文虎　侯宗宣　鄭學召　蔡國斌　嚴瑞錦

摘要：深井救援技術是指在深井事故救援過程中對被困人員進行救援各環(huán)節(jié)涉及的關鍵技術，主要包括環(huán)境偵測技術、生命探測技術、深井快速破拆技術、應急通信網絡構建技術及保障深井事故救援順利進行的其他輔助技術。深井救援裝備是指在深井救援技術實施過程中必要的硬件裝備和軟件平臺等。研究深井救援技術和裝備對于保障被困人員生命安全、減少事故損失至關重要。分析了深井救援裝備及關鍵技術的研究現狀，指出現有的救援技術和裝備并不能完全滿足復雜多變的環(huán)境要求，存在救援裝備的通用性與專用性研究不足、救援裝備智能化程度有待提升、網絡協同能力難以滿足救援復雜環(huán)境要求、救援裝備創(chuàng)新性研究不足等問題。針對上述問題，展望了深井救援裝備與技術的發(fā)展趨勢：① 深井救援裝備應通過不同救援場景進行專用性和通用性劃分，單一裝備向多功能性、高可靠性、高機動性發(fā)展。② 救援裝備智能化、精準化、自主決策化，實現智能裝備為主、人員為輔的救援模式。③ 構建急速組網、多模式組網、一體化救援網絡平臺。④ 集成TDLAS 雖然目前并沒有達到救援標準，但其高分辨率、高靈敏度和可集成化在未來將會發(fā)揮重要作用，以實現環(huán)境監(jiān)測裝備的高集成、輕量化、高效化。

關鍵詞：深井救援；救援裝備；空天地一體；智能救援；偵測裝備；挖掘/破拆裝備；通信裝備；吊升裝備

中圖分類號：TD676文獻標志碼：A

0 引言

近年來，深井事故頻發(fā)，給人們的生命財產安全帶來了嚴重威脅。深井救援是一項極具挑戰(zhàn)性和危險性的任務，它涉及對被困者及救援人員的安全和救援效率。事故發(fā)生環(huán)境可劃分為水井或機井、工程深井、礦井等，不同環(huán)境對救援工作提出了更加復雜的要求。惡劣的環(huán)境不僅對被困者構成巨大威脅，也對救援人員的安全和救援效率提出了挑戰(zhàn)。事故發(fā)生后，如果能及時利用先進的救援裝備，可顯著降低救援難度，提高成功率，減少人員傷亡、降低社會負面影響。因此，亟需針對智能化、專業(yè)化、高效化的先進深井救援技術與裝備開展深入研究。

深井救援裝備是指專門用于地下深井環(huán)境中的救援行動的設備，能夠滿足深井救援通信、環(huán)境及生命信息偵測、破拆救援等實際需要。這些裝備的設計和使用需考慮深井環(huán)境的特殊性，以確保救援行動的高效性和安全性。同時，應急管理部頒布的《全國安全生產專項整治三年行動計劃》和應急管理部等5 部門提出的《關于高危行業(yè)領域安全技能提升行動計劃的實施意見》要求救援人員具備的專業(yè)技能，加大對深井救援人員的培訓力度，提高其應對深井事故的能力，這些制度的建立為深井救援的發(fā)展提供了重要支持和保障。

深井救援作為應急救援分支之一，起步較晚，且一直依賴于傳統的人力和基本設備?，F有的救援裝備結構笨重、效率低下，救援人員下井存在體能和安全考量，井內易腐物體及墻壁滲透會產生有毒氣體，增加安全風險。為了克服這些困難，減少傷亡，提升效率，深井救援裝備的研究勢在必行[1]。

隨著無人機、機器人等高科技設備的廣泛應用，深井救援的效率和安全性得到了顯著提高。但由于深井環(huán)境的特殊性，救援過程中仍面臨許多挑戰(zhàn)。深入研究深井救援技術與裝備的現狀和發(fā)展趨勢，對于提高救援效率、保障救援人員的生命安全具有重要意義。

1 深井救援概述

1.1 深井事故案例分析

筆者統計分析了2018?2023 年我國新聞報道的115 起深井困人事故，共造成127 人被困，12 人遇難，如圖1 所示。根據救援場景將深井劃分為廢棄枯井、市政深井、水井或機井、工程深井和其他窖井（如姜井、排煙井等）5 類，工程深井、各類市政深井造成墜井事故最多， 其中市政深井事故共21 起，造成7 人死亡， 分別占事故總起數和死亡人數的18% 和58%，造成慘痛傷亡和惡劣社會影響。除上述場景外，礦山事故的井下救援場景也屬于深井救援的范疇，我國礦山安全形勢嚴峻，僅2022 年發(fā)生礦山安全事故367 起，造成518 人死亡，深井救援任務艱巨。

