基于無(wú)線圖傳技術(shù)的搜救犬應(yīng)用指揮系統(tǒng)

李大偉 吳 疆

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)急救援的裝備建設(shè)不斷向智能化、現(xiàn)代化發(fā)展，通過(guò)大數(shù)據(jù)、無(wú)線通訊、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人等途徑，不斷提升應(yīng)急救援的指揮水平以及現(xiàn)場(chǎng)處理能力。相比較之下，應(yīng)急搜救犬技術(shù)的信息化、智能化建設(shè)還急需加強(qiáng)。

一、搜救犬實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

（一）搜救犬的重要作用和優(yōu)勢(shì)

救援犬是完成應(yīng)急救援任務(wù)的一支特殊隊(duì)伍，是搶險(xiǎn)救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)不可或缺的重要力量，是減少災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)人身財(cái)產(chǎn)損失的重要保障,在救援行動(dòng)中發(fā)揮著不可替代的作用。

目前，搜救幸存人員手段主要有人工搜尋、生命探測(cè)裝備尋找、搜救犬搜尋。人工搜尋是傳統(tǒng)的方法，只能發(fā)現(xiàn)幸存者的大概位置而不能準(zhǔn)確定位；音頻、視頻、雷達(dá)等生命探測(cè)裝備雖然已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是需要人工操作，并且搜救面積小、環(huán)境要求高，在復(fù)雜災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，受到空間、環(huán)境等因素限制，搜救的效果不是很理想。搜救犬則能利用自身生物特性及優(yōu)勢(shì)，立足人體氣味的唯一性、特殊性的原理，結(jié)合生物條件反射的規(guī)律，克服環(huán)境因素的干擾，利用犬靈敏的聽(tīng)覺(jué)嗅覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行綜合處理，并作出判斷結(jié)果，為現(xiàn)場(chǎng)救援采取措施提供決策依據(jù)，能有效彌補(bǔ)人和儀器設(shè)備的不足，是執(zhí)行搜救任務(wù)特別是急難險(xiǎn)重任務(wù)時(shí)的一支“奇兵”。實(shí)踐中，搜救犬在汶川地震、玉樹(shù)地震等重大地質(zhì)災(zāi)害的搜救工作中，發(fā)揮了人和儀器難以發(fā)揮或根本不能發(fā)揮的重要作用。

（二）搜救犬實(shí)戰(zhàn)中的局限性

搜救犬的使用范圍廣泛，包括火災(zāi)、建筑物坍塌、地震、雪崩、泥石流等災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)對(duì)被埋壓人員的搜索，以及山區(qū)、密林等復(fù)雜自然環(huán)境下失蹤人員的搜救，還包括水域遇難人員尸體的搜索和溺水人員的救助，使用的廣泛性決定了搜救犬使用環(huán)境的復(fù)雜性，在實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用中也不可避免地存在著局限性。

一是搜救犬在訓(xùn)導(dǎo)員視距范圍外時(shí)，無(wú)法有效作戰(zhàn)。訓(xùn)導(dǎo)員攜帶搜救犬在執(zhí)行某些環(huán)境限制的任務(wù)時(shí)，例如深入狹小空間、倒塌危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)時(shí)，經(jīng)常遇到人員不能進(jìn)入需要犬獨(dú)立完成的情況。這時(shí)訓(xùn)導(dǎo)員不能及時(shí)獲取內(nèi)部情況，也不能在視距范圍外對(duì)搜救犬進(jìn)行有效指揮，直接影響了搜救工作的順利開(kāi)展，輕則貽誤戰(zhàn)機(jī)、誤導(dǎo)搜救工作，重則造成人員傷亡。

二是訓(xùn)導(dǎo)員自身安全難以保障。目前，在災(zāi)害搜救現(xiàn)場(chǎng)，訓(xùn)導(dǎo)員在攜犬執(zhí)行搜救工作時(shí)，主要以牽引繩、口令等方式近距離指揮搜救犬進(jìn)行工作，訓(xùn)導(dǎo)員和搜救犬必須保持很近的距離。 但是在地震、火災(zāi)、雪崩、建筑物倒塌等災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，訓(xùn)導(dǎo)員不得不冒著危險(xiǎn)，進(jìn)入災(zāi)后的廢墟指揮搜救犬進(jìn)行工作。在這種工作環(huán)境下，訓(xùn)導(dǎo)員面臨二次災(zāi)害發(fā)生的巨大危險(xiǎn)，承受巨大的心理壓力，稍有不慎，極容易發(fā)生搜救人員傷亡的情況。同時(shí)，也極易造成訓(xùn)導(dǎo)員動(dòng)作變形，口令音調(diào)變化等，影響搜救犬的正常發(fā)揮。

