羅 鵬，謝先啟，陳德志，陳 晨，周祥磊，孫金山，王 威

(1.武漢科技大學(xué) 理學(xué)院，武漢 430065；2.江漢大學(xué) 精細爆破國家重點實驗室，武漢 430056；3.武漢爆破有限公司，武漢 430056；4.中鋼集團 武漢安全環(huán)保研究院有限公司，武漢 430081)

爆破安全警戒是城市控制爆破工程中的重要一環(huán)，裝藥爆破前控制各警戒點，疏散警戒范圍內(nèi)的人員，確保警戒范圍內(nèi)無人員滯留，直至爆破結(jié)束解除警戒。通常警戒疏散工作是依靠人力對警戒范圍進行排查，該方法適用于爆區(qū)環(huán)境簡單、人員稀少的情況。若爆破警戒范圍地形復(fù)雜、障礙物多或光線昏暗、天氣惡劣時，存在警戒盲點，造成疏散困難、遺漏等情況，且需耗費大量人力及時間，存在重大安全隱患。

金婺大橋東西向橫跨武義江，是連接開發(fā)區(qū)、婺城區(qū)、金東區(qū)交通要道。警戒距離為傾倒方向不小于350 m，兩側(cè)及后方不小于200 m，實際警戒范圍約373 140 m2。爆破規(guī)模大，涉及區(qū)域多、范圍廣，爆區(qū)周邊人員多、路口交錯車流大，建筑群密集、環(huán)境復(fù)雜，且該橋?qū)鹑A發(fā)展歷史意義重大，爆區(qū)周邊多江濱公園，觀看爆破視角佳，容易吸引大量人員聚集圍觀，爆破安全問題引起金華市高度重視。爆破作業(yè)分3天2夜完成，于第3日06點45分起爆。本工程裝藥警戒時間長，警戒疏散時間段視線昏暗、范圍大，針對工程實際，結(jié)合AR(增強現(xiàn)實Augmented Reality)實景監(jiān)控、無人機、紅外熱成像儀，建立了一種全方位實時可視爆破安全警戒監(jiān)控搜索系統(tǒng)來保障爆破警戒疏散工作的順利進行。

1 城市控制爆破安全警戒

1.1 城市控制爆破安全警戒流程

爆破安全警戒是城市控制爆破中的重要一環(huán)，通常要成立爆破指揮部，全面指揮和統(tǒng)籌安排爆破工程的各項工作，流程分為7步：

(1)根據(jù)爆破規(guī)模、環(huán)境復(fù)雜程度、爆破有害效應(yīng)范圍確定裝藥警戒范圍，爆破警戒范圍，警戒點位置、數(shù)量。

(2)根據(jù)各警戒的重要程度、工作量分配警戒人數(shù)。

(3)警戒、疏散人員至少提前1天熟悉警戒點、疏散范圍。

(4)爆破前，按規(guī)定發(fā)布爆破公告并設(shè)置警戒線、警示牌等。

(5)警戒人員按時按點上崗，開展警戒工作并封閉交通，禁止無關(guān)人員進入。

(6)疏散人員按疏散范圍進行人員疏散，完成后向指揮部匯報疏散情況，并撤離至指定安全區(qū)域。

(7)爆破完成經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后，警戒人員按警戒解除命令撤離、恢復(fù)交通，完成爆破安全警戒工作。

1.2 金婺大橋爆破安全警戒問題與需求

爆破作業(yè)3天2夜，秋冬季節(jié)清晨06點45分起爆，帶來兩個問題。其一，爆炸物品現(xiàn)場停留時間長，如何保證安全，尤其是夜間安全；其二，爆破警戒范圍內(nèi)地形復(fù)雜，公園內(nèi)涼亭、衛(wèi)生間、地下通道眾多，沿江樹密草深，如何在凌晨視野不明情況下，全面、有序、高效完成爆破警戒疏散工作。為此，爆破安全警戒需要做到以下3點：

(1)警戒范圍廣，需要監(jiān)控全覆蓋，確保警戒無死角，保證指揮部真正做到全面指揮。

(2)爆破位于交通樞紐，指揮部需要調(diào)動社會聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控畫面，擴大管控范圍，防患于未然。

(3)消除夜間視線不明影響，確保人員疏散高效、無死角、不遺漏。

1.3 常規(guī)城市控制爆破安全警戒的局限性

(1)多數(shù)情況下，現(xiàn)場未安裝視頻監(jiān)控，指揮部與各聯(lián)絡(luò)點溝通設(shè)備僅限于對講機或手機，指揮不可視。

(2)少數(shù)情況下，現(xiàn)場安裝了攝像頭，指揮部能通過投影監(jiān)控現(xiàn)場情況，但觀看視角通常固定，不能調(diào)節(jié)遠近，無法全方位多角度跟蹤事件發(fā)展，且反饋的僅為畫面信息，需要人為分析數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化為判斷依據(jù)，再進行處理，全局把控能力低，智能程度低。

