淺談搶險救援行動中工程機械指揮提示系統的必要性

楊笑舟 邵俊杰

摘 要：本文對工程機械在搶險救援任務中加裝提示指揮系統的必要性進行探討，簡要介紹了工程機械在搶險救援中人機配合的痛點、缺陷，分析工程機械在搶險救援任務中受到的客觀影響，并從救援效率、安全操作、合理設計等方面的對搶險救援行動中工程機械指揮提示系統的必要性進行深入探討，并提出了相應的解決方案。

關鍵詞：搶險救援;工程機械;指揮提示

中圖分類號：TP271.2 文獻標識碼：A

0 引言

近年來，全國乃至全球的自然災害頻發，尤其是地質災害。“黃金72小時”是地質災害發生后的黃金救援期，這是救援（學）界的共識。救援界認為，災難發生之后存在一個“黃金72小時”，在此時間段內，災民的存活率極高。每多挖一塊土，多掘一分地，都可以給傷者透氣和生命的機會。其次，不止在地質災害中，在面對洪澇、山洪等其他自然災害中一樣存在著生死時速的搶險救援特質。那么在如此的急迫緊急的情況下，救援人員單靠便攜設備將難以產生高效的救援，在這種情況下各類工程機械在條件允許的情況下將會越來越多的參與到救援當中來，在這個大背景下，工程機械的操作手和協助引導的指揮人員如何配合將成為一個新的問題。

1 在搶險救援過程中工程機械指揮存在的必要性

通常在搶險救援中，每一個人必須分工明確、各司其職，這樣才能不混亂、效率最高，同樣當工程機械參與到救援當中時一樣要進行統一調度。由于工程機械駕駛室視野的問題，操作手在進行操作時存在諸多盲區和顧慮，在沒有指揮的情況下來說會發生操作手因為顧慮而進行多次重復操作和因為對周邊環境感知不足而造成二次傷害。總結起來有三種原因：

1.1 環境影響

在搶險救援中環境是極為復雜的，經常會出現狹小空間、崎嶇路面和松軟路面等極多的特殊地形，再加之參與救援的工程機械絕大部分都是未改進的通用型號，對于在陌生的特殊環境中作業，一是工程機械對于其環境的適應能力不強，二是其對于操作手壓力極大，二是對于作業的容錯率極低。

1.2 效率影響

各類事故、災害或事件具有突發性、復雜性、不確定性的屬性，在搶險救援中，必須要確保迅速、準確、有效，分秒必爭，而且在黃金72小時內每一次行動都必須要對整體的救援行動要有實質上的推動，因此在實際行動中在條件允許的情況下，必然是多個行動和多類行動同時展開，這樣在救援行動使用工程機械就必須合理配置、講究效率。如果只是操作手在接受任務后單獨操作工程機械進行救援行動，那么絕大部分的操作手因為不熟悉地形顧慮而造成過于謹慎駕駛而浪費大量的時間。那么在救援行動中，對參與救援行動的工程機械進行一定的指揮引導就能減少上文所提出的問題，讓工程機械在救援行動中發揮最大作用，大大提升救援效率。

1.3 工程機械駕駛室視野的影響

工程機械因為工作部、動力部、配重等影響，其實在布局上會對駕駛室的視野造成很大的影響，例如裝載機駕駛室（圖1-a、圖1-b）前方布置了液壓臂和鏟斗，當開始作業時鏟斗抬升，鏟斗的巨大體積不僅遮蔽了作業對象，同時也遮蔽了50%工程機械的前進、后退路線的視野。

挖掘機駕駛室（圖2-a）偏置與左側車身平齊，雖然左側視野較好，但在駕駛室右側、車體設置的巨大工作部液壓大臂完全遮擋了駕駛室的右側視野，在整個車體未進行轉動時，不能立即獲得右側視野[1-4]。

