楊笑舟 邵俊杰

摘 要：本文對(duì)工程機(jī)械在搶險(xiǎn)救援任務(wù)中加裝提示指揮系統(tǒng)的必要性進(jìn)行探討，簡(jiǎn)要介紹了工程機(jī)械在搶險(xiǎn)救援中人機(jī)配合的痛點(diǎn)、缺陷，分析工程機(jī)械在搶險(xiǎn)救援任務(wù)中受到的客觀影響，并從救援效率、安全操作、合理設(shè)計(jì)等方面的對(duì)搶險(xiǎn)救援行動(dòng)中工程機(jī)械指揮提示系統(tǒng)的必要性進(jìn)行深入探討，并提出了相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：搶險(xiǎn)救援;工程機(jī)械;指揮提示

中圖分類號(hào)：TP271.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

近年來(lái)，全國(guó)乃至全球的自然災(zāi)害頻發(fā)，尤其是地質(zhì)災(zāi)害?！包S金72小時(shí)”是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后的黃金救援期，這是救援（學(xué)）界的共識(shí)。救援界認(rèn)為，災(zāi)難發(fā)生之后存在一個(gè)“黃金72小時(shí)”，在此時(shí)間段內(nèi)，災(zāi)民的存活率極高。每多挖一塊土，多掘一分地，都可以給傷者透氣和生命的機(jī)會(huì)。其次，不止在地質(zhì)災(zāi)害中，在面對(duì)洪澇、山洪等其他自然災(zāi)害中一樣存在著生死時(shí)速的搶險(xiǎn)救援特質(zhì)。那么在如此的急迫緊急的情況下，救援人員單靠便攜設(shè)備將難以產(chǎn)生高效的救援，在這種情況下各類工程機(jī)械在條件允許的情況下將會(huì)越來(lái)越多的參與到救援當(dāng)中來(lái)，在這個(gè)大背景下，工程機(jī)械的操作手和協(xié)助引導(dǎo)的指揮人員如何配合將成為一個(gè)新的問(wèn)題。

1 在搶險(xiǎn)救援過(guò)程中工程機(jī)械指揮存在的必要性

通常在搶險(xiǎn)救援中，每一個(gè)人必須分工明確、各司其職，這樣才能不混亂、效率最高，同樣當(dāng)工程機(jī)械參與到救援當(dāng)中時(shí)一樣要進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。由于工程機(jī)械駕駛室視野的問(wèn)題，操作手在進(jìn)行操作時(shí)存在諸多盲區(qū)和顧慮，在沒(méi)有指揮的情況下來(lái)說(shuō)會(huì)發(fā)生操作手因?yàn)轭檻]而進(jìn)行多次重復(fù)操作和因?yàn)閷?duì)周邊環(huán)境感知不足而造成二次傷害。總結(jié)起來(lái)有三種原因：

1.1 環(huán)境影響

在搶險(xiǎn)救援中環(huán)境是極為復(fù)雜的，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)狹小空間、崎嶇路面和松軟路面等極多的特殊地形，再加之參與救援的工程機(jī)械絕大部分都是未改進(jìn)的通用型號(hào)，對(duì)于在陌生的特殊環(huán)境中作業(yè)，一是工程機(jī)械對(duì)于其環(huán)境的適應(yīng)能力不強(qiáng)，二是其對(duì)于操作手壓力極大，二是對(duì)于作業(yè)的容錯(cuò)率極低。

1.2 效率影響

各類事故、災(zāi)害或事件具有突發(fā)性、復(fù)雜性、不確定性的屬性，在搶險(xiǎn)救援中，必須要確保迅速、準(zhǔn)確、有效，分秒必爭(zhēng)，而且在黃金72小時(shí)內(nèi)每一次行動(dòng)都必須要對(duì)整體的救援行動(dòng)要有實(shí)質(zhì)上的推動(dòng)，因此在實(shí)際行動(dòng)中在條件允許的情況下，必然是多個(gè)行動(dòng)和多類行動(dòng)同時(shí)展開，這樣在救援行動(dòng)使用工程機(jī)械就必須合理配置、講究效率。如果只是操作手在接受任務(wù)后單獨(dú)操作工程機(jī)械進(jìn)行救援行動(dòng)，那么絕大部分的操作手因?yàn)椴皇煜さ匦晤檻]而造成過(guò)于謹(jǐn)慎駕駛而浪費(fèi)大量的時(shí)間。那么在救援行動(dòng)中，對(duì)參與救援行動(dòng)的工程機(jī)械進(jìn)行一定的指揮引導(dǎo)就能減少上文所提出的問(wèn)題，讓工程機(jī)械在救援行動(dòng)中發(fā)揮最大作用，大大提升救援效率。