三是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集存在困難。在開(kāi)展救援工作時(shí)，都需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)和音視頻數(shù)據(jù)的記錄保存，而災(zāi)后的搜救現(xiàn)場(chǎng)，地表?xiàng)l件和周?chē)h(huán)境一般都比較惡劣甚至仍然存在危險(xiǎn)，數(shù)據(jù)的采集除現(xiàn)場(chǎng)人員手持或佩戴相關(guān)設(shè)備外，還可以通過(guò)人工智能機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等手段開(kāi)展，但是也存在局限性，如廢墟掩蓋下的狹小空間無(wú)法到達(dá)、存在災(zāi)害隱患不能深入采集、以及搜救犬超出視距范圍時(shí)無(wú)法捕捉視頻資料等困難。

二、搜救犬無(wú)線圖傳綜合指揮系統(tǒng)建設(shè)的可行性

為更好地推進(jìn)搜救犬的現(xiàn)代化、專(zhuān)業(yè)化、智能化建設(shè)，解決其在實(shí)戰(zhàn)中存在的問(wèn)題，不斷提升搜救犬作業(yè)能力，通過(guò)將傳統(tǒng)的工作犬技術(shù)和無(wú)線通訊技術(shù)有機(jī)結(jié)合，開(kāi)展了資源整合和技術(shù)研發(fā)，初步構(gòu)建了“搜救犬無(wú)線圖傳綜合指揮系統(tǒng)”，努力推動(dòng)搜救犬訓(xùn)練、使用體系的轉(zhuǎn)型升級(jí)，以更好地適應(yīng)新時(shí)期對(duì)消防救援工作“全災(zāi)種、大應(yīng)急”的新要求，更好地完成各類(lèi)應(yīng)急救援任務(wù)。

（一）當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類(lèi)技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀

國(guó)際上，日本開(kāi)展了搜救犬智能背心的研發(fā)，東京大學(xué)研發(fā)出智能背心，內(nèi)置GPS和攝像頭，能通過(guò)GPS快速定位待救人員的位置，通過(guò)攝像機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)圖像，但當(dāng)搜救犬獨(dú)自進(jìn)入倒塌建筑時(shí)，視頻信息便會(huì)中斷。國(guó)內(nèi)，也有廠家進(jìn)行搜救犬智能背心的研發(fā)，內(nèi)置GPS和攝像頭，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)將圖像傳輸?shù)接?xùn)導(dǎo)員的手持PAD。

（二）搜救犬無(wú)線圖傳綜合指揮系統(tǒng)的作用

搜救犬無(wú)線圖傳綜合系統(tǒng)，是在內(nèi)置GPS和攝像頭的基礎(chǔ)上，通過(guò)在背心上加入LTE專(zhuān)網(wǎng)和4G公網(wǎng)通信模塊，并加入音視頻交互功能，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離精確指揮的功能，填補(bǔ)非視距指揮及生命體征監(jiān)控的應(yīng)用空白。通過(guò)本系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)指揮平臺(tái)能與訓(xùn)導(dǎo)員、搜救犬之間的信息實(shí)時(shí)傳輸，搜救犬能將到達(dá)范圍內(nèi)的音頻、視頻、環(huán)境指標(biāo)、生化指標(biāo)等綜合信息實(shí)時(shí)傳輸給訓(xùn)導(dǎo)員以及現(xiàn)場(chǎng)指揮平臺(tái)；現(xiàn)場(chǎng)指揮平臺(tái)能掌握救援現(xiàn)場(chǎng)搜救犬和帶犬員的分布情況，能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)搜救范圍進(jìn)行劃分，能及時(shí)傳達(dá)指令，提高搜救處置能力。同時(shí)，通過(guò)無(wú)線圖傳裝置能掌握搜救犬工作狀態(tài)，如工作時(shí)長(zhǎng)，心率、呼吸等生命體征，可有效保護(hù)搜救犬。并且可以接入復(fù)雜重大災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度指揮平臺(tái)，形成全方位立體搜救網(wǎng)絡(luò)，提升搜救綜合能力。

