面對(duì)地震、塌方、火災(zāi)等災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)高效救援的需求，隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，智能應(yīng)急救援裝備的發(fā)展可劃分為三個(gè)階段。第一階段，智能應(yīng)急救援裝備輔助救援人員進(jìn)行施救。此時(shí)，救援人員仍然是救援的主體，但智能應(yīng)急救援裝備能夠通過(guò)主動(dòng)完成小部分搜救任務(wù)，為救援人員提供有效的救援信息，起到輔助作用；第二階段，智能應(yīng)急救援裝備與人協(xié)作，共同承擔(dān)救援任務(wù)。此時(shí)，救援裝備能夠智能的完成感知、分析、推理、決策、控制等功能，獨(dú)立完成部分救援工作；第三階段，智能應(yīng)急救援裝備為救援主體，救援人員只需要進(jìn)行輔助即可。此時(shí)，應(yīng)急救援裝備高度智能化，可獨(dú)立完成各種復(fù)雜任務(wù)。目前國(guó)內(nèi)外智能救援裝備的研發(fā)仍處于第一階級(jí)。我國(guó)在智能應(yīng)急救援裝備產(chǎn)業(yè)方面的研發(fā)具備一定的基礎(chǔ)，基本掌握了智能救援裝備的設(shè)計(jì)制造、控制系統(tǒng)軟硬件、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等相關(guān)技術(shù)，不少裝備擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。未來(lái)，我國(guó)智能應(yīng)急救援裝備的發(fā)展趨勢(shì)如下。

4.1 裝備結(jié)構(gòu)向著面向通用/專用復(fù)雜需求的環(huán)境、結(jié)構(gòu)、材料、驅(qū)動(dòng)一體化設(shè)計(jì)方向發(fā)展

(1) 針對(duì)不同災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的救援需求，將新型機(jī)構(gòu)、新材料、新驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用于救援裝備的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并采用結(jié)構(gòu)、尺度一體化設(shè)計(jì)方法，使其能夠靈活高效的在狹小空間等特殊場(chǎng)合完成既定功能，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、剛度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。例如，對(duì)于部分中度及重度自然災(zāi)害，道路、橋梁損壞嚴(yán)重或者邊遠(yuǎn)山區(qū)交通閉塞，陸地運(yùn)輸嚴(yán)重受阻，而現(xiàn)有水路和空中運(yùn)輸工具的運(yùn)輸能力有限，缺乏可快速抵達(dá)救援現(xiàn)場(chǎng)的有效裝備，模塊化的快速拆裝結(jié)構(gòu)是救援裝備的發(fā)展趨勢(shì)之一。通過(guò)結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)并建模分析不同的模塊對(duì)結(jié)構(gòu)剛度和可靠性的影響，可最終實(shí)現(xiàn)大型智能應(yīng)急救援裝備高效拆分與組裝，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)救援裝備快速組裝后投入搶險(xiǎn)救援任務(wù)，大幅提高救援的時(shí)效性。

(2) 在機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模中，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、材料、環(huán)境一體化建模。將工作空間、材料變形、環(huán)境的振動(dòng)、非周期性沖擊載荷等復(fù)雜環(huán)境條件作為模型中的重要因素，精確建立一體化模型，精確反映其功能特征。在此基礎(chǔ)上，可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)智能的構(gòu)型綜合及設(shè)計(jì)，以滿足功能要求。

(3) 通用大型工程機(jī)械裝備快速轉(zhuǎn)化為專用大型救援裝備技術(shù)是發(fā)展趨勢(shì)之一，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)通用大型工程機(jī)械裝備在平時(shí)服務(wù)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、在災(zāi)害發(fā)生時(shí)能夠轉(zhuǎn)換成專用大型救援裝備，在災(zāi)害救援中發(fā)揮一機(jī)多用的功能。為此，需要提出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

