增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR技術(shù)在應(yīng)急救援中應(yīng)用的探討

趙家浩+劉凱+馬名開(kāi)+田玉華

摘 要：通過(guò)事實(shí)證明，針對(duì)各類事故進(jìn)行應(yīng)急救援預(yù)案演練，可以在事故發(fā)生時(shí)提高各級(jí)應(yīng)急救援人員的救援熟練度和應(yīng)急反應(yīng)力、強(qiáng)化各部門(mén)之間的配合，傳統(tǒng)的應(yīng)急救援演練花費(fèi)大、效率低，不能進(jìn)行多次重復(fù)性演練、不能對(duì)多種應(yīng)急救援后果進(jìn)行對(duì)比。近幾年興起的應(yīng)急救援仿真演練克服了傳統(tǒng)應(yīng)急演練的缺點(diǎn)，但其是根據(jù)應(yīng)急預(yù)案提前進(jìn)行演練劇情編輯與設(shè)計(jì)，演練劇情是人為主導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不具備實(shí)戰(zhàn)化。隨著科技的發(fā)展，具備遠(yuǎn)程操控、及時(shí)成像定位、無(wú)線通訊及設(shè)備輕便的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR技術(shù)，開(kāi)始應(yīng)用于現(xiàn)代應(yīng)急演練及救援工作中，使更加高效安全地實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援工作成為可能。本文重點(diǎn)介紹增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義及其特點(diǎn)，闡述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在應(yīng)急救援中的應(yīng)用，從遠(yuǎn)程應(yīng)急指揮、掌握精準(zhǔn)信息、科技安全救援、實(shí)戰(zhàn)性應(yīng)急演練四個(gè)方面進(jìn)行探討分析，認(rèn)為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)必定會(huì)在應(yīng)急救援工作產(chǎn)生更多應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)一步提升應(yīng)急救援工作實(shí)力。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；應(yīng)急救援；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U698 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）2-0028-03

1引言

近些年，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，災(zāi)害事故的多發(fā)性和應(yīng)急救援任務(wù)的艱巨性日益凸顯，處置難度也越來(lái)越大，各種災(zāi)害事故呈現(xiàn)出突發(fā)性、多發(fā)性、連鎖性、擴(kuò)展性、復(fù)雜性和不可預(yù)見(jiàn)性的特點(diǎn)。根據(jù)國(guó)家安全生產(chǎn)應(yīng)急救援指揮中心官方網(wǎng)站信息公布，自其成立以來(lái)，共指導(dǎo)協(xié)調(diào)全國(guó)礦山、危險(xiǎn)化學(xué)品應(yīng)急救援隊(duì)伍參與11.2萬(wàn)起事故應(yīng)急救援。

通過(guò)事實(shí)證明，針對(duì)各類事故進(jìn)行應(yīng)急救援預(yù)案演練，可以在事故發(fā)生時(shí)提高各級(jí)應(yīng)急救援人員的救援熟練度和應(yīng)急反應(yīng)力、強(qiáng)化各部門(mén)之間的配合，有效減少事故造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失 。但傳統(tǒng)的應(yīng)急演練花費(fèi)大、效率低，不能進(jìn)行多次重復(fù)性演練、不能對(duì)多種應(yīng)急救援后果進(jìn)行對(duì)比，照本宣科，演練效果并不明顯。

隨著建模與仿真技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)急救援模擬訓(xùn)練克服了傳統(tǒng)應(yīng)急演練的缺點(diǎn)，具有訓(xùn)練成本低、效率高、安全性好、可重復(fù)演練、不受時(shí)空環(huán)境限制等優(yōu)點(diǎn)，受到各部門(mén)、企業(yè)的重視。計(jì)算機(jī)可以對(duì)真實(shí)災(zāi)害環(huán)境下的搶險(xiǎn)救援組織指揮，事故現(xiàn)場(chǎng)處置措施進(jìn)行模擬，目前，通過(guò)建立應(yīng)及救援指揮模擬訓(xùn)練模型，開(kāi)展計(jì)算機(jī)模擬訓(xùn)練，已成為增強(qiáng)應(yīng)急救援指揮能力和現(xiàn)場(chǎng)處置能力的重要手段和有效措施。2014年5月11日，北京市安監(jiān)局組織北京市第一屆礦山救援技術(shù)競(jìng)賽。競(jìng)賽中，專門(mén)增加了事故模擬仿真救援比賽項(xiàng)目，第一次將模擬仿真應(yīng)用于應(yīng)急救援比武。2014年11月12日，北京市交通委員會(huì)和北京市安監(jiān)局聯(lián)合主辦道路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸從業(yè)人員應(yīng)急處突技能競(jìng)賽，這次競(jìng)賽中，也專門(mén)設(shè)置3D模擬仿真競(jìng)賽項(xiàng)目，模擬運(yùn)輸甲醇的常壓罐車在公路隧道中被大貨車追尾導(dǎo)致泄漏、起火的事故場(chǎng)景，進(jìn)行事故處置和救援考核。2017年4月21日，中國(guó)石化安全工程研究院組織的應(yīng)急處置仿真演練在齊魯石化安全仿真培訓(xùn)基地上演，首次采用網(wǎng)絡(luò)直播的方式對(duì)應(yīng)急演練全程直播。

