(shí)獲得事故現(xiàn)場第一手安全狀況信息,可以實(shí)現(xiàn)特種設(shè)備事故應(yīng)急處置的快速響應(yīng),提高事故應(yīng)急處置效率,為應(yīng)急指揮部門快速科學(xué)決策提供參考依據(jù)。

搭建了一套無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng),通過實(shí)際案例實(shí)施,實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)技術(shù)在特種設(shè)備事故應(yīng)急處置中的應(yīng)用,結(jié)果驗(yàn)證了無人機(jī)現(xiàn)場勘查系統(tǒng)的基本功能及其優(yōu)點(diǎn)。

本方法的實(shí)施應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)既有事故應(yīng)急預(yù)案的不適應(yīng)內(nèi)容,進(jìn)而指導(dǎo)應(yīng)急預(yù)案的完善更新,使事故應(yīng)急預(yù)案更具科學(xué)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

鄭炯（1965～)，男，本科，院長，高級(jí)工程師，從事特種設(shè)備檢驗(yàn)及管理工作。

楊景標(biāo)，E-mail： yjb618@163．com。

廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科技項(xiàng)目（編號(hào)：2016CT17)

2017-03-08）