基于無人機的特種設備事故應急處置方法研究

鄭 炯楊景標郭 晉羅偉堅

(1.廣東省特種設備檢測研究院 廣州 510655)

(2.廣東省質量技術監督局 廣州 510655)

基于無人機的特種設備事故應急處置方法研究

鄭 炯1,2楊景標1郭 晉1,2羅偉堅1

(1.廣東省特種設備檢測研究院 廣州 510655)

(2.廣東省質量技術監督局 廣州 510655)

為克服特種設備事故現場存在的各種危險和未知因素，提出了一種基于無人機技術的特種設備事故應急處置方法。通過搭建無人機現場勘查系統，操控無人機對事故危險區域或人工難以到達的區域進行勘查；事故應急處置人員根據無人機反饋的信息對事故現場安全狀況進行研判并實施應急救援和處置。應用結果表明，本方法可對特種設備事故進行快速響應并實施應急處置，避免不必要的人員傷亡，同時可及時發現事故應急預案的不適應內容。

無人機 特種設備 事故 應急處置

特種設備廣泛應用于我國重要的國民經濟支柱領域,特種設備數量逐年在增長,對人身和財產安全有較大潛在危險性。近年來,我國石化企業發生的承壓類特種設備泄漏、爆炸、火災事故數量有增長的勢頭。事故若發生在裝置林立、錯綜復雜的過程裝置廠區和一些大型危化品存儲設施中,如大型原油儲罐、大型乙烯球罐、天然氣球罐、液化氣球罐、有毒介質儲罐等,可能會發生非常嚴重的泄漏、火災甚至爆炸事故,造成大量的人員傷亡、重大的經濟損失或嚴重的環境污染,其后果將嚴重影響社會安定。

特種設備事故發生后,首要工作就是對事故進行科學應急響應和救援處置,使人員傷亡和財產損失減少到最低。其次是找出事故的原因,提出有效的事故預防措施和整改建議。這對于減少企業財產損失、及時恢復生產、避免同類型事故再次發生,具有重大的現實意義和社會意義。

特種設備事故發生后,事故現場安全狀況一般比較嚴峻復雜。由于現場信息不清楚并具有高度危險性,對事故現場人員的生命安全出現極大挑戰。為了及時響應并實施科學應急處置,亟須迅速了解掌握事故現場的安全狀況,這就要求研發一種既安全、又能快速掌握事故現場信息的事故應急處置方法。

事故應急預案是各級人民政府及其部門、基層組織、企事業單位、社會團體等為依法、迅速、科學、有序應對突發事件,最大程度減少突發事件及其造成的損害預先制定的工作方案。目前,事故應急預案一般以靜態的文件形式存在,缺乏動態的管理和更新。應急預案本身可能存在不適用于具體的事故應急處置環節的情況。此外,事故應急預案的響應能力、可操作性需要通過實際事故應急處置效果來驗證,同時也需要對事故應急預案的不適用部分進行及時完善。

對于特種設備事故,如通過無人機第一時間飛臨事故現場進行勘查,摸清事故現場安全狀況和發展態勢,掌握事故實際現場的真實準確信息,從而為事故應急處置人員實施應急救援提供科學有效的指導[1-3]。如何研發出一種基于無人機的特種設備事故應急處置方法,是國內外近年來所亟須解決的熱點問題[4,5]。

1 研究內容

本研究的目的在于克服現有特種設備事故應急預案的不足,搭建無人機現場勘查系統,建立一種基于無人機的特種設備事故應急處置方法,實現對事故現場安全狀況做出快速響應和信息反饋,同時對所建立的方法進行實例驗證。

本方法的核心技術之一是搭建無人機現場勘查系統,主要包括無人機、飛控系統、檢測系統和數據無線傳輸系統等四個部分[6-9]。本文所采用的無人機現場勘查系統的工作原理如下圖1所示。

無人機現場勘查系統四個部分的主要工作內容為:

1)無人機,主要實現現場飛行工作。根據特種設備事故特性確定檢測系統的功能和重量,然后選擇合適的無人飛行器。

2)飛控系統,利用移動設備實現無線操控,主要是對無人飛行器的飛行模式、飛行路線、巡航、自動返航等功能的實現進行控制。

3)檢測系統,主要是對特種設備進行檢驗檢測和現場進行勘查的裝載設備,一般包括望遠鏡、攝像機、紅外熱成像儀等。

4)數據無線傳輸系統,主要是實現圖像、視頻、紅外檢測等勘查數據的實時無線傳輸功能。

圖1 無人機現場勘查系統工作原理示意圖

圖2 基于無人機的特種設備事故應急處置流程

在搭建好無人機現場勘查系統的基礎上,建立基于無人機的特種設備事故應急處置方法,其操作過程如圖2所示,主要步驟及其說明如下:

1)事故發生后,啟動事故應急預案;根據事故發生的對象,確定是否特種設備事故;同時,根據事故后果所確定的應急響應級別,啟動相關應急成員單位。

2)對事故現場安全狀況進行是否容易造成人員傷亡的判斷,滿足則進入下一步驟3),不滿足則進入步驟4);對于事故是否容易造成人員傷亡,主要根據事故是否會接著發生爆炸、是否容易引發易燃易爆物質和有毒物質的泄漏擴散等次生、衍生事故來判斷。

3)調用無人機現場勘查系統;所調用的無人機現場勘查系統,采用具有懸停功能的多旋翼無人機,至少可以實現航拍、懸停拍攝、紅外熱成像、夜間拍攝等功能。

4)進入常規事故處置;常規事故處置是指無須調用無人機現場勘查系統所進行的事故應急處置過程。

5)在事故現場可控范圍內,操控無人機對事故現場進行勘查;無人機現場勘查系統具有無線操控和數據無線傳輸功能;通過航拍視頻圖像、數據回傳、圖像對比分析等功能,快速獲得事故現場第一手安全狀況信息,為應急指揮部現場科學決策、有效處置事故提供參考依據。數據回傳采取無線傳輸的方式,所采取的數據回傳方式可以保證高清圖像的傳輸和觀看;圖像對比分析主要實現兩個功能,第一個功能是當發現無色無味危險化學品泄漏時,通過紅外拍攝圖像,可以判斷出危險化學品泄漏的部位,第二個功能是當承壓類特種設備或存儲危險化學品的容器出現保溫層破損或外表面有溫度變化時,紅外拍攝圖像可以辨別出外表面有溫度梯度異常的部位,從而判斷事故隱患部位[10-11]。

6)獲得事故現場第一手信息并對事故安全狀況進行研判;獲得的第一手信息包括事故的準確地點、事故現場狀況、事故周邊自然環境、是否容易引發次生事故、是否容易造成環境污染和破壞等,從而指導應急救援人員選擇科學有效的處置方案及方法。

7)事故應急處置人員根據無人機反饋的信息實施應急救援和處置;特種設備事故應急處置主要包括綜合協調工作、安全保衛工作、專業處置工作、后勤保障工作、醫療救護工作等。特種設備事故應急處置主要工作內容如圖3所示。

圖3 特種設備事故應急處置工作內容

8)事故應急結束;當事故現場主要具備下列條件: (1)死亡和失蹤人員已經查清;(2)事故危害基本得到控制;(3)次生事故因素基本消除;(4)受傷人員基本得到救治;(5)緊急疏散人員基本恢復正常生活秩序時,表明事故應急處置工作可以結束。

9)事故應急救援處置結束后,對事故應急處置結果進行評估總結。

10)根據評估結果完善事故應急預案;主要是針對原有預案在事故應急處置時的不適應內容,優化事故應急預案,維持事故應急預案的及時更新。

2 研究結果應用

某一企業建有多臺規格相同(直徑為3400mm,高5000mm)的用于存儲汽油的壓力容器,壓力容器之間的距離僅有5m,其中1臺壓力容器發生爆炸,事故發生時造成2人受傷,現需對該事故進行應急處置。