推土機駕駛室（圖3-a）的視野情況與裝載機相比更加糟糕，整個前方視野均被發動機艙和工作部所遮擋，這樣的布局至少遮蔽了駕駛室正前方作業的視野的60%。

2 在搶險救援過程中工程機械指揮所存在的問題

2.1 工程機械駕駛艙視野受限造成操作手和指揮員之間無法通視

在作業過程中操作手在觀察作業對象時，往往只需要自然的轉動頭部及眼球，極少會勉強地轉動頭部及眼球或是通過大幅度改變軀干姿勢獲得視野。這樣不但會使作業及工作安全得不到保障，還會使駕駛員因為避開更多的視覺障礙而處于不舒適的狀態之下，長期如此會對駕駛員的姿態造成傷害。圖4所示，按轉動是否舒適，將眼睛和頭部的轉動角劃分成自然轉動和勉強轉動，因此一般的視野范圍在水平范圍內為120°，在垂直范圍內為90°[5]。

結合市面上常見的工程機械駕駛的布局（圖5-a、圖5-b、圖6-a、圖6-b），我們不難發現操作手在通常狀態下會有很多的視野盲區，并且還對操作產生一些誤差而指揮員在引導過程中會根據作業環境和對象，邊轉換位置邊觀察邊指揮，有時會靠近到工程機械的工作部件，根據作業手的視野和駕駛的布局，就會使得操作手有很多顧慮和限制，稍有不注意甚至就會釀成事故[6]。

2.2 工程機械作業的巨大噪音嚴重影響操作手和指揮員的協同

為工程機械提供強大動力的來源是強大的發動機，其在為整臺工程機械提供強大動力的同時，也帶來嚴重的負面效應，一是強大的噪音，通過調查可以發現工程機械發動機的噪音與救援現場的噪音疊加基本上與工廠制造車間的噪音相當為90 dB～140 dB，普通人所能發出的最大聲音噪音為60 dB～70 dB，前兩者的噪音疊加完全能夠覆蓋前兩者，使得操作手和指揮員之間聲音的協同完全行不通。

此外發動機在產生噪音的同時，還會對駕駛室產生震動，長時間處在此種環境中操作手極易產生疲憊感，進而降低作業手的注意力，對外界的敏感度降低。

3 對搶險救援過程中工程機械指揮的方法

3.1 聲音

借助聲音指揮就是指揮員通過能夠擴大聲音的方式將引導指令傳達給操作手，這種指揮方式直接明了，能夠快速清晰地將引導指令傳達給操作手，在排除其他聲音干擾后，基本不存在指令傳達不明的情況。在搶險救援現場聲音指揮一般為了便攜通常采用手持擴音器，而由于其受到功率、工程機械安全操作距離和環境噪音的影響，很難將指令傳達給操作手。此外指揮員還可以采用對講機來進行指揮，由于駕駛艙對外界環境音的隔絕，使得對講機的效果相較手持擴音器會好很多。

3.2 燈光、旗語

燈光、旗語實質上是手語的改進方法，其目的在于其能夠讓操作手能夠更加清晰地看到指揮員的手勢，是一種視覺上的指揮，指揮員的引導信息通過預先規定好的燈光組合和指揮旗揮動順序來傳達給操作手，這種指揮方式首先需要操作手和指揮員熟悉同一套的燈光組合和旗語組合，這樣才能在實際作業中互相通聯順暢，此外還需要指揮員必須要在操作手的視線所及之處才行，但這種指揮方式由于是視覺上的指揮，所要傳達信息是非常清晰、直接、明顯的。

4 在工程機械駕駛艙內增加輔助指揮的提示系統

4.1 增加光電和通訊系統

在工程機械駕駛艙內通常前方兩根立柱在為駕駛艙提供結構強度時也會遮蔽掉操作手的視野α大約15°～35°（如圖7、圖8所示）。

而在市面上通用的工程機械這兩根立柱上一般不存在其他的儀表或按鈕，在這兩根立柱上加設燈光指示系統，配合指揮員運用遙控的引導設備，能夠滿足在各種環境下的指揮，不會再受到指揮員和操作手必須互在對方視野里的影響，同時由于指揮員的位置不再受限這就能夠使引導能夠更加全面細致。同樣增加通訊系統也是一樣的道理。

