復(fù)雜地形下繩索救援路徑規(guī)劃與執(zhí)行策略

摘要：通過分析復(fù)雜地形的特征，確定了不同種類地形與救援行動(dòng)之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，深入探討了繩索救援路徑規(guī)劃的理論基礎(chǔ)，并針對(duì)復(fù)雜地形特點(diǎn)，提出了適應(yīng)性強(qiáng)的路徑規(guī)劃算法。闡述了繩索救援路徑規(guī)劃與執(zhí)行的具體策略，包括救援路徑的規(guī)劃方法和執(zhí)行過程中的關(guān)鍵技術(shù)，旨在優(yōu)化復(fù)雜地形下的繩索救援路徑，提升救援效率和安全性。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地形；繩索救援；救援路徑優(yōu)化

中圖分類號(hào)：D631.6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " "文章編號(hào)：2096-1227（2024）09-0031-03

繩索技術(shù)起源于19世紀(jì)50年代的登山、攀巖、洞穴探險(xiǎn)等活動(dòng)，后衍生出以繩索應(yīng)用為主的救援技術(shù)體系，早年繩索救援技術(shù)廣泛用于戶外和軍事領(lǐng)域。隨著時(shí)間的推移，繩索技術(shù)被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜地形環(huán)境中的救援行動(dòng)，科學(xué)設(shè)計(jì)與有效執(zhí)行的救援路徑是決定救援成功的關(guān)鍵因素。救援活動(dòng)中，崎嶇的山地、深邃的峽谷和濃密的森林等復(fù)雜地貌給救援工作帶來了難度，也對(duì)隊(duì)員的技能和判斷力提出更高的要求。本文通過深入分析不同復(fù)雜地形的特征，提出了一種適應(yīng)性強(qiáng)且綜合考慮動(dòng)態(tài)態(tài)勢(shì)及特殊需求的路徑設(shè)計(jì)算法，介紹了繩索救援線路規(guī)劃與執(zhí)行策略，包括路徑的制定方法和操作中的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。

1 常用繩索救援裝備

繩索救援中常用的基礎(chǔ)裝備對(duì)于確保救援人員的安全和救援任務(wù)的順利完成至關(guān)重要。具體的繩索救援常用裝備見表1。

2 復(fù)雜地形特征分析

2.1" 地形分類與特點(diǎn)

繩索救援被廣泛應(yīng)用于山岳、地震、洪澇等災(zāi)害救援中，在泥地、丘陵、山坡、巖石、沼澤等復(fù)雜地形組合下尤見其關(guān)鍵作用，地形分類與特點(diǎn)決定了救援行動(dòng)策略制定的重要性[1]。山地、峽谷和森林等獨(dú)特地貌特征，比如坡度、巖石分布和植被密度，給繩索救援帶來各種技術(shù)難題。在山地救援中需要考慮陡峻坡面上固定點(diǎn)的選擇以及下降路徑規(guī)劃；在峽谷內(nèi)進(jìn)行救援則需要評(píng)判河流流速和兩岸的地理優(yōu)劣條件以確定安全驛站和繩子橋搭建方式；在森林里實(shí)施救援則要關(guān)注樹木穩(wěn)定性以及綿延復(fù)雜的地形結(jié)構(gòu)特征，同時(shí)思考如何有效傳遞救援信號(hào)。

2.2" 復(fù)雜地形對(duì)繩索救援的影響

復(fù)雜地形對(duì)繩索救援造成了困擾，在陡峭或不穩(wěn)定區(qū)域，救援者需具備高級(jí)操作技能和緊急避險(xiǎn)能力，以應(yīng)對(duì)潛在落石、滑坡等自然風(fēng)險(xiǎn)。在沼澤或洪水封鎖區(qū)，救援人員通過直升機(jī)攜帶繩索系統(tǒng)進(jìn)行靈活作業(yè)[2]。精準(zhǔn)定位時(shí)，復(fù)雜地形可能干擾通信與導(dǎo)航裝置，導(dǎo)致過程中的不確定性和危險(xiǎn)性。

2.3" 地形數(shù)據(jù)采集與處理

遙感、地理信息系統(tǒng)（GIS）和3D激光掃描等技術(shù)，能夠捕獲地形高程變化、坡度分布、巖石結(jié)構(gòu)和植被覆蓋等關(guān)鍵信息，給救援團(tuán)隊(duì)提供一個(gè)決策支持系統(tǒng)[3]。深入分析這些系統(tǒng)數(shù)據(jù)后，能識(shí)別出滑坡易發(fā)區(qū)和不穩(wěn)定巖石帶等潛在危險(xiǎn)區(qū)域，有助于風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避和制定最佳救援路徑。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新迭代以及動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)的運(yùn)用，能夠針對(duì)復(fù)雜地形數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，提前發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，評(píng)估救援方案的可行性，優(yōu)化資源分配。復(fù)雜地形數(shù)據(jù)的采集與處理可為繩索救援路徑規(guī)劃提供基礎(chǔ)支撐，為救援行動(dòng)的成功提供科學(xué)依據(jù)。復(fù)雜地形特征的相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

