淺談基于水下搜尋設備的內河水域應急救助搶險作業流程

陳一凡

摘 要：隨著水下搜尋設備的發展，水下應急救助搶險作業方式發生了根本性的變化。本文著眼于內河水域作業，將作業流程劃分為背景信息獲取、聲學掃測與疑似點辨識、目標確認與定位、掛鉤打撈出水四個階段，并從工作方法與設備選取的角度進行了探討。

關鍵詞：內河水域 水下搜尋設備 應急救助搶險

1.引言

眾所周知，水下搜尋作業最大的難點在于目標定位，傳統的拖網式搜尋或潛水員盲搜受環境影響極大且效率低下。自2014年馬航MH370事故以來，以水聲通信為基礎的水下搜尋設備逐漸走入救撈從業者的視線內。5年來，在國家的大力支持與投入下，業內引入了包含深拖、ROV（Remotely Operated Vehicle）、AUV（Autonomous Underwater Vehicle）、拖曳式聲吶等在內的一大批水下搜尋設備，然而針對具體任務的作業流程設計尚處于探索階段。

浙江大學的顧臨怡等曾就基于ROV等載體的水下搜救流程作出具體的闡述，但根據筆者的實際工作經驗，認為其論述在針對具體作業內容的設計上稍顯不足。本文將作業環境假定為內河水域，在現有技術能力能達到的裝備水平前提下，提出一套基于水下搜尋設備的內河水域應急救助搶險作業流程。

2.內河水域應急救助搶險作業特點

通常意義上來說，盡管海難事故造成的危害更大、影響力更強，內河水域事故發生率卻要更高。內河水域作業環境一般具備以下幾個特點：（1）水流流速快;（2）水深相對較淺;（3）水底環境復雜;（4）涌浪小;（5）作業可依托的船艇、岸基條件不定。內河水域應急救助搶險的標的以落水車輛、小型沉船、錨和錨鏈居多，且目標物基本都落于河床表面;險情多為突發，任務準備時間有限，因而在作業裝備選擇上，易于組裝及便于運輸都是極為重要的考量因素。

3.內河水域應急救助搶險作業流程

搜救人員通常對于位于內河水域的事發地點水文、水底信息有一定程度的了解，或者有渠道直接獲得相對準確的水文、水底信息。同時，內河水域任務目標區域范圍也相對較小，因此，出于效率上的考慮，作業時一般略去整體掃測，即水底地形圖獲取階段。筆者認為，基于水下搜尋設備的內河水域應急救助搶險作業流程大致可以分為四個階段：（1）背景信息獲取;（2）聲學掃測與疑似點辨識;（3）目標確認與定位;（4）掛鉤打撈出水。

3.1背景信息獲取

獲取事故背景信息是應急救助搶險作業安全開展的前提。作業前需要獲取的關鍵信息包括：水深、水底地形、底質、流速、目標物類型、目標物狀態、目標物大致位置范圍等。內河水域事故發生地一般處于長期有人員活動的區域，且救援力量通常具備明顯的屬地關系，因此背景信息的獲取相較于海上會容易一些。當地的水文、水底信息救援人員可能本身就有了解，若不清楚，可咨詢當地居民、相關從業人員或查閱有關資料并結合現場觀測掌握;而目標物的信息則需要從事發現場監控錄像、目擊者或任務委托方處獲取足夠的資料，綜合考量環境因素并結合救援人員的經驗加以判斷。掌握背景信息后，方可以此為支撐，選取適當的工具、設備，制訂作業方案。

3.2聲學掃測與疑似點辨識

當前，廣泛用于水下大面積聲學掃測的工具主要是多波束測深儀、合成孔徑聲吶和側掃聲吶。鑒于內河水域作業水深通常比較淺的情況，多波束掃測效果往往不是很理想，現實中，內河水域作業多采用近底聲學掃測。其中，合成孔徑聲吶是近年來興起并逐步發展完善的一項技術，優勢在于分辨率高且能夠兼顧一定深度的埋深，但考慮到其技術成熟度和成本等問題，合成孔徑聲吶普及度并不是很高。而側掃聲吶因其掃寬大、效率高、操作簡便等優點成為內河水域水下搜尋最為常用的工具，在實際使用中，需要掃測的范圍一般不會很大，綜合考量圖像質量因素，多選擇高頻側掃聲吶。

內河水域目前可用于水下搜尋設備搭載的載體不外乎三種：ROV、拖魚和AUV。其中，ROV受限于作業范圍不適合在大面積聲學掃測中使用;拖魚工作穩定、操作簡便，但必須有合適的船艇配合且水底不能有大的高度起伏;AUV則沒有這些限制，但AUV的工作穩定性稍遜，回收較為復雜。綜上，載體的選擇須視具體情況而定，值得注意的是，盡管前文強調作業設備輕便是很重要的，實際上仍需具備一定的重量來保證其作業過程中抵抗水流保持姿態的能力。

