羅 鵬,謝先啟,陳德志,陳 晨,周祥磊,孫金山,王 威
(1.武漢科技大學(xué) 理學(xué)院,武漢 430065;2.江漢大學(xué) 精細(xì)爆破國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430056;3.武漢爆破有限公司,武漢 430056;4.中鋼集團(tuán) 武漢安全環(huán)保研究院有限公司,武漢 430081)
爆破安全警戒是城市控制爆破工程中的重要一環(huán),裝藥爆破前控制各警戒點(diǎn),疏散警戒范圍內(nèi)的人員,確保警戒范圍內(nèi)無(wú)人員滯留,直至爆破結(jié)束解除警戒。通常警戒疏散工作是依靠人力對(duì)警戒范圍進(jìn)行排查,該方法適用于爆區(qū)環(huán)境簡(jiǎn)單、人員稀少的情況。若爆破警戒范圍地形復(fù)雜、障礙物多或光線昏暗、天氣惡劣時(shí),存在警戒盲點(diǎn),造成疏散困難、遺漏等情況,且需耗費(fèi)大量人力及時(shí)間,存在重大安全隱患。
金婺大橋東西向橫跨武義江,是連接開(kāi)發(fā)區(qū)、婺城區(qū)、金東區(qū)交通要道。警戒距離為傾倒方向不小于350 m,兩側(cè)及后方不小于200 m,實(shí)際警戒范圍約373 140 m2。爆破規(guī)模大,涉及區(qū)域多、范圍廣,爆區(qū)周邊人員多、路口交錯(cuò)車(chē)流大,建筑群密集、環(huán)境復(fù)雜,且該橋?qū)鹑A發(fā)展歷史意義重大,爆區(qū)周邊多江濱公園,觀看爆破視角佳,容易吸引大量人員聚集圍觀,爆破安全問(wèn)題引起金華市高度重視。爆破作業(yè)分3天2夜完成,于第3日06點(diǎn)45分起爆。本工程裝藥警戒時(shí)間長(zhǎng),警戒疏散時(shí)間段視線昏暗、范圍大,針對(duì)工程實(shí)際,結(jié)合AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)Augmented Reality)實(shí)景監(jiān)控、無(wú)人機(jī)、紅外熱成像儀,建立了一種全方位實(shí)時(shí)可視爆破安全警戒監(jiān)控搜索系統(tǒng)來(lái)保障爆破警戒疏散工作的順利進(jìn)行。
爆破安全警戒是城市控制爆破中的重要一環(huán),通常要成立爆破指揮部,全面指揮和統(tǒng)籌安排爆破工程的各項(xiàng)工作,流程分為7步:
(1)根據(jù)爆破規(guī)模、環(huán)境復(fù)雜程度、爆破有害效應(yīng)范圍確定裝藥警戒范圍,爆破警戒范圍,警戒點(diǎn)位置、數(shù)量。
(2)根據(jù)各警戒的重要程度、工作量分配警戒人數(shù)。
(3)警戒、疏散人員至少提前1天熟悉警戒點(diǎn)、疏散范圍。
(4)爆破前,按規(guī)定發(fā)布爆破公告并設(shè)置警戒線、警示牌等。
(5)警戒人員按時(shí)按點(diǎn)上崗,開(kāi)展警戒工作并封閉交通,禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入。
(6)疏散人員按疏散范圍進(jìn)行人員疏散,完成后向指揮部匯報(bào)疏散情況,并撤離至指定安全區(qū)域。
(7)爆破完成經(jīng)檢查確認(rèn)無(wú)誤后,警戒人員按警戒解除命令撤離、恢復(fù)交通,完成爆破安全警戒工作。
爆破作業(yè)3天2夜,秋冬季節(jié)清晨06點(diǎn)45分起爆,帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題。其一,爆炸物品現(xiàn)場(chǎng)停留時(shí)間長(zhǎng),如何保證安全,尤其是夜間安全;其二,爆破警戒范圍內(nèi)地形復(fù)雜,公園內(nèi)涼亭、衛(wèi)生間、地下通道眾多,沿江樹(shù)密草深,如何在凌晨視野不明情況下,全面、有序、高效完成爆破警戒疏散工作。為此,爆破安全警戒需要做到以下3點(diǎn):
