浅谈基于水下搜寻设备的内河水域应急救助抢险作业流程
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摘 要：随着水下搜寻设备的发展，水下应急救助抢险作业方式发生了根本性的变化。本文着眼于内河水域作业，将作业流程划分为背景信息获取、声学扫测与疑似点辨识、目标确认与定位、挂钩打捞出水四个阶段，并从工作方法与设备选取的角度进行了探讨。
关键词：内河水域 水下搜寻设备 应急救助抢险
1.引言
众所周知，水下搜寻作业最大的难点在于目标定位，传统的拖网式搜寻或潜水员盲搜受环境影响极大且效率低下。自2014年马航MH370事故以来，以水声通信为基础的水下搜寻设备逐渐走入救捞从业者的视线内。5年来，在国家的大力支持与投入下，业内引入了包含深拖、ROV（Remotely Operated Vehicle）、AUV（Autonomous Underwater Vehicle）、拖曳式聲呐等在内的一大批水下搜寻设备，然而针对具体任务的作业流程设计尚处于探索阶段。
浙江大学的顾临怡等曾就基于ROV等载体的水下搜救流程作出具体的阐述，但根据笔者的实际工作经验，认为其论述在针对具体作业内容的设计上稍显不足。本文将作业环境假定为内河水域，在现有技术能力能达到的装备水平前提下，提出一套基于水下搜寻设备的内河水域应急救助抢险作业流程。
2.内河水域应急救助抢险作业特点
通常意义上来说，尽管海难事故造成的危害更大、影响力更强，内河水域事故发生率却要更高。内河水域作业环境一般具备以下几个特点：（1）水流流速快;（2）水深相对较浅;（3）水底环境复杂;（4）涌浪小;（5）作业可依托的船艇、岸基条件不定。内河水域应急救助抢险的标的以落水车辆、小型沉船、锚和锚链居多，且目标物基本都落于河床表面;险情多为突发，任务准备时间有限，因而在作业装备选择上，易于组装及便于运输都是极为重要的考量因素。
3.内河水域应急救助抢险作业流程
搜救人员通常对于位于内河水域的事发地点水文、水底信息有一定程度的了解，或者有渠道直接获得相对准确的水文、水底信息。同时，内河水域任务目标区域范围也相对较小，因此，出于效率上的考虑，作业时一般略去整体扫测，即水底地形图获取阶段。笔者认为，基于水下搜寻设备的内河水域应急救助抢险作业流程大致可以分为四个阶段：（1）背景信息获取;（2）声学扫测与疑似点辨识;（3）目标确认与定位;（4）挂钩打捞出水。
3.1背景信息获取
获取事故背景信息是应急救助抢险作业安全开展的前提。作业前需要获取的关键信息包括：水深、水底地形、底质、流速、目标物类型、目标物状态、目标物大致位置范围等。内河水域事故发生地一般处于长期有人员活动的区域，且救援力量通常具备明显的属地关系，因此背景信息的获取相较于海上会容易一些。当地的水文、水底信息救援人员可能本身就有了解，若不清楚，可咨询当地居民、相关从业人员或查阅有关资料并结合现场观测掌握;而目标物的信息则需要从事发现场监控录像、目击者或任务委托方处获取足够的资料，综合考量环境因素并结合救援人员的经验加以判断。掌握背景信息后，方可以此为支撑，选取适当的工具、设备，制订作业方案。
3.2声学扫测与疑似点辨识
当前，广泛用于水下大面积声学扫测的工具主要是多波束测深仪、合成孔径声呐和侧扫声呐。鉴于内河水域作业水深通常比较浅的情况，多波束扫测效果往往不是很理想，现实中，内河水域作业多采用近底声学扫测。其中，合成孔径声呐是近年来兴起并逐步发展完善的一项技术，优势在于分辨率高且能够兼顾一定深度的埋深，但考虑到其技术成熟度和成本等问题，合成孔径声呐普及度并不是很高。而侧扫声呐因其扫宽大、效率高、操作简便等优点成为内河水域水下搜寻最为常用的工具，在实际使用中，需要扫测的范围一般不会很大，综合考量图像质量因素，多选择高频侧扫声呐。
内河水域目前可用于水下搜寻设备搭载的载体不外乎三种：ROV、拖鱼和AUV。其中，ROV受限于作业范围不适合在大面积声学扫测中使用;拖鱼工作稳定、操作简便，但必须有合适的船艇配合且水底不能有大的高度起伏;AUV则没有这些限制，但AUV的工作稳定性稍逊，回收较为复杂。综上，载体的选择须视具体情况而定，值得注意的是，尽管前文强调作业设备轻便是很重要的，实际上仍需具备一定的重量来保证其作业过程中抵抗水流保持姿态的能力。