所搭建的無人機現場勘查系統實物如圖4所示。此時根據圖2所示的流程圖,首先對事故對象和應急響應級別進行判斷,啟動事故應急預案;對事故現場安全狀態進行研判,調用無人機勘查系統,得到事故現場第一手信息,為事故應急處置提供參考。其具體處置步驟如下:

圖4 無人機現場勘查系統

1)根據《特種設備事故報告和調查處理規定》和《特種設備事故報告和調查處理導則》,壓力容器發生爆炸事故屬于特種設備事故。由于壓力容器發生爆炸并造成2人受傷,屬于較大特種設備事故。根據事發地方政府和該壓力容器使用單位制定的特種設備事故應急預案,本事故響應等級為III級,由地級以上市質監部門組織實施III級應急響應行動,啟動相關應急成員單位。

2)對事故是否會接著發生爆炸、是否容易引發易燃易爆和有毒物質的泄漏擴散,是否容易導致人員傷亡進行判斷。在本事故案例中,由于有多臺存儲汽油的壓力容器,且相互距離很近,容易發生二次爆炸事故,現場危險級別很高,需要調用無人機現場勘查系統,此時根據圖2的操作流程圖,進入調用無人機現場勘查系統步驟。

3)操控無人機勘查系統飛臨事故現場,通過航拍和懸停拍攝等操作進行事故現場勘查。同時通過紅外熱成像儀對爆炸點、泄漏點和火場范圍進行勘查判斷。

4)通過航拍圖像、紅外圖像、數據回傳、影像對比分析等應用,獲得事故現場第一手安全狀況信息。主要包括爆炸范圍、泄漏部位、火場擴散方向和范圍、火場周邊的環境等。

5)事故應急處置人員根據無人機現場勘查系統反饋的第一手信息,選擇科學有效的方法進行救援和處置。本事故案例中,將第一手信息反饋給相關部門特別是公安消防部門,開展專業的消防和救援工作。

6)根據圖3,對事故開展主要包括綜合協調工作、安全保衛工作、搶險救助工作、后勤保障工作、醫療救護工作、善后工作等特種設備事故應急救援處置。

7)通過一段時間的事故救援和處置,該特種設備事故已具備:(1)事故危害基本得到控制;(2)次生事故因素基本消除;(3)受傷人員基本得到救治;(4)緊急疏散人員基本恢復正常生活秩序等條件,表明該特種設備事故應急結束。

8)通過對事故應急處置結果進行評估,事故應急救援過程暴露出當地有關部門特種設備事故應對意識不強,應急響應機制不夠完善,及時處置應對能力不足。

9)根據事故應急處置的評估結果,針對原有特種設備事故應急預案在事故應急處置時的不適應內容,從特種設備事故應急響應機制、事故應急處置能力建設等方面優化完善特種設備事故應急預案。

3 結果驗證

應用案例結果表明,本方法通過操控無人機現場勘查系統,可快速飛臨事故現場進行勘查,及時獲得事故現場第一手安全狀況信息,為應急指揮部快速科學決策提供參考依據。本方法的應用結果體現了以下優點:

1)響應迅速,可以及時到達事故現場,提高事故應急處置效率[12-14]。與此同時,無人機可以360’全方位進行現場勘查,做到不留死角[15]。

2)可以實現夜間勘查和紅外熱成像功能。通過裝載紅外熱成像設備,可以實現夜間發生事故的現場勘查和溫度異常檢查,突破人工難以夜間勘查和勘查困難的局限。

3)發現應急預案的不適應內容,為應急預案的補充完善提供指導,從而提高事故應急預案的質量和可操作性。

4 結論

基于無人機的特種設備事故應急處置方法可通過操控無人機快速飛臨特種設備事故現場進行勘查,及時獲得事故現場第一手安全狀況信息,可以實現特種設備事故應急處置的快速響應,提高事故應急處置效率,為應急指揮部門快速科學決策提供參考依據。