3 繩索救援路徑規(guī)劃理論

3.1" 路徑規(guī)劃基礎(chǔ)理論

在繩索救援路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)理論研究中，圖論和優(yōu)化算法是核心部分。數(shù)學(xué)模型的提供源自圖論，并通過優(yōu)化算法對(duì)這些模型進(jìn)行最優(yōu)或可行的救援路徑搜索。繩索救援需要的路徑規(guī)劃包含地形復(fù)雜性、潛在風(fēng)險(xiǎn)以及實(shí)時(shí)需求等考慮因素，同時(shí)算法的設(shè)計(jì)與選擇必須能夠適應(yīng)多變的環(huán)境條件，如天氣變化和地形障礙，以確保救援行動(dòng)的安全性和及時(shí)性[4]。在路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)理論中，多種算法如Dijkstra算法、A*算法和RRT算法等被廣泛應(yīng)用。救援人員應(yīng)通過不同算法采取各種策略，尋找復(fù)雜地形下的最佳救援路線，確保救援任務(wù)的順利完成。

3.2" 復(fù)雜地形下的路徑規(guī)劃算法

路徑規(guī)劃需要處理高維空間數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)響應(yīng)環(huán)境變動(dòng)，并在保證安全的前提下優(yōu)化救援路徑。改進(jìn)后的A*算法可結(jié)合動(dòng)態(tài)窗口法（DWA）做到局部?jī)?yōu)化，在復(fù)雜環(huán)境中快速篩選出安全、高效的救援路線。基于采樣理論來制定規(guī)劃策略，如RRT，在搜索空間中隨機(jī)采樣來探索潛在路徑，路徑規(guī)劃算法流程見圖1。

3.3" 路徑規(guī)劃中的安全性與效率性分析

在救援路徑的規(guī)劃環(huán)節(jié)，必須排除對(duì)救援人員或被救者造成傷害的風(fēng)險(xiǎn)，確保路徑的安全性，力求在最短時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，同時(shí)關(guān)注安全性與效率[5]。在實(shí)際規(guī)劃過程中，往往出現(xiàn)這兩個(gè)目標(biāo)相互制約的情況，為平衡處理這一問題，可采用加權(quán)和法、基于Pareto優(yōu)化算法等工具，綜合考慮包括路徑長(zhǎng)度、避障性能以及能源消耗等諸多因素，以尋求最優(yōu)解。

4 繩索救援路徑規(guī)劃與執(zhí)行策略

4.1" 救援路徑規(guī)劃策略

繩索救援路徑規(guī)劃策略的核心在于安全與效率。在復(fù)雜多變的地形中需要深入考慮多方面因素：地形特征、氣象條件、救援設(shè)備性能以及被救者狀況，從而制定出科學(xué)合理的救援路徑。詳盡的地形分析與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持至關(guān)重要，可以為策略的制定提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而先進(jìn)的路徑規(guī)劃算法——A*算法，可為搜索和確定最優(yōu)路徑提供基礎(chǔ)。繩索救援策略還應(yīng)包含對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估和應(yīng)對(duì)措施的制定，救援行動(dòng)之前應(yīng)對(duì)可能遭遇的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面預(yù)估，并預(yù)先規(guī)劃相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略，以確保在面臨復(fù)雜地形時(shí)可迅速有效地展開救援[6]。

4.2" 救援路徑執(zhí)行策略

救援行動(dòng)的具體操作流程和方法構(gòu)成了救援路徑執(zhí)行策略的核心，每個(gè)操作環(huán)節(jié)都需細(xì)化。救援人員分工明確且具體，包括但不限于采用具體設(shè)備和方法固定繩索、選擇適應(yīng)的救援系統(tǒng)（如垂直、水平、斜向）、搬運(yùn)傷者或物體以及實(shí)施急救措施等[7]。在執(zhí)行策略中，團(tuán)隊(duì)協(xié)作和現(xiàn)場(chǎng)指揮的重要性不言而喻，應(yīng)確保每位救援人員都清楚自己的職責(zé)，并具備在復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況的能力。

4.3" 策略的適用性與局限性分析

繩索救援路徑的規(guī)劃與實(shí)施策略的適用性，受地形復(fù)雜度、救援團(tuán)隊(duì)的專業(yè)水平、技術(shù)裝備的性能等多種因素影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，策略有可能存在一定的局限性，如復(fù)雜的環(huán)境變化、信息的缺乏或資源的匱乏，都可能威脅救援行動(dòng)的實(shí)際效果。在實(shí)踐中，常見問題包括：螺旋繩索在極端環(huán)境無法充分發(fā)揮防護(hù)作用；國(guó)際繩索技術(shù)協(xié)會(huì)（IRATA）所倡導(dǎo)的技術(shù)難以在部分消防隊(duì)伍中廣泛推廣；繩索材質(zhì)粗硬難以打結(jié)等。在制定和執(zhí)行策略時(shí)必須進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并以結(jié)果導(dǎo)向來調(diào)整策略，盡可能克服局限性。

5 結(jié)束語

本文對(duì)復(fù)雜地形下的繩索救援路徑規(guī)劃與執(zhí)行策略進(jìn)行深入研究，并提出了一套系統(tǒng)化的救援路徑規(guī)劃方法和執(zhí)行策略。這套路徑算法以精確的地形分析和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持為基礎(chǔ)，提高了在復(fù)雜地形中的適應(yīng)性，它不僅充分考慮了地形的復(fù)雜性，還有效優(yōu)化了救援路徑的安全性和效率，可為救援團(tuán)隊(duì)提供科學(xué)合理的救援路徑。

參考文獻(xiàn)

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