测线规划须尽可能的保证相邻测线的扫测区域有足够的重叠，这样既能够填隙，又能确保目标物至少在两条测线的图像上出现，提供足够的判断依据。关于疑似点的辨识，根据底质情况不同，判断声纳图像的方法也不同。如果水底为淤泥底质，则目标有可能部分陷入淤泥中，此时需着重观察有无与目标形状和大小类似的亮斑;如果水底较多岩石等硬物，则图像中亮斑较多，容易对图像判断造成干扰，此时需重点关注阴影部分，通过测量阴影高度，更有利于判断目标。有时，图像质量不够理想，又或目标物没有完整的展示在一张图像上，此时可以借助数据后处理软件进行图像处理、拼接，进而标注疑似点。
3.3目标确认与定位
现今，内河水域作业目标确认与定位最常见的做法是从声呐图像上圈选出可能的疑似点，根据图像上的位置信息操纵母船于该点上游适当距离抛示位标（一般是重物加漂绳），停至附近区域，潜水员入水寻找示位标，随后在示位标附近进行探摸，如此重复，按照疑似点可能性的大小逐个摸排直至找到目标物。
此种方法看似稳妥，实则有极大的缺陷：（1）声呐图像提供的位置信息本身存在误差;（2）内河水域可以使用的作业船通常难以精确控制船位;（3）示位标抛下的过程中漂移量难以控制;（4）潜水员入水后空间感急剧弱化，加之视线不佳，可能出现重大遗漏甚至方向错误。在如此多的误差叠加之下，作业成果具有极大的不确定性。同时，多次出入水会极大的消耗潜水员的体力，若水流过大更会给潜水员安全带来巨大的风险。
笔者认为，目标确认与定位这一阶段需要充分发挥ROV的作业优势。在给定作业范围的前提下，使用观测级ROV替代潜水员坐底确认疑似点，落位有保证，搜寻路径可控，结果可信度较高，此外，既能一定程度上消除定位误差、修正位置，又解放了潜水员人力，高效安全。如果为ROV加装简单的机械手，还可以在目标物位置放置标志物（可以采用声学信标）以便于后续作业。
3.4挂钩打捞出水
内河水域应急救助抢险目标物一般都可以采取挂钩的方式，由吊机打捞出水。根据目标物的位置可选择船吊或汽车吊。直观上感觉，挂钩操作完全可以由ROV配合机械手完成，其实不然，相反，最好由潜水员完成挂钩操作。首先，由于目标物状态、水流等原因，挂钩生根方式需要视实地情况而定，必要时还要作出相应调整，从这个角度上讲，潜水员作业要更加敏锐、灵活，而现阶段ROV完成较精细作业的难度很大，如使用ROV进行挂钩，很可能要多次布放，相较而言，可靠性与效率都差了很多;其次，观测级ROV通常功能有限，而作业级ROV加上配套的控制系统、LARS整体体量过大，运输及作业受限极多，不适用于内河水域应急救助抢险作业。
不过，尽管有了确定的位置，潜水员下水挂钩同样在一定程度上面临着前文提到的接近目标物困难的问题。传统作业手段中，潜水员一旦入水，水面就几乎失去了对潜水员水下与目标物相对位置的掌握，难以作出有效的辅助、指挥。这里推荐使用潜水员定位导航系统，该系统脱胎于长基线定位技术，初始是为了服务军方，应用于小型目标侦查和反蛙人，近年来逐步走入民用领域。通过灵活的运用应答信标，可以明显呈现出目标物与潜水员的相对位置，进而提供有效的作业指导，大大降低潜水员寻找目标物的难度，提高作业效率。
4.结语
本文是在装备能力相对理想的前提下进行讨论的，落实到具体作业中根据搜救人员差异化的设备底蕴存在相当的弹性调整空间。眼下，设备还不能完全取代人的作用，但通过本文的论述可以发现，水下搜寻设备在扫测、定位上具备卓越的优势，充分发挥设备的作用，人与设备紧密配合才能最大限度的兼顾安全性、稳定性以及高效率。
参考文献：
[1]顾临怡，宋琦，殷宏伟，等.基于ROV等载体的水下搜救流程综述[J].中国科学：信息科学，2018，48（09）：1137-1151.
[2]杨伟光.浅析侧扫声纳在水下搜寻救助作业中的应用[J].珠江水运，2019（21）：89-91.
[3]许钢灿，倪东波，郭建.反蛙人声呐系统发展综述[J].中国安全防范技术与应用，2018（05）：13-18.
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