(1)警戒范圍廣,需要監(jiān)控全覆蓋,確保警戒無(wú)死角,保證指揮部真正做到全面指揮。
(2)爆破位于交通樞紐,指揮部需要調(diào)動(dòng)社會(huì)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控畫(huà)面,擴(kuò)大管控范圍,防患于未然。
(3)消除夜間視線不明影響,確保人員疏散高效、無(wú)死角、不遺漏。
(1)多數(shù)情況下,現(xiàn)場(chǎng)未安裝視頻監(jiān)控,指揮部與各聯(lián)絡(luò)點(diǎn)溝通設(shè)備僅限于對(duì)講機(jī)或手機(jī),指揮不可視。
(2)少數(shù)情況下,現(xiàn)場(chǎng)安裝了攝像頭,指揮部能通過(guò)投影監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)情況,但觀看視角通常固定,不能調(diào)節(jié)遠(yuǎn)近,無(wú)法全方位多角度跟蹤事件發(fā)展,且反饋的僅為畫(huà)面信息,需要人為分析數(shù)據(jù),并轉(zhuǎn)化為判斷依據(jù),再進(jìn)行處理,全局把控能力低,智能程度低。
(3)無(wú)法利用已聯(lián)網(wǎng)的社會(huì)監(jiān)控探頭。
(4)由于人眼視力局限,會(huì)產(chǎn)生防控死角,無(wú)法保證警戒范圍絕對(duì)控制。
(5)夜間裝藥范圍值班人員可能因自身或外界因素發(fā)生離崗或疏于職守情況,造成事故難以調(diào)查。
(6)由于光線昏暗、天氣、障礙物等造成的視野不明,阻礙人員疏散工作的正常進(jìn)行,不利于警戒范圍徹底清場(chǎng)。
(7)下達(dá)起爆命令時(shí),由于監(jiān)控、通訊設(shè)備的限制,若發(fā)生非法闖入警戒范圍等緊急狀況,無(wú)法第一時(shí)間收到現(xiàn)場(chǎng)反饋,可能會(huì)造成事故,時(shí)效性差。
普通視頻監(jiān)控與無(wú)人機(jī)運(yùn)用到工程爆破中已屢見(jiàn)不鮮[1-4],但均不足以滿足金婺大橋爆破安全警戒需求。為了解決實(shí)際困難,用高空球機(jī)覆蓋整個(gè)爆破警戒范圍,球機(jī)布置在路口,槍機(jī)固定拍攝裝藥部位,無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)巡視,連同社會(huì)探頭視頻信號(hào)一起傳輸至AR后臺(tái)。所有重要信息都能在全局監(jiān)控畫(huà)面直觀展示,加上紅外熱成像儀隱蔽部位搜索,形成以AR實(shí)景監(jiān)控為主,無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)監(jiān)控為輔,紅外熱成像儀隱蔽搜索補(bǔ)充的縱覽全局和掌控細(xì)節(jié)的全方位立體實(shí)時(shí)可視監(jiān)控搜索系統(tǒng),配合常規(guī)爆破安全警戒,保證絕對(duì)安全,如圖1所示。
圖 1 全方位立體實(shí)時(shí)可視爆破安全警戒監(jiān)控搜索系統(tǒng)構(gòu)成Fig. 1 The construction of omnidirectional stereoscopic real-time visualization blasting safety warning monitoring and searching system