測線規劃須盡可能的保證相鄰測線的掃測區域有足夠的重疊，這樣既能夠填隙，又能確保目標物至少在兩條測線的圖像上出現，提供足夠的判斷依據。關于疑似點的辨識，根據底質情況不同，判斷聲納圖像的方法也不同。如果水底為淤泥底質，則目標有可能部分陷入淤泥中，此時需著重觀察有無與目標形狀和大小類似的亮斑;如果水底較多巖石等硬物，則圖像中亮斑較多，容易對圖像判斷造成干擾，此時需重點關注陰影部分，通過測量陰影高度，更有利于判斷目標。有時，圖像質量不夠理想，又或目標物沒有完整的展示在一張圖像上，此時可以借助數據后處理軟件進行圖像處理、拼接，進而標注疑似點。

3.3目標確認與定位

現今，內河水域作業目標確認與定位最常見的做法是從聲吶圖像上圈選出可能的疑似點，根據圖像上的位置信息操縱母船于該點上游適當距離拋示位標（一般是重物加漂繩），停至附近區域，潛水員入水尋找示位標，隨后在示位標附近進行探摸，如此重復，按照疑似點可能性的大小逐個摸排直至找到目標物。

此種方法看似穩妥，實則有極大的缺陷：（1）聲吶圖像提供的位置信息本身存在誤差;（2）內河水域可以使用的作業船通常難以精確控制船位;（3）示位標拋下的過程中漂移量難以控制;（4）潛水員入水后空間感急劇弱化，加之視線不佳，可能出現重大遺漏甚至方向錯誤。在如此多的誤差疊加之下，作業成果具有極大的不確定性。同時，多次出入水會極大的消耗潛水員的體力，若水流過大更會給潛水員安全帶來巨大的風險。

筆者認為，目標確認與定位這一階段需要充分發揮ROV的作業優勢。在給定作業范圍的前提下，使用觀測級ROV替代潛水員坐底確認疑似點，落位有保證，搜尋路徑可控，結果可信度較高，此外，既能一定程度上消除定位誤差、修正位置，又解放了潛水員人力，高效安全。如果為ROV加裝簡單的機械手，還可以在目標物位置放置標志物（可以采用聲學信標）以便于后續作業。

3.4掛鉤打撈出水

內河水域應急救助搶險目標物一般都可以采取掛鉤的方式，由吊機打撈出水。根據目標物的位置可選擇船吊或汽車吊。直觀上感覺，掛鉤操作完全可以由ROV配合機械手完成，其實不然，相反，最好由潛水員完成掛鉤操作。首先，由于目標物狀態、水流等原因，掛鉤生根方式需要視實地情況而定，必要時還要作出相應調整，從這個角度上講，潛水員作業要更加敏銳、靈活，而現階段ROV完成較精細作業的難度很大，如使用ROV進行掛鉤，很可能要多次布放，相較而言，可靠性與效率都差了很多;其次，觀測級ROV通常功能有限，而作業級ROV加上配套的控制系統、LARS整體體量過大，運輸及作業受限極多，不適用于內河水域應急救助搶險作業。

不過，盡管有了確定的位置，潛水員下水掛鉤同樣在一定程度上面臨著前文提到的接近目標物困難的問題。傳統作業手段中，潛水員一旦入水，水面就幾乎失去了對潛水員水下與目標物相對位置的掌握，難以作出有效的輔助、指揮。這里推薦使用潛水員定位導航系統，該系統脫胎于長基線定位技術，初始是為了服務軍方，應用于小型目標偵查和反蛙人，近年來逐步走入民用領域。通過靈活的運用應答信標，可以明顯呈現出目標物與潛水員的相對位置，進而提供有效的作業指導，大大降低潛水員尋找目標物的難度，提高作業效率。

4.結語

本文是在裝備能力相對理想的前提下進行討論的，落實到具體作業中根據搜救人員差異化的設備底蘊存在相當的彈性調整空間。眼下，設備還不能完全取代人的作用，但通過本文的論述可以發現，水下搜尋設備在掃測、定位上具備卓越的優勢，充分發揮設備的作用，人與設備緊密配合才能最大限度的兼顧安全性、穩定性以及高效率。

參考文獻：

[1]顧臨怡，宋琦，殷宏偉，等.基于ROV等載體的水下搜救流程綜述[J].中國科學：信息科學，2018，48（09）：1137-1151.

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