增強現實AR技術在應急救援中應用的探討

趙家浩+劉凱+馬名開+田玉華

摘 要：通過事實證明，針對各類事故進行應急救援預案演練，可以在事故發生時提高各級應急救援人員的救援熟練度和應急反應力、強化各部門之間的配合，傳統的應急救援演練花費大、效率低，不能進行多次重復性演練、不能對多種應急救援后果進行對比。近幾年興起的應急救援仿真演練克服了傳統應急演練的缺點，但其是根據應急預案提前進行演練劇情編輯與設計，演練劇情是人為主導進行設計，不具備實戰化。隨著科技的發展，具備遠程操控、及時成像定位、無線通訊及設備輕便的增強現實AR技術，開始應用于現代應急演練及救援工作中，使更加高效安全地實現應急救援工作成為可能。本文重點介紹增強現實技術的定義及其特點，闡述增強現實技術在應急救援中的應用，從遠程應急指揮、掌握精準信息、科技安全救援、實戰性應急演練四個方面進行探討分析，認為增強現實技術必定會在應急救援工作產生更多應用場景，進一步提升應急救援工作實力。

關鍵詞：增強現實；應急救援；應用

中圖分類號：U698 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）2-0028-03

1引言

近些年，隨著中國經濟的高速增長，災害事故的多發性和應急救援任務的艱巨性日益凸顯，處置難度也越來越大，各種災害事故呈現出突發性、多發性、連鎖性、擴展性、復雜性和不可預見性的特點。根據國家安全生產應急救援指揮中心官方網站信息公布，自其成立以來，共指導協調全國礦山、危險化學品應急救援隊伍參與11.2萬起事故應急救援。

通過事實證明，針對各類事故進行應急救援預案演練，可以在事故發生時提高各級應急救援人員的救援熟練度和應急反應力、強化各部門之間的配合，有效減少事故造成的人員傷亡和財產損失 。但傳統的應急演練花費大、效率低，不能進行多次重復性演練、不能對多種應急救援后果進行對比，照本宣科，演練效果并不明顯。

隨著建模與仿真技術的快速發展，計算機應急救援模擬訓練克服了傳統應急演練的缺點，具有訓練成本低、效率高、安全性好、可重復演練、不受時空環境限制等優點，受到各部門、企業的重視。計算機可以對真實災害環境下的搶險救援組織指揮，事故現場處置措施進行模擬，目前，通過建立應及救援指揮模擬訓練模型，開展計算機模擬訓練，已成為增強應急救援指揮能力和現場處置能力的重要手段和有效措施。2014年5月11日，北京市安監局組織北京市第一屆礦山救援技術競賽。競賽中，專門增加了事故模擬仿真救援比賽項目，第一次將模擬仿真應用于應急救援比武。2014年11月12日，北京市交通委員會和北京市安監局聯合主辦道路危險貨物運輸從業人員應急處突技能競賽，這次競賽中，也專門設置3D模擬仿真競賽項目，模擬運輸甲醇的常壓罐車在公路隧道中被大貨車追尾導致泄漏、起火的事故場景，進行事故處置和救援考核。2017年4月21日，中國石化安全工程研究院組織的應急處置仿真演練在齊魯石化安全仿真培訓基地上演，首次采用網絡直播的方式對應急演練全程直播。

目前，上述應急救援仿真演練需要依托3D-GIS、3D虛擬現實（VR）軟件等平臺，根據應急預案提前進行演練劇情編輯與設計。歸根結底，演練的劇情是人為主導進行設計。但由于人類的有限理性、環境的動蕩性以及科學技術迅猛發展所注入的更多不確定性因素，現代社會環境中所爆發的各種事故遠遠超出人類的預見能力和應對能力，人為并不能設計出所有演練劇情。通過應急演練，在不斷強化應急救援能力的基礎上，根據具體的應急救援情景，以變應變，臨機應景地做出正確的決策才是最有效的應急救援方式。從應急救援的角度講，專業指揮命令下達、事故現場信息精準傳達以及應急裝備應用，對應急救援都具有決定性作用。但由于現有應急機制及設備限制，救援現場很難及時得到專業指揮，應急救援人員仍需要用肉眼直觀判斷現場環境，決定救援方案。隨著科技的發展，具備遠程操控、即時成像定位、無線通訊及設備輕便的增強現實AR技術，開始應用于現代應急救援工作中，使更加高效安全地實現應急救援工作成為可能。