普通攝像機(jī)拍攝的影像,通過(guò)屏幕傳達(dá)的畫(huà)面,反映的僅僅是一幀一幀畫(huà)面組成的“客觀現(xiàn)實(shí)”,無(wú)任何附加性信息。AR技術(shù)將數(shù)字化的標(biāo)簽信息添加到實(shí)時(shí)視頻的現(xiàn)實(shí)目標(biāo)對(duì)象中,使安保人員在觀看實(shí)時(shí)畫(huà)面時(shí)能同步獲得目標(biāo)對(duì)象的相關(guān)信息,在“現(xiàn)實(shí)”的基礎(chǔ)上進(jìn)行“增強(qiáng)”,既“看得清”又“看得懂”。達(dá)到這種增強(qiáng)最行之有效的方法就是將名稱、經(jīng)緯度、方位角、距離、位置、歷史案例描述、聯(lián)系方式等信息標(biāo)簽化,添加到攝像機(jī)呈現(xiàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面中[5],如圖2所示。捕捉到的現(xiàn)實(shí)中的異常和突發(fā)狀況能在第一時(shí)間反映到屏幕畫(huà)面中,極大地幫助屏目前的安保人員做出相應(yīng)的處置。
在目標(biāo)區(qū)域制高點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)安裝攝像機(jī),畫(huà)面集中輸送到指揮部同一大屏監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)高點(diǎn)攝像機(jī)的鳥(niǎo)瞰視角掌握監(jiān)控區(qū)域整體情況,將高點(diǎn)視頻內(nèi)建筑物、街道、人、車(chē)等信息以點(diǎn)、線、面地圖圖層的方式,自動(dòng)疊加在基于高點(diǎn)視頻的“實(shí)景地圖”上。通過(guò)調(diào)用低點(diǎn)攝像機(jī),以畫(huà)中畫(huà)方式從不同角度查看監(jiān)控區(qū)域細(xì)節(jié),做到可查詢、可搜索、可定位、可描述、可報(bào)警、可聯(lián)動(dòng),以直觀便捷的視頻實(shí)景地圖應(yīng)對(duì)各種潛在治安防控問(wèn)題,統(tǒng)一融合聯(lián)動(dòng)指揮爆破安保工作各環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)高低聯(lián)動(dòng)的立體實(shí)時(shí)可視指揮調(diào)度,大大改善監(jiān)控體驗(yàn)、指揮效率[6],如圖2所示。通過(guò)管理員手動(dòng)添加工作人員信息(姓名、身份證號(hào)、面部信息)、車(chē)輛信息(牌照)及警戒范圍坐標(biāo)信息,將實(shí)拍信息與后臺(tái)信息對(duì)比管控警戒區(qū)域,發(fā)現(xiàn)非法闖入,發(fā)出警報(bào),顯示目標(biāo)坐標(biāo)信息。確保突發(fā)事件第一時(shí)間發(fā)現(xiàn),第一時(shí)間處理,把突發(fā)事件壓制在萌芽狀態(tài)。記錄的高清影像不僅可為突發(fā)事件倒查留下證據(jù),而且有利于多點(diǎn)、多角度分析爆破過(guò)程,進(jìn)行爆破總結(jié)。
無(wú)人機(jī)安防實(shí)行“空間安防”理念,彌補(bǔ)了平面安防體系的空白,通過(guò)空中的偵查、預(yù)警、響應(yīng)等一系列措施來(lái)調(diào)動(dòng)地面安防資源予以配合響應(yīng),形成立體化的監(jiān)控防御體系[7]。無(wú)人機(jī)在空中不受地域限制,快速高效、質(zhì)輕靈活、操作簡(jiǎn)便、獲取影像的時(shí)空精度高,可以大范圍監(jiān)控地面情況,同時(shí)能快速到達(dá)人員不容易涉及的地方,降低了人員風(fēng)險(xiǎn)[8]。運(yùn)用在爆破安全警戒中,完成以下任務(wù):