(3)無法利用已聯(lián)網(wǎng)的社會監(jiān)控探頭。

(4)由于人眼視力局限，會產(chǎn)生防控死角，無法保證警戒范圍絕對控制。

(5)夜間裝藥范圍值班人員可能因自身或外界因素發(fā)生離崗或疏于職守情況，造成事故難以調(diào)查。

(6)由于光線昏暗、天氣、障礙物等造成的視野不明，阻礙人員疏散工作的正常進行，不利于警戒范圍徹底清場。

(7)下達起爆命令時，由于監(jiān)控、通訊設(shè)備的限制，若發(fā)生非法闖入警戒范圍等緊急狀況，無法第一時間收到現(xiàn)場反饋，可能會造成事故，時效性差。

2 安全監(jiān)控搜索系統(tǒng)搭建

普通視頻監(jiān)控與無人機運用到工程爆破中已屢見不鮮[1-4]，但均不足以滿足金婺大橋爆破安全警戒需求。為了解決實際困難，用高空球機覆蓋整個爆破警戒范圍，球機布置在路口，槍機固定拍攝裝藥部位，無人機機動巡視，連同社會探頭視頻信號一起傳輸至AR后臺。所有重要信息都能在全局監(jiān)控畫面直觀展示，加上紅外熱成像儀隱蔽部位搜索，形成以AR實景監(jiān)控為主，無人機機動監(jiān)控為輔，紅外熱成像儀隱蔽搜索補充的縱覽全局和掌控細節(jié)的全方位立體實時可視監(jiān)控搜索系統(tǒng)，配合常規(guī)爆破安全警戒，保證絕對安全，如圖1所示。

圖 1 全方位立體實時可視爆破安全警戒監(jiān)控搜索系統(tǒng)構(gòu)成Fig. 1 The construction of omnidirectional stereoscopic real-time visualization blasting safety warning monitoring and searching system

2.1 AR實景監(jiān)控

普通攝像機拍攝的影像，通過屏幕傳達的畫面，反映的僅僅是一幀一幀畫面組成的“客觀現(xiàn)實”，無任何附加性信息。AR技術(shù)將數(shù)字化的標(biāo)簽信息添加到實時視頻的現(xiàn)實目標(biāo)對象中，使安保人員在觀看實時畫面時能同步獲得目標(biāo)對象的相關(guān)信息，在“現(xiàn)實”的基礎(chǔ)上進行“增強”，既“看得清”又“看得懂”。達到這種增強最行之有效的方法就是將名稱、經(jīng)緯度、方位角、距離、位置、歷史案例描述、聯(lián)系方式等信息標(biāo)簽化，添加到攝像機呈現(xiàn)的實時監(jiān)控畫面中[5]，如圖2所示。捕捉到的現(xiàn)實中的異常和突發(fā)狀況能在第一時間反映到屏幕畫面中，極大地幫助屏目前的安保人員做出相應(yīng)的處置。

在目標(biāo)區(qū)域制高點與關(guān)鍵點安裝攝像機，畫面集中輸送到指揮部同一大屏監(jiān)控系統(tǒng)。通過高點攝像機的鳥瞰視角掌握監(jiān)控區(qū)域整體情況，將高點視頻內(nèi)建筑物、街道、人、車等信息以點、線、面地圖圖層的方式，自動疊加在基于高點視頻的“實景地圖”上。通過調(diào)用低點攝像機，以畫中畫方式從不同角度查看監(jiān)控區(qū)域細節(jié)，做到可查詢、可搜索、可定位、可描述、可報警、可聯(lián)動，以直觀便捷的視頻實景地圖應(yīng)對各種潛在治安防控問題，統(tǒng)一融合聯(lián)動指揮爆破安保工作各環(huán)節(jié)，實現(xiàn)高低聯(lián)動的立體實時可視指揮調(diào)度，大大改善監(jiān)控體驗、指揮效率[6]，如圖2所示。通過管理員手動添加工作人員信息(姓名、身份證號、面部信息)、車輛信息(牌照)及警戒范圍坐標(biāo)信息，將實拍信息與后臺信息對比管控警戒區(qū)域，發(fā)現(xiàn)非法闖入，發(fā)出警報，顯示目標(biāo)坐標(biāo)信息。確保突發(fā)事件第一時間發(fā)現(xiàn)，第一時間處理，把突發(fā)事件壓制在萌芽狀態(tài)。記錄的高清影像不僅可為突發(fā)事件倒查留下證據(jù)，而且有利于多點、多角度分析爆破過程，進行爆破總結(jié)。