2增強現實技術概述

2.1增強現實技術定義

增強現實技術（Augmented Reality Technique，簡稱AR），又名“增強虛擬現實技術”、“增強現實”、“混合現實”。它是在虛擬現實基礎上發展起來的新技術，是通過計算機系統提供的信息增加用戶對現實世界感知的技術，并將計算機生成的虛擬物體、場景或系統提示信息疊加到真實場景中，從而實現對現實的“增強”。它將計算機生成的虛擬物體或關于真實物體的非幾何信息疊加到真實世界的場景之上，實現了對真實世界的增強。

2.2增強現實技術特點

2.2.1真實世界和虛擬世界的信息集成

增強現實技術是在真實世界的基礎上建立虛擬世界，但并不完全取代現實環境，而是為現實服務，讓虛擬化的三維物理在立體化的全景視野中根據用戶需求交互轉換，將虛擬世界與用戶所處真實世界融合在一起，通過對現實環境的增強來強化用戶的感受與體驗。

2.2.2實時交互性

實時交互是指用戶可以依靠對現實世界的信息的獲取，從而實時得到反饋信息。通過對現實事物的迅速識別，然后在設備中合成，將混合信息準確傳達給用戶，實現虛擬與真實信息的同步傳播，提供用戶一個能實時交互虛實結合的增強環境，使用戶可以在真實世界中真實地感受來自虛擬世界的事物。

2.2.3在三維尺度空間中增添定位虛擬物體

要實現真實世界和虛擬世界的完美融合，需要將計算機產生的虛擬物體顯示在現實環境中的正確位置，即使用戶在現實環境中進行運動，這個定位過程也可以保持虛擬場景在現實環境中的存在性和一體性。

3增強現實技術在應急救援中的應用

3.1遠程應急指揮

事故發生時，專業指揮對現場救援至關重要。但往往事發突然，專家無法在第一時間趕到現場，容易錯過救援的黃金時間。增強現實技術可將現場情況遠程傳輸到應急指揮中心，以3D成像技術還原現場，救援專家可根據立體場景，布局現場工作，并對現場傳回的圖像進行跟蹤，實時下達救援命令。同時可以允許各級指揮員同時觀看、討論，實現應急救援現場信息的高度共享，有利于及時做出正確的救援決策。對于復雜事故現場，增強現實技術的遠程指揮優勢更為突出。天津港“8.12”事故起因是危險化學品爆炸，且臨近住宅區，救援工作不僅依靠應急救援隊員，還需要公安民警、化學專家、防化專家等多方配合。若建立增強現實技術指揮平臺，進行遠程指揮，可實現多地實時對接，及時匯聚各行業、各地方專家，在救援黃金時間內，最大發揮救援力量，將損失降至最低。以色列軍方AR實驗室已經開展上述工作，Rotem Bashi少校在TED演講上展示了AR在緊急救援中的應用，分享了將Hololens（微軟公司開發的一種增強現實頭戴式顯示器）用于應急救援、救援教學以及遠程協助現場處置等構想。endprint

3.2掌握精準信息

指揮中心對現場情況的了解至關重要，應急救援人員對事故現場及周邊環境的判斷，也直接影響救援效果。現場指揮依靠圖紙了解現場環境，但應急救援人員進入火場后，無法實現信息獲取，且現有無線通訊設備只能實現聲音溝通，不利于現場救援人員交流。若為救援部隊配備增強現實技術眼鏡和頭盔，可將現場構造圖、周邊電網與消防管網平面布置圖及其它救援工作信息傳輸給救援隊員，救援人員借助增強現實設備生成的圖像，與現場真實環境匹配，精準定位最佳救援路線，選擇最優救援手段，尋找最近消防栓位置，方便人員間位置確認及交流，提高救援效率，防止因救援手段使用失誤造成二次事故的情況發生。