此外筆者認為還可添加如家用車上配備的各類倒車系統，來防止操作手和指揮員因未注意而產生的碰撞，為引導和安全操作再添一道保險。

4.2 增加全景周視監控系統

全景周視監控系統一般由多個安裝在車輛周圍的周視攝像機和1臺周視管理終端組成，具備近程、超近程360度全景態勢感知能力、晝夜監控能力。通過安裝于工程機械作業部件及車體四周的特種鏡頭捕捉四周作業環境圖像，通過高速實時智能拼接技術處理，形成有如空中視角觀察工程機械360度全景影像，實現無死角確認周邊作業環境，同時也可配合監控的識別算法，對周圍的人員和障礙物進行識別，并在駕駛室內的監控顯示器上標紅提醒。運用這種系統后，使得指揮員只要在監控范圍內就能使得操作手能夠看見，使引導更加方便，此外加持了識別后，操作手可以自行規避一些障礙，在某種程度上可以減輕指揮員的引導難度。

5 未來展望

5.1 AR技術的運用

AR即現實增強技術，其能夠使得真實環境和虛擬物體之間重疊之后，能夠在同一個畫面以及空間中同時存在。工程機械的駕駛艙在原始設計上為了確保視野一般都設計了大面積的擋風玻璃，這些玻璃可以通過AR技術的運用來充分利用起來，可將相關的引導圖像和周邊環境態勢圖像投影到駕駛室周圍玻璃上，為操作手提供虛擬提示信息（增強），進一步補充操作手對于四周的環境感知。此外配合遠程通信，指揮員能夠輕松地將引導信息傳達給操作手。

5.2 綜合運用各種技術配合遠程操作、自主AI技術的運用

文中筆者提及了很多技術，但終歸還是需要人在現場操作，若是將操控結合到可移動的控制臺上，那么操作手就能脫離駕駛室自由移動，同時也可以為自己充當引導的指揮員，加強了人員利用率，如圖9-a和圖9-b中徐工集團的ET110型步履式挖掘機的遠程操控。不僅如此還能夠一臺控制器控制多臺工程機械協同，保證了工程機械參與救援的協調統一。

如今大多數的技術都在向著智能化和自動化的方向發展，這將會大大減少人力資源，就像在搶險救援中能夠減輕指揮員對一些工程機械的引導壓力。比如將來工程機械參與救援就會結合自身電腦的算法與遠程引導設備，就能完成如今同等的工作甚至更多，操作手也將同時堅固引導任務，來完成更精細的操作。

6 總結

工程機械參與各類搶險救援的趨勢會慢慢上升，筆者認為當科技發達到能夠讓操作手或工程機械完全感知周圍環境前，人與機械的配合才能在各類救援行動中發揮出最大的效益，但這又將多一個人力資源。本文中所提及的對工程機械駕駛室的增加指揮提示系統，其實就是縮短這一進程，在可行的條件下，讓工程機械在搶險救援行動中能夠充分發揮作用，做到真正的只是在操作手的操作下獨立作業。

參考文獻：

[1]曹剛.推土機、裝載機、駕駛室防滾翻裝置用鋼的試制研究[J].鞍鋼技術，1999，36（02）：18-22.

[2]康利.推土機駕駛室的結構改進[J].山東工業技術，2017，36（19）：25.

[3]薛冰.滑移裝載機駕駛室的舒適性研究[D].中國礦業大學，2014.

[4]解寧波.基于人機工程學的GC6t挖掘機駕駛室的設計[D].山東大學，2014.

[5]陳劍，蔣豐鑫，肖悅.挖掘機駕駛室低頻噪聲分析與控制[J].中國機械工程，2014，25（15）：2124-2130.

[6]楊浩，嚴揚.包容性設計視角下的工程機械駕駛室設計——以礦用卡車為例[J].裝飾，2016，59（01）：97-99.