1.3 工程機(jī)械駕駛室視野的影響

工程機(jī)械因?yàn)楣ぷ鞑?、?dòng)力部、配重等影響，其實(shí)在布局上會(huì)對(duì)駕駛室的視野造成很大的影響，例如裝載機(jī)駕駛室（圖1-a、圖1-b）前方布置了液壓臂和鏟斗，當(dāng)開始作業(yè)時(shí)鏟斗抬升，鏟斗的巨大體積不僅遮蔽了作業(yè)對(duì)象，同時(shí)也遮蔽了50%工程機(jī)械的前進(jìn)、后退路線的視野。

挖掘機(jī)駕駛室（圖2-a）偏置與左側(cè)車身平齊，雖然左側(cè)視野較好，但在駕駛室右側(cè)、車體設(shè)置的巨大工作部液壓大臂完全遮擋了駕駛室的右側(cè)視野，在整個(gè)車體未進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不能立即獲得右側(cè)視野[1-4]。

推土機(jī)駕駛室（圖3-a）的視野情況與裝載機(jī)相比更加糟糕，整個(gè)前方視野均被發(fā)動(dòng)機(jī)艙和工作部所遮擋，這樣的布局至少遮蔽了駕駛室正前方作業(yè)的視野的60%。

2 在搶險(xiǎn)救援過(guò)程中工程機(jī)械指揮所存在的問(wèn)題

2.1 工程機(jī)械駕駛艙視野受限造成操作手和指揮員之間無(wú)法通視

在作業(yè)過(guò)程中操作手在觀察作業(yè)對(duì)象時(shí)，往往只需要自然的轉(zhuǎn)動(dòng)頭部及眼球，極少會(huì)勉強(qiáng)地轉(zhuǎn)動(dòng)頭部及眼球或是通過(guò)大幅度改變軀干姿勢(shì)獲得視野。這樣不但會(huì)使作業(yè)及工作安全得不到保障，還會(huì)使駕駛員因?yàn)楸荛_更多的視覺(jué)障礙而處于不舒適的狀態(tài)之下，長(zhǎng)期如此會(huì)對(duì)駕駛員的姿態(tài)造成傷害。圖4所示，按轉(zhuǎn)動(dòng)是否舒適，將眼睛和頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)角劃分成自然轉(zhuǎn)動(dòng)和勉強(qiáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此一般的視野范圍在水平范圍內(nèi)為120°，在垂直范圍內(nèi)為90°[5]。

結(jié)合市面上常見的工程機(jī)械駕駛的布局（圖5-a、圖5-b、圖6-a、圖6-b），我們不難發(fā)現(xiàn)操作手在通常狀態(tài)下會(huì)有很多的視野盲區(qū)，并且還對(duì)操作產(chǎn)生一些誤差而指揮員在引導(dǎo)過(guò)程中會(huì)根據(jù)作業(yè)環(huán)境和對(duì)象，邊轉(zhuǎn)換位置邊觀察邊指揮，有時(shí)會(huì)靠近到工程機(jī)械的工作部件，根據(jù)作業(yè)手的視野和駕駛的布局，就會(huì)使得操作手有很多顧慮和限制，稍有不注意甚至就會(huì)釀成事故[6]。