3.3科技安全救援

對于身著沉重防護服的應急救援隊員而言，輕便的增強現實技術眼鏡與頭盔設備便于攜帶，相對于手持通信、成像設備，現實技術眼鏡與頭盔設備可大大解放消防隊員雙手，使其注意力集中在事故處理。以手指觸碰作為操作動作的增強現實技術，對于帶著厚重防護手套的火災事故應急救援隊員，更便于操作。當應急救援隊員佩戴增強現實技術眼鏡與頭盔進入事故現場后，指揮中心將現場平面圖投射于救援人員手套上，隊員通過點觸動作操作圖像呈現，并激活無線電通訊設備與指揮中心、隊友建立聯系，實現科技安全救援。瑞士洛桑聯邦理工學院的研究員們基于熱感攝像機原理發明了一個增強現實頭戴式設備，幫助消防人員在煙霧和黑暗中獲得清晰視野。事實上，很多應急救援人員已經開始使用熱感攝像機，但如上文所述，目前應用的攝像機體積龐大，并且需要手持，工作效率低，不能滿足現場應急救援要求。

3.4實戰性應急演練

以美國海軍陸戰隊一支名為“增強沉浸式訓練（Augmented Immersive Team trainer，簡稱AITT）”的小組為例，該小組運用增強現實技術全面拓展士兵視聽功能，增強士兵實戰能力，大量節省訓練物資投入。借鑒國外軍事經驗，國內應急救援演練可以借助增強現實技術，增加更多實景演練，與傳統應急演練以及應急仿真演練相比，運用增強現實技術的應急救援演練，可以將虛擬世界信息與真實世界信息重疊，模擬應急救援場景， 演練人員不僅可以看到現實的場景，而且可以看到場景中各種增加的虛擬物體，增強“臨場感”，從而使應急救援人員具備更多救援經驗，增強臨場應變能力，使應急救援演練更加實戰化。

4結論

隨著移動通訊和搜索引擎技術的快速發展，將會促使增強現實技術獲得迅猛發展，成為最具影響力的技術之一。應急救援遠程實時指揮、現場信息精準掌握、裝備科學安全配備、演練不斷趨近實戰，增強現實技術必定會在應急救援工作產生更多應用場景，進一步提高應急救援工作實力。

參考文獻

[1] 我國安全生產應急救援隊伍體系建設取得明顯成效—國家安全生產應急救援指揮中心黨委副書記、副主任王海軍答新華網記者問[EB/OL]

http：//news.xinhuanet.com/politics/2017-05/22/c_129612467.htm

[2] 重大事故應急救援系統及預案導論[M]. 冶金工業出版社， 吳宗之，劉茂編著， 2003

[3] 齊魯石化應急處置仿真演練成功舉辦[EB/OL]http：//www.sohu.com/a/136370673_656055

[4] 非常規突發事件的性質和特征探析[J]. 劉霞，嚴曉，劉世宏.？？北京航空航天大學學報（社會科學版）.？2011（03）

[5] 增強現實技術導論[M]. 國防工業出版社， （美國）基珀（Kipper G.），（美國）蘭博拉（Rampolla J.）編著， 鄭毅翻譯，2014

[6] 淺談增強現實技術及其軍事應用[J]. 郭麗莉，張婷婷，劉敏.？？電腦知識與技術.？2016（07）

[7] AR用于緊急救援Rotem Bashi [EB/OL]https：//v.qq.com/x/page/q03902231lm.html

[8] Augmented Reality Visor Lets Firefighters See through the Smoke [EB/OL]

http：//www.popsci.com/augmented-reality-visor-lets-firefighters-see-through-smokeendprint