4.2 裝備性能向著高可靠性、低能耗以及較好的環(huán)境適應(yīng)性的方向發(fā)展

在可靠性方面，應(yīng)急救援裝備應(yīng)該在地形復(fù)雜(崎嶇路面、泥濘土地等)、環(huán)境不確定因素高(余震等引起的建筑物坍塌易造成不可預(yù)知的沖擊)、極端環(huán)境出現(xiàn)率高(高溫、濕熱、腐蝕性環(huán)境等)以及長(zhǎng)時(shí)間使用的復(fù)雜條件下具有高可靠性，不易發(fā)生疲勞、磨損、腐蝕等問(wèn)題。因此，應(yīng)開(kāi)展高溫?zé)釄?chǎng)下防護(hù)材料、極寒條件下防護(hù)材料、自修復(fù)材料、高強(qiáng)度輕型材料等新型材料的研究；開(kāi)展救援裝備自潤(rùn)滑機(jī)理研究，減小摩擦磨損；對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性及突發(fā)條件下的自恢復(fù)方式進(jìn)行研究，提高軟件系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，提出面向地震、塌方等復(fù)雜災(zāi)害條件下的動(dòng)態(tài)/靜態(tài)相結(jié)合的可靠性分析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同救援裝備可靠性的定量評(píng)估。

在能源利用方面，由于災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)能源緊張，很難及時(shí)提供大量能源供眾多裝備長(zhǎng)時(shí)間使用，應(yīng)急救援裝備應(yīng)具有能耗低的特點(diǎn)，即在保證運(yùn)轉(zhuǎn)功率和使用時(shí)長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，所消耗的能量最少。此外，對(duì)于未來(lái)的智能應(yīng)急救援裝備，體積小、轉(zhuǎn)化率高的太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、氫能等新型能源裝置可在救援裝備上進(jìn)行使用，盡可能地實(shí)現(xiàn)就地取材完成能量轉(zhuǎn)化，以解決災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)緊缺的能源問(wèn)題。

在環(huán)境適應(yīng)性方面，靈巧的結(jié)構(gòu)將使得可移動(dòng)智能應(yīng)急救援裝備向著極端地形適應(yīng)性的方向發(fā)展，具有很強(qiáng)的越障能力和運(yùn)動(dòng)效率。結(jié)合其在極端環(huán)境下信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與可靠性、夜間環(huán)境感知的準(zhǔn)確性等性能，智能救援裝備應(yīng)能夠在不同時(shí)間、不同空間、不同地形下都能夠進(jìn)行使用。

4.3 裝備的智能化向著極端環(huán)境精準(zhǔn)感知、多維信息自主決策、智能容錯(cuò)、多機(jī)動(dòng)態(tài)協(xié)同的方向發(fā)展

在環(huán)境感知方面，微型光學(xué)結(jié)構(gòu)納米傳感器、鈣鈦礦單晶數(shù)字圖像傳感器等新型的傳感器及深度學(xué)習(xí)算法將應(yīng)用于智能救援裝備上，通過(guò)多傳感器融合技術(shù)、高效的信息提取與處理技術(shù)、多任務(wù)并行及動(dòng)態(tài)分析等先進(jìn)的技術(shù)，并結(jié)合遙感技術(shù)及多機(jī)多信息判斷，實(shí)現(xiàn)在坍塌或?；繁ê笤斐傻膹U墟、渾濁復(fù)雜的水下區(qū)域、動(dòng)態(tài)的雜亂環(huán)境、煙塵等造成的視線受阻等條件下實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的環(huán)境感知，為運(yùn)動(dòng)決策提供準(zhǔn)確的參考。

在自主決策方面，面向救援現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜任務(wù)，動(dòng)態(tài)概率網(wǎng)絡(luò)決策方法、基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的決策方法等新型的決策算法將被應(yīng)用于智能救援裝備上，并通過(guò)突破面向大規(guī)模連續(xù)狀態(tài)及具有高維空間的增強(qiáng)學(xué)習(xí)方法等相關(guān)技術(shù)，大幅提高決策問(wèn)題的求解效率，最終實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)急救援裝備將向著復(fù)雜任務(wù)高效的自主決策及高魯棒性的方向發(fā)展。此外，救援人員與救援裝備決策的矛盾分析與自主判斷也是自主決策未來(lái)發(fā)展的方向之一。

在智能容錯(cuò)方面，智能應(yīng)急救援裝備未來(lái)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能容錯(cuò)，即在部分構(gòu)件或系統(tǒng)因不可預(yù)知因素發(fā)生故障時(shí)，可通過(guò)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃(Adaptive dynamic programming, ADP)等智能的自學(xué)習(xí)策略改變運(yùn)動(dòng)方式或控制模式，最大限度地繼續(xù)完成相關(guān)工作，以減少由于裝備故障而對(duì)救援工作造成的影響。