1.2 深井事故特點

深井存在形狀、深度、內部結構各異等狀況，不規(guī)則的形狀不利于人員及大型器械深入救援，增加救援難度。深井事故具有以下特點：1） 風險性和空間復雜性。由于深井的特殊環(huán)境和地下工作面的復雜性，深井中存在高溫、高壓、有毒氣體等危險因素，且地形復雜，通道狹窄，地下水流、巖層崩塌等情況都會增加救援難度。

2） 時效性和信息不對稱性。事故中被困人員往往面臨缺氧、水源匱乏等生存困難，救援的時效性能夠最大程度地減少被困人員傷亡，且深井事故中地下情況難以準確獲取，井上下信息存在不對稱性。

3） 發(fā)生偶然性和自救排他性。深井事故發(fā)生存在偶然性，事故一旦發(fā)生，被困人員自救可能性小，生還概率低。

4） 反復性。井下空氣補給困難，多數深井在距井口5～10 m 有足夠空氣可供人員呼吸，深入救援需送風或補氧來解決被困和救援人員的吸氧問題，一項救援任務需多次反復進行。

1.3 深井救援技術與裝備

深井救援技術是指在深井事故救援過程中對被困人員進行救援各環(huán)節(jié)涉及的關鍵技術，主要包括環(huán)境偵測技術、生命探測技術、深井快速破拆技術、應急通信網絡構建技術及保障深井事故救援的其他輔助技術。技術保障是實施救援的首要任務之一，例如：應急通信網絡構建技術是深井救援重要保障，通過網絡通信實現指揮中心與救援人員、被困人員的實時通信、數據傳輸和信息共享。

深井救援裝備是指在深井救援技術實施過程中必要的硬件裝備和軟件平臺等。使用專用的救援裝備不僅能夠對被困人員提供救援支持，還能為搜救人員提供安全保護。例如：作為深井救援核心技術之一的生命探測技術，是準確探測和定位被困人員所在的重要支持，生命信息探測儀的研發(fā)為科學高效地進行生命探測提供了有效手段。

2 深井救援技術與裝備研究現狀

2.1 偵測裝備

深井偵測裝備用于地質勘測、環(huán)境監(jiān)測和生命信息獲取，包括地質勘測儀器、氣體檢測儀、井下相機等，能夠提供關鍵的地質信息、環(huán)境數據和生命跡象，為深井救援工作提供準確的偵測和監(jiān)測信息。

1） 地質偵測設備。隨著地質勘測和深井偵測領域的不斷發(fā)展，水下機器人在地質勘測、環(huán)境監(jiān)測和救援行動中扮演著越發(fā)重要的角色。水下機器人可分為自主水下機器人（Autonomous UnderwaterVehicle， AUV） 和有纜遙控水下機器人（RemotelyOperated Vehicle， ROV） 。2020 年， 加拿大DeepTrekker 公司[2]研制出DTG3 ROV 小型潛水機器人（圖2），配備了攝像機、聲吶、超短基線定位等傳感器，能夠更加準確、快速地獲取井下環(huán)境信息。英國Saab Seaeye 小型ROV[3]通過螺旋槳矢量推進，主要用于水下觀測，可安裝機械臂進行簡單抓取。為解決淺水水域搜救的難題，中國船舶科學研究中心（702 所）研發(fā)了一款適用于淺水水域搜救的遙控機器人， 能夠勝任水下傷員搜索和輔助打撈等任務[4]。AUV 能夠實現大范圍探測，作業(yè)不受電纜限制，但數據實時性和作業(yè)時間受到影響。ROV 依靠臍帶電纜提供動力，較AUV 的數據傳輸性能和續(xù)航能力更優(yōu)越，但限制了作業(yè)范圍，目前仍未有一種較好平衡作業(yè)范圍需求、數據實時有效傳輸、續(xù)航時間的水下機器人方案，不能很好地滿足深井救援的需求。現有方案只能執(zhí)行探測任務及簡單的輔助打撈任務，對救援人員的操作能力提出了較高要求，仍需深入研究水下切割、抓捕等復雜功能。同時，由于水域、環(huán)境不同，對搜救裝備的要求也不同，例如淡水水域和海水水域下的水下搜救裝備應根據環(huán)境在功能和性能上有所側重。