2.2 無人機

無人機安防實行“空間安防”理念，彌補了平面安防體系的空白，通過空中的偵查、預(yù)警、響應(yīng)等一系列措施來調(diào)動地面安防資源予以配合響應(yīng)，形成立體化的監(jiān)控防御體系[7]。無人機在空中不受地域限制，快速高效、質(zhì)輕靈活、操作簡便、獲取影像的時空精度高，可以大范圍監(jiān)控地面情況，同時能快速到達人員不容易涉及的地方，降低了人員風(fēng)險[8]。運用在爆破安全警戒中，完成以下任務(wù)：

(1)俯瞰巡視警戒范圍，補充監(jiān)控系統(tǒng)。出現(xiàn)突發(fā)事件，可迅速到達目的地，對某個區(qū)域或者某個人進行追蹤錄像[9]。

(2)沿爆破警戒范圍低空飛行進行人員疏散，攜帶小型擴音器，呼吁圍觀群眾遠離爆區(qū)，有利于縮短爆破警戒時間，減少警戒、疏散人員工作量。

(3)爆破后可迅速飛抵保護對象，輔助檢查安全情況。

(4)根據(jù)爆破技術(shù)人員需要，從專業(yè)角度記錄爆破過程，為爆破工作總結(jié)提供高清視頻支持。

圖 2 全方位立體實時可視指揮界面Fig. 2 Omnidirectional stereo real-time visual command interface

2.3 紅外熱成像儀

紅外熱成像技術(shù)在安防方面的應(yīng)用包括防盜監(jiān)控、偽裝及隱蔽目標(biāo)識別，夜間及惡劣氣候條件下的治安巡邏，重點部門、建筑、倉庫的安保工作，防火監(jiān)控，路上和港通安全保障等領(lǐng)域[10]。傳統(tǒng)的安防監(jiān)控多為可見光監(jiān)控，在極端條件下(雨雪霧天氣，煙霧環(huán)境，無光黑夜，高反差、逆光條件，樹林草叢中)監(jiān)控效果差。將紅外熱成像儀投入到爆破安保工作中輔助人員疏散工作，主要優(yōu)勢如下：

(1)紅外熱成像儀適用于各種惡劣天氣條件，不受光線影響，與氣候條件無關(guān)，無論白天黑夜均可以正常工作，克服雨、雪、霧的能力較強，適用于任何條件的爆破安全警戒工作。

(2)紅外熱成像儀被動接受目標(biāo)自身的熱輻射，對于躲避在樹木、草叢、墻壁等隱蔽處，不易被肉眼觀察到的熱目標(biāo)識別度高，確保人員疏散無死角、不遺漏。

(3)紅外熱成像儀的識別時間短、探測能力強、作用距離遠，人員疏散時采用大面積掃視目標(biāo)區(qū)域，短時間便可完成人員疏散工作。

可見光監(jiān)控在視頻監(jiān)控領(lǐng)域起著重要作用，但惡劣天氣、晝夜交替、人為偽裝等極端情況，在一定程度上限制了可見光監(jiān)控設(shè)備的正常發(fā)揮，而紅外熱成像監(jiān)控設(shè)備完美的補充了可見光監(jiān)控的局限性，適合高安全級別區(qū)域的入侵防范，是視頻信息中對可見光圖像的重要補充手段，運用在人員疏散中，針對躲避在警戒范圍內(nèi)掩體中，未被監(jiān)控探頭發(fā)現(xiàn)的人員。

3 監(jiān)控搜索系統(tǒng)實施效果

爆破安全警戒一般分為裝藥警戒、爆破警戒、人員疏散，目的是保證爆破作業(yè)期間人員及爆炸物品的安全。結(jié)合AR實景監(jiān)控、無人機、紅外熱成像儀三種技術(shù)手段，在金婺大橋爆破安全警戒這項特殊的安防工作中發(fā)揮各自優(yōu)勢，形成全方位立體實時可視監(jiān)控搜索系統(tǒng)，配合常規(guī)爆破安全警戒。

3.1 警戒前準(zhǔn)備

(1)設(shè)立現(xiàn)場指揮部，投入大屏監(jiān)控系統(tǒng)、無線電通訊系統(tǒng)、無人機等。

(2)在金婺大橋兩岸高聳建筑物設(shè)置超清高空球機4套，如圖3所示。爆破點及各進出路口按需設(shè)置球機與槍機16套，連同周邊交管部門的交通監(jiān)控信號，一起連接至指揮部，建立AR實景指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)爆破警戒范圍全覆蓋，如圖4所示。