2.2 工程機(jī)械作業(yè)的巨大噪音嚴(yán)重影響操作手和指揮員的協(xié)同

為工程機(jī)械提供強(qiáng)大動(dòng)力的來(lái)源是強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)，其在為整臺(tái)工程機(jī)械提供強(qiáng)大動(dòng)力的同時(shí)，也帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面效應(yīng)，一是強(qiáng)大的噪音，通過(guò)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音與救援現(xiàn)場(chǎng)的噪音疊加基本上與工廠制造車間的噪音相當(dāng)為90 dB～140 dB，普通人所能發(fā)出的最大聲音噪音為60 dB～70 dB，前兩者的噪音疊加完全能夠覆蓋前兩者，使得操作手和指揮員之間聲音的協(xié)同完全行不通。

此外發(fā)動(dòng)機(jī)在產(chǎn)生噪音的同時(shí)，還會(huì)對(duì)駕駛室產(chǎn)生震動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間處在此種環(huán)境中操作手極易產(chǎn)生疲憊感，進(jìn)而降低作業(yè)手的注意力，對(duì)外界的敏感度降低。

3 對(duì)搶險(xiǎn)救援過(guò)程中工程機(jī)械指揮的方法

3.1 聲音

借助聲音指揮就是指揮員通過(guò)能夠擴(kuò)大聲音的方式將引導(dǎo)指令傳達(dá)給操作手，這種指揮方式直接明了，能夠快速清晰地將引導(dǎo)指令傳達(dá)給操作手，在排除其他聲音干擾后，基本不存在指令傳達(dá)不明的情況。在搶險(xiǎn)救援現(xiàn)場(chǎng)聲音指揮一般為了便攜通常采用手持?jǐn)U音器，而由于其受到功率、工程機(jī)械安全操作距離和環(huán)境噪音的影響，很難將指令傳達(dá)給操作手。此外指揮員還可以采用對(duì)講機(jī)來(lái)進(jìn)行指揮，由于駕駛艙對(duì)外界環(huán)境音的隔絕，使得對(duì)講機(jī)的效果相較手持?jǐn)U音器會(huì)好很多。

3.2 燈光、旗語(yǔ)

燈光、旗語(yǔ)實(shí)質(zhì)上是手語(yǔ)的改進(jìn)方法，其目的在于其能夠讓操作手能夠更加清晰地看到指揮員的手勢(shì)，是一種視覺(jué)上的指揮，指揮員的引導(dǎo)信息通過(guò)預(yù)先規(guī)定好的燈光組合和指揮旗揮動(dòng)順序來(lái)傳達(dá)給操作手，這種指揮方式首先需要操作手和指揮員熟悉同一套的燈光組合和旗語(yǔ)組合，這樣才能在實(shí)際作業(yè)中互相通聯(lián)順暢，此外還需要指揮員必須要在操作手的視線所及之處才行，但這種指揮方式由于是視覺(jué)上的指揮，所要傳達(dá)信息是非常清晰、直接、明顯的。

4 在工程機(jī)械駕駛艙內(nèi)增加輔助指揮的提示系統(tǒng)

4.1 增加光電和通訊系統(tǒng)

在工程機(jī)械駕駛艙內(nèi)通常前方兩根立柱在為駕駛艙提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)也會(huì)遮蔽掉操作手的視野α大約15°～35°（如圖7、圖8所示）。

而在市面上通用的工程機(jī)械這兩根立柱上一般不存在其他的儀表或按鈕，在這兩根立柱上加設(shè)燈光指示系統(tǒng)，配合指揮員運(yùn)用遙控的引導(dǎo)設(shè)備，能夠滿足在各種環(huán)境下的指揮，不會(huì)再受到指揮員和操作手必須互在對(duì)方視野里的影響，同時(shí)由于指揮員的位置不再受限這就能夠使引導(dǎo)能夠更加全面細(xì)致。同樣增加通訊系統(tǒng)也是一樣的道理。

此外筆者認(rèn)為還可添加如家用車上配備的各類倒車系統(tǒng)，來(lái)防止操作手和指揮員因未注意而產(chǎn)生的碰撞，為引導(dǎo)和安全操作再添一道保險(xiǎn)。

4.2 增加全景周視監(jiān)控系統(tǒng)