(1)俯瞰巡視警戒范圍,補(bǔ)充監(jiān)控系統(tǒng)。出現(xiàn)突發(fā)事件,可迅速到達(dá)目的地,對(duì)某個(gè)區(qū)域或者某個(gè)人進(jìn)行追蹤錄像[9]。
(2)沿爆破警戒范圍低空飛行進(jìn)行人員疏散,攜帶小型擴(kuò)音器,呼吁圍觀群眾遠(yuǎn)離爆區(qū),有利于縮短爆破警戒時(shí)間,減少警戒、疏散人員工作量。
(3)爆破后可迅速飛抵保護(hù)對(duì)象,輔助檢查安全情況。
(4)根據(jù)爆破技術(shù)人員需要,從專業(yè)角度記錄爆破過(guò)程,為爆破工作總結(jié)提供高清視頻支持。
圖 2 全方位立體實(shí)時(shí)可視指揮界面Fig. 2 Omnidirectional stereo real-time visual command interface
紅外熱成像技術(shù)在安防方面的應(yīng)用包括防盜監(jiān)控、偽裝及隱蔽目標(biāo)識(shí)別,夜間及惡劣氣候條件下的治安巡邏,重點(diǎn)部門(mén)、建筑、倉(cāng)庫(kù)的安保工作,防火監(jiān)控,路上和港通安全保障等領(lǐng)域[10]。傳統(tǒng)的安防監(jiān)控多為可見(jiàn)光監(jiān)控,在極端條件下(雨雪霧天氣,煙霧環(huán)境,無(wú)光黑夜,高反差、逆光條件,樹(shù)林草叢中)監(jiān)控效果差。將紅外熱成像儀投入到爆破安保工作中輔助人員疏散工作,主要優(yōu)勢(shì)如下:
(1)紅外熱成像儀適用于各種惡劣天氣條件,不受光線影響,與氣候條件無(wú)關(guān),無(wú)論白天黑夜均可以正常工作,克服雨、雪、霧的能力較強(qiáng),適用于任何條件的爆破安全警戒工作。
(2)紅外熱成像儀被動(dòng)接受目標(biāo)自身的熱輻射,對(duì)于躲避在樹(shù)木、草叢、墻壁等隱蔽處,不易被肉眼觀察到的熱目標(biāo)識(shí)別度高,確保人員疏散無(wú)死角、不遺漏。
(3)紅外熱成像儀的識(shí)別時(shí)間短、探測(cè)能力強(qiáng)、作用距離遠(yuǎn),人員疏散時(shí)采用大面積掃視目標(biāo)區(qū)域,短時(shí)間便可完成人員疏散工作。
可見(jiàn)光監(jiān)控在視頻監(jiān)控領(lǐng)域起著重要作用,但惡劣天氣、晝夜交替、人為偽裝等極端情況,在一定程度上限制了可見(jiàn)光監(jiān)控設(shè)備的正常發(fā)揮,而紅外熱成像監(jiān)控設(shè)備完美的補(bǔ)充了可見(jiàn)光監(jiān)控的局限性,適合高安全級(jí)別區(qū)域的入侵防范,是視頻信息中對(duì)可見(jiàn)光圖像的重要補(bǔ)充手段,運(yùn)用在人員疏散中,針對(duì)躲避在警戒范圍內(nèi)掩體中,未被監(jiān)控探頭發(fā)現(xiàn)的人員。
爆破安全警戒一般分為裝藥警戒、爆破警戒、人員疏散,目的是保證爆破作業(yè)期間人員及爆炸物品的安全。結(jié)合AR實(shí)景監(jiān)控、無(wú)人機(jī)、紅外熱成像儀三種技術(shù)手段,在金婺大橋爆破安全警戒這項(xiàng)特殊的安防工作中發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì),形成全方位立體實(shí)時(shí)可視監(jiān)控搜索系統(tǒng),配合常規(guī)爆破安全警戒。
(1)設(shè)立現(xiàn)場(chǎng)指揮部,投入大屏監(jiān)控系統(tǒng)、無(wú)線電通訊系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)等。
(2)在金婺大橋兩岸高聳建筑物設(shè)置超清高空球機(jī)4套,如圖3所示。爆破點(diǎn)及各進(jìn)出路口按需設(shè)置球機(jī)與槍機(jī)16套,連同周邊交管部門(mén)的交通監(jiān)控信號(hào),一起連接至指揮部,建立AR實(shí)景指揮系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)爆破警戒范圍全覆蓋,如圖4所示。