2） 環(huán)境信息偵測設備。該種設備能夠幫助救援人員實時監(jiān)測井下空氣質量，檢測有毒氣體濃度，提供安全氣體濃度范圍，確保救援人員的安全，為救援行動提供重要的安全保障。

MultiRAE 無線便攜式六合一氣體檢測儀是美國華瑞公司研制的一種多功能小型井下氣體檢測儀（圖3），可以檢測多種氣體含量，還可以進行模塊化裝卸[5]。這種小型井下氣體檢測儀的設計使其成為救援和監(jiān)測井下環(huán)境中有毒氣體的理想選擇，提供了一種有效的手段來確保救援人員在執(zhí)行任務時的安全。幾種典型氣體檢測儀檢測性能對比見表1。

聶琿等[6]提出的基于NB?IoT 的多傳感器數據融合技術能夠獲取豐富且有效的環(huán)境信息。戴海發(fā)等[7]提出利用傳感器測量值之間的差值自適應建立傳感器的后驗概率分布模型，通過剔除異常值使多傳感器數據自適應融合。

3） 生命信息偵測設備。UWB 雷達人員定位在深井救援中起關鍵作用。通過在深井內部部署多個節(jié)點，UWB 雷達系統可實時追蹤并提供高精度的定位信息，幫助救援人員快速準確地找到被困人員的位置（圖4）。這種定位系統適用于復雜的深井環(huán)境，可在狹窄、昏暗或有障礙物的條件下工作[8]。通過實時監(jiān)控被困人員的位置，救援人員可更好地制定救援計劃和采取適當的行動，提高救援效率和安全性[9]。西安科技大學研發(fā)出一種新型礦山鉆孔救援裝置，引入通信、網絡、圖像處理及多媒體技術，將井下災區(qū)的圖像、語音實時上傳至地面救災指揮部和礦山救援指揮中心，在救援過程中能夠快速準確獲取鉆孔通道信息、被困人員位置、災區(qū)氣體環(huán)境特征，實現井下被困人員與井上救援指揮人員的雙向視音頻通信[10-11]。

美國研發(fā)的Lifelocator 3+型生命探測雷達采用UWB 技術，可在災難現場幫助救援人員在2～3 min內探測到被困人員，但無法穿透大面積純金屬板[12]。Z. Pawel 等[13]研究了地下密閉空間失蹤人員搜尋技術，主要通過測量系統對預定聲學模式的檢測，實現人員位置辨別。Jiao Mingke 等[14]研究了可以探測到被廢墟、瓦礫、建筑物等掩埋或隱藏的人員的儀器。上述生命信息偵測設備均為固定器械，需對災害區(qū)域進行前期勘探或使用重型器械預打孔洞后投入使用，靈活性差，不適用于不開闊空間及含水深井等救援場景。

井下偵測救援無人機是一種專門應用于井下救援的無人機系統。該系統采用緊湊靈活的設計，配備高精度傳感器和相機，能夠在狹窄的井道環(huán)境中進行搜索和監(jiān)測，發(fā)現被困人員的位置。無人機具備強大的機動性和穩(wěn)定性，能夠輕松進入井道并進行搜尋[15-16]。同時，它還具備實時圖像傳輸和數據分析功能，能夠提供準確的目標定位信息。救援人員可通過遙控操作，實時監(jiān)測無人機傳回的圖像和數據，快速判斷被困人員的狀況和位置，從而制定救援方案[17-18]。如瑞士ELIOS 3 防碰撞偵測無人機（圖5）配備圖像和聲音傳輸功能，專為在惡劣環(huán)境下操作設計，具備防碰撞功能。井下偵測救援無人機的應用可大大提高救援效率，縮短救援時間，降低救援風險，但目前無人機多傳感器融合技術和防爆處理依然有待攻關，這極大限制了無人機在井下等惡劣環(huán)境下的應用。

2.2 挖掘/破拆裝備

深井救援中的挖掘/破拆裝備是用于解救被困在地下深井或井下作業(yè)場所的人員的關鍵工具，包括鉆探設備、爆破器械、挖掘機器人等。鉆探設備用于鉆孔，以便救援人員進入被困區(qū)域；爆破器械用于破壞巖石或其他障礙物，以便開辟通道，目前較為先進的有激光爆破技術[19-20]、無人駕駛挖掘機等。這些裝備需具備高效、靈活、安全的特點，以應對復雜的救援環(huán)境和緊急情況。