全景周視監(jiān)控系統(tǒng)一般由多個(gè)安裝在車輛周圍的周視攝像機(jī)和1臺(tái)周視管理終端組成，具備近程、超近程360度全景態(tài)勢(shì)感知能力、晝夜監(jiān)控能力。通過(guò)安裝于工程機(jī)械作業(yè)部件及車體四周的特種鏡頭捕捉四周作業(yè)環(huán)境圖像，通過(guò)高速實(shí)時(shí)智能拼接技術(shù)處理，形成有如空中視角觀察工程機(jī)械360度全景影像，實(shí)現(xiàn)無(wú)死角確認(rèn)周邊作業(yè)環(huán)境，同時(shí)也可配合監(jiān)控的識(shí)別算法，對(duì)周圍的人員和障礙物進(jìn)行識(shí)別，并在駕駛室內(nèi)的監(jiān)控顯示器上標(biāo)紅提醒。運(yùn)用這種系統(tǒng)后，使得指揮員只要在監(jiān)控范圍內(nèi)就能使得操作手能夠看見，使引導(dǎo)更加方便，此外加持了識(shí)別后，操作手可以自行規(guī)避一些障礙，在某種程度上可以減輕指揮員的引導(dǎo)難度。

5 未來(lái)展望

5.1 AR技術(shù)的運(yùn)用

AR即現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)，其能夠使得真實(shí)環(huán)境和虛擬物體之間重疊之后，能夠在同一個(gè)畫面以及空間中同時(shí)存在。工程機(jī)械的駕駛艙在原始設(shè)計(jì)上為了確保視野一般都設(shè)計(jì)了大面積的擋風(fēng)玻璃，這些玻璃可以通過(guò)AR技術(shù)的運(yùn)用來(lái)充分利用起來(lái)，可將相關(guān)的引導(dǎo)圖像和周邊環(huán)境態(tài)勢(shì)圖像投影到駕駛室周圍玻璃上，為操作手提供虛擬提示信息（增強(qiáng)），進(jìn)一步補(bǔ)充操作手對(duì)于四周的環(huán)境感知。此外配合遠(yuǎn)程通信，指揮員能夠輕松地將引導(dǎo)信息傳達(dá)給操作手。

5.2 綜合運(yùn)用各種技術(shù)配合遠(yuǎn)程操作、自主AI技術(shù)的運(yùn)用

文中筆者提及了很多技術(shù)，但終歸還是需要人在現(xiàn)場(chǎng)操作，若是將操控結(jié)合到可移動(dòng)的控制臺(tái)上，那么操作手就能脫離駕駛室自由移動(dòng)，同時(shí)也可以為自己充當(dāng)引導(dǎo)的指揮員，加強(qiáng)了人員利用率，如圖9-a和圖9-b中徐工集團(tuán)的ET110型步履式挖掘機(jī)的遠(yuǎn)程操控。不僅如此還能夠一臺(tái)控制器控制多臺(tái)工程機(jī)械協(xié)同，保證了工程機(jī)械參與救援的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

如今大多數(shù)的技術(shù)都在向著智能化和自動(dòng)化的方向發(fā)展，這將會(huì)大大減少人力資源，就像在搶險(xiǎn)救援中能夠減輕指揮員對(duì)一些工程機(jī)械的引導(dǎo)壓力。比如將來(lái)工程機(jī)械參與救援就會(huì)結(jié)合自身電腦的算法與遠(yuǎn)程引導(dǎo)設(shè)備，就能完成如今同等的工作甚至更多，操作手也將同時(shí)堅(jiān)固引導(dǎo)任務(wù)，來(lái)完成更精細(xì)的操作。

6 總結(jié)

工程機(jī)械參與各類搶險(xiǎn)救援的趨勢(shì)會(huì)慢慢上升，筆者認(rèn)為當(dāng)科技發(fā)達(dá)到能夠讓操作手或工程機(jī)械完全感知周圍環(huán)境前，人與機(jī)械的配合才能在各類救援行動(dòng)中發(fā)揮出最大的效益，但這又將多一個(gè)人力資源。本文中所提及的對(duì)工程機(jī)械駕駛室的增加指揮提示系統(tǒng)，其實(shí)就是縮短這一進(jìn)程，在可行的條件下，讓工程機(jī)械在搶險(xiǎn)救援行動(dòng)中能夠充分發(fā)揮作用，做到真正的只是在操作手的操作下獨(dú)立作業(yè)。

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