三、搜救犬無(wú)線圖傳綜合指揮系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵及主要功能

搜救犬無(wú)線圖傳系統(tǒng)主要由5部分組成，分別是搜救犬智能背心、訓(xùn)導(dǎo)員現(xiàn)場(chǎng)指揮終端、現(xiàn)場(chǎng)自組網(wǎng)基站、現(xiàn)場(chǎng)指揮平臺(tái)、圖像綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)搜救現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和圖像監(jiān)控，訓(xùn)導(dǎo)員向搜救犬下達(dá)指令，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)指揮平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)搜救分隊(duì)進(jìn)行管理的目標(biāo)。

（一）技術(shù)關(guān)鍵

1.現(xiàn)場(chǎng)指揮平臺(tái)

由MCU服務(wù)器、流媒體服務(wù)器和存儲(chǔ)服務(wù)器構(gòu)成，負(fù)責(zé)前端設(shè)備的接入、碼流處理、轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)等。指揮中心通過(guò)指揮視頻終端實(shí)現(xiàn)前端監(jiān)控、遠(yuǎn)程指揮和會(huì)商。

2.圖像綜合管理平臺(tái)

主要由4G高清單兵、運(yùn)動(dòng)相機(jī)、藍(lán)牙音箱及搜救犬背心組成。通過(guò)4G高清單兵將搜救現(xiàn)場(chǎng)圖像傳回，接收訓(xùn)導(dǎo)員的指令。

3.訓(xùn)導(dǎo)員現(xiàn)場(chǎng)指揮子系統(tǒng)

主要設(shè)備為便攜式指揮終端，由訓(xùn)導(dǎo)員攜帶，可實(shí)時(shí)查看搜救犬的搜救圖像，必要時(shí)可遠(yuǎn)程下達(dá)指令，還可向后方指揮中心匯報(bào)搜救情況。

（二）主要功能

1.實(shí)時(shí)圖傳

在4G公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)環(huán)境下，可穩(wěn)定傳輸1080P 30幀。救援現(xiàn)場(chǎng)和指揮中心均可實(shí)時(shí)查看搜救犬傳回的搜救圖像。

2.遠(yuǎn)程指揮

在非視距范圍搜救時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)訓(xùn)導(dǎo)員可根據(jù)搜救犬傳回的圖像和聲音進(jìn)行評(píng)判，及時(shí)對(duì)搜救犬下達(dá)搜救或撤退指令。

3.搜救定位

前端圖傳設(shè)備具有GSP和北斗衛(wèi)星定位功能，將搜救犬的定位信息上傳，在地圖上可顯示當(dāng)前位置及已搜救的區(qū)域。

4.視頻存儲(chǔ)

前端圖傳設(shè)備具備錄像功能，可將整個(gè)搜救過(guò)程全程記錄，本地存儲(chǔ)即使斷網(wǎng)也可保證視頻不丟失，也可自動(dòng)平臺(tái)錄像。

（三）主要特點(diǎn)

1.1080P高清圖像

支持H.265編解碼技術(shù)，512kbps即可傳輸1080P30幀高清圖像，攝像機(jī)支持夜視。

2.視頻防抖技術(shù)

采用了最新電子防抖技術(shù)，可有效解決搜救犬在跑動(dòng)過(guò)程中圖像抖動(dòng)的問(wèn)題。

3.語(yǔ)音高保真

支持回音消除、噪音抑制，真實(shí)還原人聲，讓搜救犬能聽(tīng)懂訓(xùn)導(dǎo)員發(fā)出的指令。

4.4G公網(wǎng)和專(zhuān)網(wǎng)

內(nèi)置雙4G模塊，支持4G公網(wǎng)和4G專(zhuān)網(wǎng)（LTE自組網(wǎng)）傳輸，公網(wǎng)癱瘓可啟用專(zhuān)網(wǎng)傳輸。

通過(guò)搜救犬無(wú)線圖傳綜合指揮系統(tǒng)的構(gòu)建，將在有效解決遠(yuǎn)距離指揮問(wèn)題的同時(shí)，最大限度地保障搜救人員和搜救犬的安全，同時(shí)能夠有效采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，為制定合理搜救方案、提高搜救效率提供有力支撐，極大提高了搜救犬技術(shù)的智能化、科學(xué)化、專(zhuān)業(yè)化水平，將有力促進(jìn)應(yīng)急救援工作。