日本消防研究所開發(fā)了T?53（圖6）履帶式自動救援機器人，它配備了2 個具有7 個自由度的機械臂， 能進行精細操作[21]。波蘭科學技術大學的D. Derlukiewicz 等[22]通過有限元分析優(yōu)化，增強了在極端環(huán)境下使用的遙控拆除機器人的魯棒性。M. Haga 等[23]開發(fā)了一種自動控制挖掘深度的挖掘機裝置，顯著提升了挖掘效率。江蘇八達重工機械有限公司制造了一種雙動力雙臂的大型救援機器人（圖7），在四川雅安地震中[24]被投入使用。這類高效救援設備能迅速將標準工程機械改造為特定的重型救援工具，在災害發(fā)生后立即部署，不僅加快了救援進程，還增強了重型救援機械在生命救助方面的能力。但由于其體型龐大，僅適用于開闊地面作業(yè)，無法完成井下或密閉空間的破拆工作，目前針對狹窄深井等受限空間內快速破拆方法的研究和應用較少。

2.3 通信裝備

在救援中通信起著至關重要的作用。由于救援的特殊性，救援人員面臨許多困難和挑戰(zhàn)，如狹小的空間、惡劣的環(huán)境和高風險等。因此，有效的通信系統是確保救援工作順利開展的關鍵。2021 年“7·20 鄭州特大暴雨”導致鄭州292 人遇難，47 人失蹤，直接經濟損失達532 億元，鄭州通信基站大面積退服，多條通信光纜受損，通信基礎設施受損嚴重，給救援行動增加了極大的困難。在此次救援中，衛(wèi)星通信與無人機成為重要的應急通信利器，在局部區(qū)域構筑起高機動、高可靠性的空天地一體化通信網絡?？仗斓匾惑w化通信網絡優(yōu)勢在于可實現全球范圍內的通信覆蓋，具有較強的抗干擾能力和通信穩(wěn)定性[25]，適用范圍優(yōu)勢在于可在偏遠地區(qū)、災難現場和無法覆蓋的地區(qū)提供可靠的通信支持，為救援行動中的信息傳遞和指揮調度提供技術保障?？仗斓匾惑w化應急通信裝備體系如圖8 所示。

當前，國內外多家研究機構已對災后移動通信搜救裝備進行了研究。劉志博等[26]設計了一種基于碼分多址接入（Code Division Multiple Access，CDMA）通信系統的終端結合應急基站方法，并建立了完整的搜救指揮系統。姜鐵增[27]提出了基于LTE 信號的災后環(huán)境下信道建模與定位算法，并設計了基于無線電平臺的災后救援裝備。但上述研究對實際應用中的時間同步和低功耗等關鍵問題仍未給出解決方案。K. Takahata 等[28]將WiFi 網絡與移動通信網絡結合起來，建立了一種在災難發(fā)生之后用于通信的移動網絡。該網絡節(jié)點之間的通信鏈路具有多個信道，可根據距離、功率和傳輸信道頻率選擇最佳信道。近年來，隨著5G 技術的成熟和不斷應用，有些學者利用雙工通信、NOMA、Femtocell 等技術， 對5G 移動通信系統容量和頻譜效率進行研究改進，如周彥果[29]提出了無線全雙工網絡中兩階段競爭的全雙工媒體接入控制協議，解決了全雙工通信中隱藏節(jié)點問題，并增加了全雙工通信鏈路建立的機會。

2.4 吊升裝備

吊升是救援過程中的最后一步。救援吊升裝備作為一種重要的應急救援工具，對于解救被困人員、保障生命安全具有重要意義。傳統的救援吊升裝備存在一些局限性，如攜帶不便、操作復雜等。為了提高救援行動的效率和安全性，一些新的研究和產品逐漸興起。