圖 3 東西兩側(cè)高空球機(jī)監(jiān)控畫(huà)面Fig. 3 Monitoring screen of high-altitude spherical camera on the east and west sides
圖 4 指揮部AR實(shí)景指揮系統(tǒng)Fig. 4 AR real scene command system in command post
(3)在主橋東西兩側(cè)連接處擺放水碼,設(shè)置單一通道,實(shí)行實(shí)名登記制度,供爆破作業(yè)人員進(jìn)出。
(4)將所有工作人員身份信息錄入后臺(tái)處理器,此外,爆破作業(yè)人員及爆破監(jiān)理由公安機(jī)關(guān)統(tǒng)一發(fā)放防偽工作證,作為進(jìn)入裝藥警戒范圍出入證。
(5)在各重點(diǎn)區(qū)域無(wú)圍墻處設(shè)置硬隔離,避免群眾進(jìn)入封控區(qū)域,保證現(xiàn)場(chǎng)爆破工程的正常進(jìn)行。
(6)裝藥前1天張貼爆破公告,送溫馨提示上門(mén),對(duì)臨近建筑物錄像拍照存檔,并由指揮部組織爆破警戒與人員疏散演練。
裝藥警戒范圍為金婺大橋主橋兩側(cè)連接處以內(nèi)范圍,如圖5所示。自爆炸物品進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng),直至爆破警戒開(kāi)始,實(shí)行三班倒不間斷裝藥警戒,警戒人員穿制服,配備對(duì)講機(jī)(帶耳機(jī))。裝藥現(xiàn)場(chǎng)由內(nèi)至外設(shè)置三層警戒,第一層為爆破作業(yè)人員,4個(gè)裝藥點(diǎn)各2人,共8人;第二層為保安,主橋兩側(cè)連接處及橋墩外圍各4人,共12人;第三層為公安民警,橋兩側(cè)工地大門(mén)口各2人,共4人,配備巡邏警車(chē)2輛。指揮部由監(jiān)視人員將所有攝像頭調(diào)整位置,重點(diǎn)監(jiān)控裝藥點(diǎn)、裝藥警戒范圍入口及相關(guān)路口?,F(xiàn)場(chǎng)三層警戒與指揮部監(jiān)控同步進(jìn)行、緊密結(jié)合,24小時(shí)全天候監(jiān)控警戒,控制進(jìn)入裝藥點(diǎn)的道路、隱蔽入口及易翻越區(qū)域,確保爆炸物品安全。同時(shí),安全員可通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面監(jiān)督現(xiàn)場(chǎng)裝藥、聯(lián)網(wǎng)工作是否按照《爆破安全規(guī)程》嚴(yán)格執(zhí)行。
爆破警戒范圍根據(jù)爆破規(guī)模、周邊環(huán)境、爆破有害效應(yīng)范圍,根據(jù)警戒范圍設(shè)計(jì)要求,按實(shí)際地形劃分,共設(shè)置3個(gè)交通管制點(diǎn),19個(gè)警戒點(diǎn),警戒點(diǎn)設(shè)置在路口、出入口位置,相鄰警戒點(diǎn)間要求通視,警戒范圍及警戒點(diǎn)位置如圖5所示。
圖 5 金婺大橋安全警戒布置Fig. 5 Security warning arrangement of Jinwu Bridge
警戒人員穿制服,按警戒點(diǎn)配備對(duì)講機(jī)(帶耳機(jī)),提前10 min到達(dá)各警戒點(diǎn),清點(diǎn)人數(shù)后上報(bào)指揮部,指揮部確認(rèn)后下達(dá)警戒命令。接到警戒命令后,禁止任何人員(除疏散人員)進(jìn)入警戒范圍,直至解除警戒。開(kāi)始警戒后,投入2架無(wú)人機(jī),由指揮部起飛至東西兩側(cè)警戒范圍上空實(shí)時(shí)巡航,俯瞰警戒區(qū)域,將現(xiàn)場(chǎng)的圖像傳送至指揮部監(jiān)控大屏,配合AR監(jiān)控系統(tǒng),輔助爆破警戒,如圖6所示。