目前，上述應(yīng)急救援仿真演練需要依托3D-GIS、3D虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）軟件等平臺(tái)，根據(jù)應(yīng)急預(yù)案提前進(jìn)行演練劇情編輯與設(shè)計(jì)。歸根結(jié)底，演練的劇情是人為主導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。但由于人類的有限理性、環(huán)境的動(dòng)蕩性以及科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展所注入的更多不確定性因素，現(xiàn)代社會(huì)環(huán)境中所爆發(fā)的各種事故遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人類的預(yù)見(jiàn)能力和應(yīng)對(duì)能力，人為并不能設(shè)計(jì)出所有演練劇情。通過(guò)應(yīng)急演練，在不斷強(qiáng)化應(yīng)急救援能力的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體的應(yīng)急救援情景，以變應(yīng)變，臨機(jī)應(yīng)景地做出正確的決策才是最有效的應(yīng)急救援方式。從應(yīng)急救援的角度講，專業(yè)指揮命令下達(dá)、事故現(xiàn)場(chǎng)信息精準(zhǔn)傳達(dá)以及應(yīng)急裝備應(yīng)用，對(duì)應(yīng)急救援都具有決定性作用。但由于現(xiàn)有應(yīng)急機(jī)制及設(shè)備限制，救援現(xiàn)場(chǎng)很難及時(shí)得到專業(yè)指揮，應(yīng)急救援人員仍需要用肉眼直觀判斷現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，決定救援方案。隨著科技的發(fā)展，具備遠(yuǎn)程操控、即時(shí)成像定位、無(wú)線通訊及設(shè)備輕便的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR技術(shù)，開(kāi)始應(yīng)用于現(xiàn)代應(yīng)急救援工作中，使更加高效安全地實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援工作成為可能。

2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

2.1增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)定義

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality Technique，簡(jiǎn)稱AR），又名“增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”、“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”、“混合現(xiàn)實(shí)”。它是在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，是通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場(chǎng)景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的“增強(qiáng)”。它將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體或關(guān)于真實(shí)物體的非幾何信息疊加到真實(shí)世界的場(chǎng)景之上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)真實(shí)世界的增強(qiáng)。

2.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)

2.2.1真實(shí)世界和虛擬世界的信息集成

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在真實(shí)世界的基礎(chǔ)上建立虛擬世界，但并不完全取代現(xiàn)實(shí)環(huán)境，而是為現(xiàn)實(shí)服務(wù)，讓虛擬化的三維物理在立體化的全景視野中根據(jù)用戶需求交互轉(zhuǎn)換，將虛擬世界與用戶所處真實(shí)世界融合在一起，通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的增強(qiáng)來(lái)強(qiáng)化用戶的感受與體驗(yàn)。

2.2.2實(shí)時(shí)交互性

實(shí)時(shí)交互是指用戶可以依靠對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的信息的獲取，從而實(shí)時(shí)得到反饋信息。通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)事物的迅速識(shí)別，然后在設(shè)備中合成，將混合信息準(zhǔn)確傳達(dá)給用戶，實(shí)現(xiàn)虛擬與真實(shí)信息的同步傳播，提供用戶一個(gè)能實(shí)時(shí)交互虛實(shí)結(jié)合的增強(qiáng)環(huán)境，使用戶可以在真實(shí)世界中真實(shí)地感受來(lái)自虛擬世界的事物。

2.2.3在三維尺度空間中增添定位虛擬物體

要實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界和虛擬世界的完美融合，需要將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬物體顯示在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的正確位置，即使用戶在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這個(gè)定位過(guò)程也可以保持虛擬場(chǎng)景在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的存在性和一體性。

3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在應(yīng)急救援中的應(yīng)用

3.1遠(yuǎn)程應(yīng)急指揮

事故發(fā)生時(shí)，專業(yè)指揮對(duì)現(xiàn)場(chǎng)救援至關(guān)重要。但往往事發(fā)突然，專家無(wú)法在第一時(shí)間趕到現(xiàn)場(chǎng)，容易錯(cuò)過(guò)救援的黃金時(shí)間。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可將現(xiàn)場(chǎng)情況遠(yuǎn)程傳輸?shù)綉?yīng)急指揮中心，以3D成像技術(shù)還原現(xiàn)場(chǎng)，救援專家可根據(jù)立體場(chǎng)景，布局現(xiàn)場(chǎng)工作，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳回的圖像進(jìn)行跟蹤，實(shí)時(shí)下達(dá)救援命令。同時(shí)可以允許各級(jí)指揮員同時(shí)觀看、討論，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)信息的高度共享，有利于及時(shí)做出正確的救援決策。對(duì)于復(fù)雜事故現(xiàn)場(chǎng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的遠(yuǎn)程指揮優(yōu)勢(shì)更為突出。天津港“8.12”事故起因是危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸，且臨近住宅區(qū)，救援工作不僅依靠應(yīng)急救援隊(duì)員，還需要公安民警、化學(xué)專家、防化專家等多方配合。若建立增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)指揮平臺(tái)，進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮，可實(shí)現(xiàn)多地實(shí)時(shí)對(duì)接，及時(shí)匯聚各行業(yè)、各地方專家，在救援黃金時(shí)間內(nèi)，最大發(fā)揮救援力量，將損失降至最低。以色列軍方AR實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)展上述工作，Rotem Bashi少校在TED演講上展示了AR在緊急救援中的應(yīng)用，分享了將Hololens（微軟公司開(kāi)發(fā)的一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示器）用于應(yīng)急救援、救援教學(xué)以及遠(yuǎn)程協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)處置等構(gòu)想。endprint