在多機(jī)協(xié)同方面，智能救援裝備由單一裝備獨(dú)立完成某一任務(wù)向著多機(jī)協(xié)同的方向發(fā)展，通過(guò)采用元啟發(fā)式優(yōu)化算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法等先進(jìn)的算法，多裝備共同協(xié)作完成某一任務(wù)，擴(kuò)大救援裝備的使用范圍，完成大量單一裝完無(wú)法完成的工作，將更多的救援人員從危險(xiǎn)的救援工作中解放出來(lái)。

4.4 通信技術(shù)向著設(shè)備的極速組網(wǎng)、復(fù)雜空間環(huán)境多元信息遠(yuǎn)距離高穿透性精準(zhǔn)通信的方向發(fā)展

在硬件方面，應(yīng)用于災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的通信裝備將向著小型化、集成化、一體化的方向發(fā)展，通過(guò)移動(dòng)式和固定式相結(jié)合的方式，以便能夠省去繁瑣的組網(wǎng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)在狹小空間內(nèi)更加高效的硬件搭建。特別地，移動(dòng)通信車(chē)輛也應(yīng)向著小型化、模塊化的方向發(fā)展。

在關(guān)鍵技術(shù)方面，5G 通信技術(shù)將被用于救援裝備，高速、低功耗、低時(shí)延將大幅提高救援效率。同時(shí)，高溫、高壓、多重覆蓋物阻隔等極端條件下的信息傳播衰減機(jī)理將被揭示，語(yǔ)音、視頻、文字多媒體通信方式同步采集及融合技術(shù)，空中、地面、地下、水下等具有復(fù)雜障礙物的多維空間的高穿透技術(shù)將被突破，最終實(shí)現(xiàn)極端環(huán)境下人機(jī)/機(jī)機(jī)高效通信。

4.5 救援裝備向著操作便捷、人機(jī)友好的方向發(fā)展

操作的便捷性和人機(jī)交互的友好性是智能應(yīng)急救援裝備的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于前者，雖然智能裝備因功能豐富，結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)都較為復(fù)雜，但操作的便捷性不可忽視，這可以降低救援裝備對(duì)操作人員的專業(yè)度要求，使得救援人員可在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)快速操作救援裝備，提高救援效率。對(duì)于后者，救援裝備應(yīng)具有友好的交互界面，以提高救援人員對(duì)復(fù)雜救援裝備的接受程度。

除上述發(fā)展趨勢(shì)外，結(jié)合現(xiàn)有應(yīng)急救援裝備的性能特點(diǎn)，建立一套完整的性能評(píng)價(jià)體系是應(yīng)急救援裝備領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)之一。通過(guò)建立一系列標(biāo)準(zhǔn)體系，可以減小不必要的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)救援資源的快速整合。

5 結(jié)論

智能化是應(yīng)急救援裝備的發(fā)展趨勢(shì)之一，是在重大自然災(zāi)害和人為事故救援中提高救援效率、保障救援人員和受困人員生命安全的重要途徑。因此，大力發(fā)展智能應(yīng)急救援裝備，加強(qiáng)重大自然災(zāi)害的防治瓶頸技術(shù)的研發(fā)，全面提升我國(guó)應(yīng)急救援裝備技術(shù)水平，可以為應(yīng)急搶險(xiǎn)救災(zāi)提供更加有力的保障。智能救援裝備種類繁多，根據(jù)救援環(huán)境和用途的不同，可分為空中救援裝備、陸地救援裝備、水下救援裝備以及通用救援裝備。在綜述了智能應(yīng)急救援裝備及共性技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，指出了我國(guó)智能應(yīng)急救援裝備的研發(fā)還存在缺乏面向通用/專用不同需求的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、特殊災(zāi)害環(huán)境下的救援裝備的性能不佳、智能化程度不高、通信基站技術(shù)不成熟、人機(jī)交互效果不佳等問(wèn)題，這都使得智能救援裝備尚未在大型救援現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用。指出智能應(yīng)急救援裝備將通過(guò)多學(xué)科融合，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、環(huán)境感知、自主決策與運(yùn)動(dòng)控制、高效通信及人機(jī)交互等方面實(shí)現(xiàn)智能化，最大限度地代替救援人員完成救援任務(wù)。