丁昌鵬等[30]針對井下被困人員不同的姿勢，設計了一款井下抓取機械臂，可通過調整機械臂的抓取方式，分別對呈豎直狀態(tài)和平躺狀態(tài)的被困人員進行救援，并通過壓力傳感器及時反饋進行調整。李超[31]研制出一款基于柔性臂的小口徑深井救援機器人，該機器人具備設想溝通聯絡和柔性化救援等功能。張靖等[32]提出了小口徑深井救援新裝置和一種大口徑巖土鉆掘施工設備。別遠輝等[33]設計了一種具有仿生結構機械抓手的井下救援裝置，該裝置配有仿生型鉗夾結構，可模仿人類的手和胳膊對被困人員進行環(huán)抱抓取，從而最大限度地降低對被困人員的傷害。裴鍇等[34]提出了一種快速、高成功率的深井救援吊升裝置代替消防人員實施井下營救（圖9）。

3 深井救援裝備存在的問題

隨著科技的進步，我國在應對災害救援方面已取得了一定的成果，對于針對性的救援裝備已有了進一步研究，然而面對復雜多變的環(huán)境，現有的救援裝備并不能完全滿足，且沒有廣泛應用到救援行動中，原因分析如下。

3.1 救援裝備的通用性與專用性研究不足

救援裝備的通用性與專用性是影響其適用范圍和效能的重要因素，目前大部分救援裝備對其自身定位認知不同，導致其結構無法滿足救援需求。專用型裝備針對特定救援場景設計，能夠在特定環(huán)境下發(fā)揮出色的作用，如在高復雜性、多變性和環(huán)境惡劣性[35]的深井救援環(huán)境下，不同的井道結構、尺寸和環(huán)境可能導致通用型裝備無法完全適應，專用型裝備則能夠更好地滿足需求，如水下搜救機器人能夠實現水下環(huán)境偵測和目標探測功能，但仍存在運動效率較低、可靠性較差、密閉空間下通信距離較短等問題。此外，專用型裝備的設計和制造成本較高，且需針對每種特定場景進行研發(fā)，使其難以大規(guī)模推廣和應用。造價高昂、運維成本高、使用率低，且其他場景中可能無法適應等因素，導致大量救援資源浪費。

通用性裝備適用于多種救援場景，具有更廣泛的適應性。其設計面向火災、易燃易爆氣體、?；任ｋU場景，自身具有適應性強、極端環(huán)境可靠性高等特點。然而通用型裝備在特定場景中的專用性不足，無法充分考慮特定場景可能出現的災害和危險因素及復雜作業(yè)的可預見性，從而導致救援人員安全性和效率難以得到保障。此外，通用型裝備本身的設計無法滿足現代救援功能多樣化、結構輕量化、操作精細化的要求，如UWB 雷達和礦山鉆孔救援技術，裝備受到自身結構和質量限制，需同時研究精準快速垂直鉆孔技術，前期準備工作過多，使用條件苛刻，僅適用于小部分的救援偵測工作。

如何在結構和設計上實現通用型裝備專業(yè)化、多功能化、高效化，專用型裝備更專業(yè)化和一體化，在滿足救援需求的同時減少損耗、降低成本，是目前救援裝備領域存在的問題之一。

3.2 救援裝備智能化程度有待提升

1） 感知和識別能力不足。深井救援環(huán)境復雜且危險，裝備需能夠準確感知和識別各種情況和障礙物。目前的裝備仍依賴于人工判斷和操作，主要原因是探測器感知和識別能力在井下難以滿足需求，如目前灰狼算法、麻雀算法等較為優(yōu)秀的無人機路徑規(guī)劃算法，在實驗室能夠實現密閉空間障礙物識別及避障，但在井下應用時往往因為傳感器性能及環(huán)境客觀因素，無法準確識別地下障礙物的位置和形狀，導致偵測行動受限。

2） 精準控制及保護措施不足。救援裝備需能夠實現精準操作和控制，目前在這方面仍存在一定困難。在救援過程中，裝備的操縱手柄或按鈕操作不夠靈活和精準，導致救援行動受限。吊升裝備的吊艙不能智能化控制力度和精準度，導致被困人員在吊升時易受到不合理操作帶來的二次傷害，裝備的防護層設計薄弱，無法有效抵御外界的沖擊和傷害，導致救援人員面臨更大的風險。

3） 人機友好性有待提升。救援裝備應該具有良好的操作便捷性和人機交互系統，對于比較先進的裝備，應降低其操作門檻，使救援人員經過簡單的培訓就能使用。人機交互系統能夠通過人機界面等信息傳遞媒介，從聲音、圖形等不同的途徑快速了解現場情況。狹窄深井吊升裝備應配備柔性手臂與手爪抓取受困人員身體或衣物、柔性包裹裝置包裹受困人員、輔助照明和圖像監(jiān)控等裝置，可實現地面指揮操作下井自動固定和自動提升受困人員。