3.2掌握精準(zhǔn)信息

指揮中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的了解至關(guān)重要，應(yīng)急救援人員對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境的判斷，也直接影響救援效果?，F(xiàn)場(chǎng)指揮依靠圖紙了解現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，但應(yīng)急救援人員進(jìn)入火場(chǎng)后，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息獲取，且現(xiàn)有無(wú)線通訊設(shè)備只能實(shí)現(xiàn)聲音溝通，不利于現(xiàn)場(chǎng)救援人員交流。若為救援部隊(duì)配備增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)眼鏡和頭盔，可將現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)造圖、周邊電網(wǎng)與消防管網(wǎng)平面布置圖及其它救援工作信息傳輸給救援隊(duì)員，救援人員借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備生成的圖像，與現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)環(huán)境匹配，精準(zhǔn)定位最佳救援路線，選擇最優(yōu)救援手段，尋找最近消防栓位置，方便人員間位置確認(rèn)及交流，提高救援效率，防止因救援手段使用失誤造成二次事故的情況發(fā)生。

3.3科技安全救援

對(duì)于身著沉重防護(hù)服的應(yīng)急救援隊(duì)員而言，輕便的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)眼鏡與頭盔設(shè)備便于攜帶，相對(duì)于手持通信、成像設(shè)備，現(xiàn)實(shí)技術(shù)眼鏡與頭盔設(shè)備可大大解放消防隊(duì)員雙手，使其注意力集中在事故處理。以手指觸碰作為操作動(dòng)作的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)于帶著厚重防護(hù)手套的火災(zāi)事故應(yīng)急救援隊(duì)員，更便于操作。當(dāng)應(yīng)急救援隊(duì)員佩戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)眼鏡與頭盔進(jìn)入事故現(xiàn)場(chǎng)后，指揮中心將現(xiàn)場(chǎng)平面圖投射于救援人員手套上，隊(duì)員通過(guò)點(diǎn)觸動(dòng)作操作圖像呈現(xiàn)，并激活無(wú)線電通訊設(shè)備與指揮中心、隊(duì)友建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)科技安全救援。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究員們基于熱感攝像機(jī)原理發(fā)明了一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備，幫助消防人員在煙霧和黑暗中獲得清晰視野。事實(shí)上，很多應(yīng)急救援人員已經(jīng)開(kāi)始使用熱感攝像機(jī)，但如上文所述，目前應(yīng)用的攝像機(jī)體積龐大，并且需要手持，工作效率低，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急救援要求。

3.4實(shí)戰(zhàn)性應(yīng)急演練

以美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)一支名為“增強(qiáng)沉浸式訓(xùn)練（Augmented Immersive Team trainer，簡(jiǎn)稱AITT）”的小組為例，該小組運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)全面拓展士兵視聽(tīng)功能，增強(qiáng)士兵實(shí)戰(zhàn)能力，大量節(jié)省訓(xùn)練物資投入。借鑒國(guó)外軍事經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)應(yīng)急救援演練可以借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，增加更多實(shí)景演練，與傳統(tǒng)應(yīng)急演練以及應(yīng)急仿真演練相比，運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)急救援演練，可以將虛擬世界信息與真實(shí)世界信息重疊，模擬應(yīng)急救援場(chǎng)景， 演練人員不僅可以看到現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景，而且可以看到場(chǎng)景中各種增加的虛擬物體，增強(qiáng)“臨場(chǎng)感”，從而使應(yīng)急救援人員具備更多救援經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)臨場(chǎng)應(yīng)變能力，使應(yīng)急救援演練更加實(shí)戰(zhàn)化。

4結(jié)論

隨著移動(dòng)通訊和搜索引擎技術(shù)的快速發(fā)展，將會(huì)促使增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)獲得迅猛發(fā)展，成為最具影響力的技術(shù)之一。應(yīng)急救援遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)指揮、現(xiàn)場(chǎng)信息精準(zhǔn)掌握、裝備科學(xué)安全配備、演練不斷趨近實(shí)戰(zhàn)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)必定會(huì)在應(yīng)急救援工作產(chǎn)生更多應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)一步提高應(yīng)急救援工作實(shí)力。

參考文獻(xiàn)

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