圖 6 無(wú)人機(jī)監(jiān)控畫(huà)面Fig. 6 Monitoring screen of UAV
將爆破警戒范圍劃分為4個(gè)疏散區(qū)塊,執(zhí)行屬地管理、分片包干責(zé)任制,如圖2所示。各區(qū)塊人員疏散前15min投入2架無(wú)人機(jī),由指揮部起飛至東西兩側(cè)警戒區(qū)域,低空慢速飛行,來(lái)回清掃警戒范圍,通過(guò)配備的喊話系統(tǒng)預(yù)先勸離晨練、攝影、觀摩等無(wú)關(guān)人員。
疏散人員穿制服,配備對(duì)講機(jī)(帶耳機(jī)),提前10 min到達(dá)集合地點(diǎn)(2、8、10、19警戒點(diǎn)),清點(diǎn)人數(shù)后上報(bào)指揮部,指揮部確認(rèn)后下達(dá)疏散命令。接到疏散命令后,區(qū)塊一、二、三、四疏散組分別向2、8、10、19警戒點(diǎn)報(bào)備進(jìn)入人數(shù),再按設(shè)計(jì)疏散路線展開(kāi)疏散工作,裝藥警戒范圍由爆破技術(shù)人員疏散。保安及街道工作人員配備手電沿途照射查看,并用揚(yáng)聲器進(jìn)行喊話。民警持紅外熱成像儀墊后,對(duì)搜查過(guò)的地方進(jìn)行二次搜查,特別是公園涼亭、衛(wèi)生間、地下通道、沿江樹(shù)林草叢、引橋橋洞處等易隱蔽處,如圖7所示。發(fā)現(xiàn)無(wú)關(guān)人員,立即派專人負(fù)責(zé)帶離警戒范圍,清場(chǎng)結(jié)束后,疏散人員原路返回至報(bào)備警戒點(diǎn),組長(zhǎng)清點(diǎn)人數(shù)并上報(bào)報(bào)備警戒點(diǎn)與指揮部。疏散組民警配合警戒點(diǎn)警戒,保安沿安全封控背向大橋方向站立,配合控制警戒范圍,街道工作人員于警戒范圍外集中待命,直至警戒解除。
圖 7 紅外熱成像儀搜索Fig. 7 Infrared Thermal Imager Search
(1)裝藥警戒過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)因好奇施工、借道通行,意圖進(jìn)入裝藥區(qū)域事件共16起,均在警戒范圍外第一時(shí)間處理完成;爆破警戒、人員疏散1小時(shí)內(nèi)完成,發(fā)現(xiàn)地下通道流浪者1人,隨隊(duì)撤離;起爆前10 min,發(fā)現(xiàn)1人鉆過(guò)圍擋,攀爬上保通便橋,民警及時(shí)控制,未影響爆破。
(2)首次在爆破施工中,將AR實(shí)景監(jiān)控、無(wú)人機(jī)、紅外熱成像儀相結(jié)合,形成全局實(shí)時(shí)可視監(jiān)控搜索系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了指揮部全局立體實(shí)時(shí)可視指揮,解決了爆炸物品晝夜安全存放問(wèn)題,解決了低能見(jiàn)度復(fù)雜環(huán)境下人員疏散工作的問(wèn)題,安全、智能、全面、有序地輔助完成了安全警戒工作,對(duì)重大城市爆破工程安全警戒有積極引導(dǎo)意義和實(shí)際借鑒作用。
(3)高清攝像機(jī)從整體到局部,完整、有效、真實(shí)、多方位的記錄爆破過(guò)程。慢放鏡頭回放,重現(xiàn)爆破過(guò)程,為分析多爆點(diǎn)復(fù)雜高難度爆破工程倒塌模式提供了強(qiáng)有力的影像支撐,對(duì)類(lèi)似爆破工程方案選擇與爆破參數(shù)選取有指導(dǎo)意義。