3.3 網絡協同能力難以滿足救援復雜環(huán)境要求

在救援現場，通信網絡的建立是救援成功的前提。通信基站快速搭建需要多部分的硬件進行部署和調制，復雜的基站搭建工作使通信難以快速恢復，極大地影響了救援進度。

對裝備通信而言，現有的救援裝備在信息交互和協同操作方面存在不足。裝備之間的信息傳遞方式單一，無法實現多方實時的信息共享和交流，如MultiRAE2 氣體探測器通過無線傳輸將探測信息傳遞給深入救援人員，救援人員再通過無線電傳遞至指揮中心，指揮中心再分撥信息至其他救援人員及設備，冗余操作極大地影響了信息的準確性和及時性。這導致救援人員在面對復雜環(huán)境時往往無法獲取到全面準確的信息，給井下救援工作帶來困難。此外，深井救援通常需多個裝備同時進行協同操作，以達到最佳的救援效果。目前的裝備在協同操作方面仍存在一定的困難，如裝備之間缺乏有效的協同機制和協同指令的傳遞方式，導致協同操作的效果不佳。這使得救援人員往往需要花費更多的時間和精力來協調各個裝備的行動，從而延誤救援行動的時間和效果。

3.4 救援裝備創(chuàng)新性研究不足

1） 傳感器融合?，F有的裝備往往依賴于人工操作和傳感器的簡單感知，目前單一的基礎傳感器已無法滿足復雜環(huán)境下的需求。因此，不僅需要引入先進的傳感器技術，如多線激光雷達、紅外傳感器、可調諧二極管激光吸收光譜（Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy， TDLAS）技術等，還要按照救援環(huán)境的復雜性對其進行分類，按照井下濕度、危險氣體、亮度等條件因素對不同特性傳感器進行融合，利用不同傳感器的數據差值對環(huán)境信息進行交叉互補，提高特定環(huán)境下的魯棒性和精準性，以更好地適應復雜環(huán)境，提高裝備對環(huán)境的感知能力。同時，還需要研發(fā)智能算法和模型，對感知數據進行實時處理和分析，以提供準確的環(huán)境信息支持。

2） 智能決策?，F有救援裝備在決策和規(guī)劃能力方面存在不足。水下或空中無人機在深井救援過程中為未知全圖的導航式探測，需要在偵測過程中進行復雜的決策和規(guī)劃，包括路徑選擇、偵測策略制定等。然而，目前的裝備在決策和規(guī)劃方面仍依賴于人工操作和判斷，缺乏自主的決策和規(guī)劃能力。在救援過程中，裝備無法根據實時情況快速且準確地決策和規(guī)劃，延緩救援進程，導致效率低下。引入先進的人工智能和機器學習技術，使裝備能夠分析環(huán)境數據和歷史經驗，做出智能決策并執(zhí)行行動，比如可以利用深度學習算法對救援場景進行識別和分類，從而為救援人員提供準確的決策支持。

3） 裝備輕量化、便攜化。由鋼鐵和鋁合金制造的救援裝備帶來的弊端是設備質量大及結構復雜導致運輸困難及操作不便，如2023 年重慶3 名工人被困29 m 深井，由于井下較窄、障礙物多，一般破拆裝備和吊升裝備因質量大和攜帶困難無法使用，救援人員采用手動工具破拆鋼筋，使得救援進度受到嚴重影響。通過引入先進的輕質材料，如碳纖維復合材料和高強度塑料材料，并對其結構進行輕量化、便攜化、多功能化優(yōu)化，可提高其耐用性和安全性，滿足救援復雜環(huán)境的需求，提高救援行動的效率和安全性。

4 深井救援裝備發(fā)展趨勢

4.1 救援裝備通用性/專用性細分，單一裝備向多功能性、高可靠性、高機動性發(fā)展

根據不同的深井事故環(huán)境，將廢棄枯井、市政深井、水井或機井、工程深井和其他窖井（如姜井、排煙井等）等不同環(huán)境進行分類，針對這些環(huán)境下的救援進行分類，對其需要使用的裝備和器械進行細分，根據這些需求，將新結構、新材料、新驅動等應用于救援裝備的機構設計中，進行整體設計，統一尺度。