搭建了一套無人機現場勘查系統,通過實際案例實施,實現了無人機技術在特種設備事故應急處置中的應用,結果驗證了無人機現場勘查系統的基本功能及其優點。

本方法的實施應用可以發現既有事故應急預案的不適應內容,進而指導應急預案的完善更新,使事故應急預案更具科學性和可操作性。

[1] 朱黎明，黨彰，劉錦東．淺談無人機在突發性公共事件中的應用及啟示[J]．中國應急管理，2009，3(7)：26-29．

[2] 鄭攀．小型無人機在公共安全領域的應用前景展望[J]．警察技術，2013，29(4)：53-55．

[3] 韋文功．利用無人飛機開展救災的成功實踐[J]．中國減災，2008，18(4)：39．

[4] 張偉，余曉偉，余泳昌．電動多旋翼飛行器的特點及其在農業中的應用[J]．現代農業科技，2014，(13)：215-218．

[5] 陳雷．無人機在交通應急指揮領域的應用[J]．中國交通信息化，2014，16(4)：128-130．

[6] 李臻立，涂明，杜勇．無人飛行器智能巡檢應用研究[J]．湖北電力，2012，36(4)：41-42．

[7] 趙晨，杜勇．四旋翼無人機在輸電線路巡視中的應用[J]．湖北電力，2012，36(6)：35-36．[8] 鄭貴林，張麗．自旋翼飛機電力巡線技術研究與應用[J]．中國電力，2014，47(7)：26-31．

[9] 高群業．A公司四旋翼無人機項目商業計劃書[D]．廣州：華南理工大學，2013．

[10] 楊成順，楊忠，葛樂，等．基于多旋翼無人機的輸電線路智能巡檢系統[J]．濟南大學學報(自然科學版)，2013，27(4)：358-362．

[11] 姜薈叢．飛行器電力巡檢探討[J]．山東電力技術，2012，39(5)：46-68．

[12] 劉高，武利會，張虎．輸電線路直升機智能巡檢關鍵技術研究[J]．三峽大學學報(自然科學版)，2014，36(2)：46-49．

[13] 李勇．無人飛行器在特高壓交流輸電線路巡視中的應用模式研究[D]．北京：華北電力大學，2014．

[14] 呂明．基于多傳感器協同檢測的輸電線路無人飛機巡檢關鍵技術[D]．上海：上海交通大學，2012．

[15] 熊典，向文祥，王斌，等．高壓輸電線路多旋翼無人機巡線技術及應用[C]．2013年度學術年會第五屆“智能電網”“電機能效提升”發展論壇論文集，2013：50-54.

Research on the Emergency Treatment of Special Equipment Accident Based on Unmanned Aerial Vehicle

Zheng Jiong1,2Yang Jingbiao1Guo Jin1,2Luo Weijian1
(1. Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Guangzhou 510655)
(2. Administration of Quality and Technology Supervision of Guangdong Province Guangzhou 510655)

An emergency treatment method of special equipment accident based on UAV technology was proposed in order to overcome the danger and unknown factors in the accident scene. The UAV feld investigation system was built and the first-hand information was obtained from the investigation of the accident scene of the dangerous or inaccessible areas within the control range. Implement rescue and disposal was carried out by the emergency treatment personnel according to the accident security situation which was analyzed from the feedback information. This method has characteristics of quick operation and fast response speed for rapid response and implementation of emergency treatment in case of a special equipment accident. Unnecessary emergency casualties can be avoided and the inappropriate content of the emergency plans can be found timely by this method.

Unmanned aerial vehicle Special equipment Accident Emergency treatment

X924

B

1673-257X(2017)08-0009-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.08.003

鄭炯（1965～)，男，本科，院長，高級工程師，從事特種設備檢驗及管理工作。

楊景標，E-mail： yjb618@163．com。

廣東省質量技術監督局科技項目（編號：2016CT17)

2017-03-08）