在功能方面，保證新設備能夠靈活高效地在狹小空間等特殊場合完成既定功能，能夠滿足特定救援環(huán)境下的特定救援需求。

在材料方面，選用新型材料，能夠達到結構簡單、可靠性好、安全性高、輕量化、便攜化等特點，復雜條件下長時間使用不易發(fā)生疲勞、磨損、腐蝕等問題。

在組成方面，模塊化的快速拆裝結構是救援裝備的發(fā)展趨勢之一。將部分部件進行模塊化處理，不僅可以使救援裝備快速抵達救援現場，減少運輸困難，提高救援的時效性，還可以快速組裝后投入搶險救援任務。在救援過程中針對易損壞部件進行更替，降低裝備維修難度。

4.2 救援裝備智能化、精準化、自主決策化，實現智能裝備為主、人員為輔的救援模式

隨著國內基礎行業(yè)的快速發(fā)展，智能化救援已成為重要發(fā)展趨勢之一。智能化救援分為3 個階段。第1 階段，救援人員為主，裝備輔助。第2 階段，救援人員與裝備協同救援，共同承擔救援任務。第3 階段，智能裝備為主，救援人員為輔，提供特別決策。目前我國深井救援還停留在第1 階段，要實現智能救援還有很長的路要走，其發(fā)展趨勢如下：

在環(huán)境感知方面，通過采用先進的多模態(tài)傳感器技術與深度學習算法和支持向量機算法進行優(yōu)化結合，實現全方位、高效的環(huán)境信息提取，通過上位機對部分任務進行決策分析，多任務并行，實現災后環(huán)境快速準確感知，為下一步運動決策提供先決條件。

在自主決策方面，通過蒙特卡洛樹搜索算法及深度強化學習等相關技術對現場救援進行多維度分析，平衡連續(xù)性較強的數據波動，實時評估不同決策的價值，并選擇最優(yōu)的決策，大幅提高決策問題的求解效率，使救援裝備向復雜任務高效自主決策及高魯棒性方向發(fā)展。

4.3 構建急速組網、多模式組網、一體化救援網絡平臺

采用快速部署和自組織網絡技術，以無人機為載體、無線通信技術為橋梁，結合不同的通信技術，如蜂窩網絡、衛(wèi)星通信、無線局域網和物聯網等，形成多模式組網，在災后迅速建立起臨時通信網絡，快速連接救援人員和設備，建立一個集成各種通信技術和救援資源的一體化平臺，實現救援指揮中心與現場救援人員之間的實時通信和信息共享。平臺集成語音通話、視頻傳輸、位置定位、傳感器數據采集等功能，為救援行動提供全方位的支持，實現實時的信息傳輸和協調。采用邊緣計算、邊緣網絡和5G 技術，以減少數據傳輸延遲和網絡擁堵，提供更快速的通信和數據處理能力，支持實時監(jiān)控、智能分析和決策、高清視頻傳輸、虛擬現實等應用。

5 結語

深井救援技術與裝備是保障人員安全和快速救援的關鍵。無人機、機器人和遙控設備的應用，為深井救援提供了新的手段和可能性。同時，現代5G 及MESH（無線網格）組網等通信技術的發(fā)展，為深井救援提供了更快速、更可靠的通信手段。通過引入碳纖維復合材料和耐高溫合金等新材料、創(chuàng)新設計、多樣化救援方式、智能化技術、高效數據處理和創(chuàng)新人機交互方式，提升裝備的智能化程度，滿足救援復雜環(huán)境的需求，提高救援行動的效率和安全性。

未來深井救援裝備由單一裝備向多功能性、高可靠性、高機動性發(fā)展，通過不同救援場景進行專用性和通用性劃分；集成可調諧半導體激光吸收光譜（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）雖然目前并沒有達到救援標準，但其高分辨率、高靈敏度和可集成化在未來將會發(fā)揮重要作用，可實現環(huán)境監(jiān)測裝備的高集成、輕量化、高效化。將以實現智能裝備為主、人員為輔的救援目標，朝著更智能化、自動化的方向發(fā)展。深井救援技術裝備不斷發(fā)展，為應急搶險救災提供更加有力的保障，是在重大自然災害和人為事故救援中提高救援效率、保障救援人員和受困人員生命安全的重要途徑。

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基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2023YFC3010905）；國家自然科學基金資助項目（52174197）；陜西省應急救援裝備能力評估項目（2023HZ1554）。