圖 3 東西兩側(cè)高空球機監(jiān)控畫面Fig. 3 Monitoring screen of high-altitude spherical camera on the east and west sides

圖 4 指揮部AR實景指揮系統(tǒng)Fig. 4 AR real scene command system in command post

(3)在主橋東西兩側(cè)連接處擺放水碼，設(shè)置單一通道，實行實名登記制度，供爆破作業(yè)人員進出。

(4)將所有工作人員身份信息錄入后臺處理器，此外，爆破作業(yè)人員及爆破監(jiān)理由公安機關(guān)統(tǒng)一發(fā)放防偽工作證，作為進入裝藥警戒范圍出入證。

(5)在各重點區(qū)域無圍墻處設(shè)置硬隔離，避免群眾進入封控區(qū)域，保證現(xiàn)場爆破工程的正常進行。

(6)裝藥前1天張貼爆破公告，送溫馨提示上門，對臨近建筑物錄像拍照存檔，并由指揮部組織爆破警戒與人員疏散演練。

3.2 裝藥警戒

裝藥警戒范圍為金婺大橋主橋兩側(cè)連接處以內(nèi)范圍，如圖5所示。自爆炸物品進入現(xiàn)場，直至爆破警戒開始，實行三班倒不間斷裝藥警戒，警戒人員穿制服，配備對講機(帶耳機)。裝藥現(xiàn)場由內(nèi)至外設(shè)置三層警戒，第一層為爆破作業(yè)人員，4個裝藥點各2人，共8人；第二層為保安，主橋兩側(cè)連接處及橋墩外圍各4人，共12人；第三層為公安民警，橋兩側(cè)工地大門口各2人，共4人，配備巡邏警車2輛。指揮部由監(jiān)視人員將所有攝像頭調(diào)整位置，重點監(jiān)控裝藥點、裝藥警戒范圍入口及相關(guān)路口?，F(xiàn)場三層警戒與指揮部監(jiān)控同步進行、緊密結(jié)合，24小時全天候監(jiān)控警戒，控制進入裝藥點的道路、隱蔽入口及易翻越區(qū)域，確保爆炸物品安全。同時，安全員可通過監(jiān)控畫面監(jiān)督現(xiàn)場裝藥、聯(lián)網(wǎng)工作是否按照《爆破安全規(guī)程》嚴(yán)格執(zhí)行。

3.3 爆破警戒

爆破警戒范圍根據(jù)爆破規(guī)模、周邊環(huán)境、爆破有害效應(yīng)范圍，根據(jù)警戒范圍設(shè)計要求，按實際地形劃分，共設(shè)置3個交通管制點，19個警戒點，警戒點設(shè)置在路口、出入口位置，相鄰警戒點間要求通視，警戒范圍及警戒點位置如圖5所示。

圖 5 金婺大橋安全警戒布置Fig. 5 Security warning arrangement of Jinwu Bridge

警戒人員穿制服，按警戒點配備對講機(帶耳機)，提前10 min到達各警戒點，清點人數(shù)后上報指揮部，指揮部確認(rèn)后下達警戒命令。接到警戒命令后，禁止任何人員(除疏散人員)進入警戒范圍，直至解除警戒。開始警戒后，投入2架無人機，由指揮部起飛至東西兩側(cè)警戒范圍上空實時巡航，俯瞰警戒區(qū)域，將現(xiàn)場的圖像傳送至指揮部監(jiān)控大屏，配合AR監(jiān)控系統(tǒng)，輔助爆破警戒，如圖6所示。

圖 6 無人機監(jiān)控畫面Fig. 6 Monitoring screen of UAV

3.4 人員疏散

將爆破警戒范圍劃分為4個疏散區(qū)塊，執(zhí)行屬地管理、分片包干責(zé)任制，如圖2所示。各區(qū)塊人員疏散前15min投入2架無人機，由指揮部起飛至東西兩側(cè)警戒區(qū)域，低空慢速飛行，來回清掃警戒范圍，通過配備的喊話系統(tǒng)預(yù)先勸離晨練、攝影、觀摩等無關(guān)人員。

疏散人員穿制服，配備對講機(帶耳機)，提前10 min到達集合地點(2、8、10、19警戒點)，清點人數(shù)后上報指揮部，指揮部確認(rèn)后下達疏散命令。接到疏散命令后，區(qū)塊一、二、三、四疏散組分別向2、8、10、19警戒點報備進入人數(shù)，再按設(shè)計疏散路線展開疏散工作，裝藥警戒范圍由爆破技術(shù)人員疏散。保安及街道工作人員配備手電沿途照射查看，并用揚聲器進行喊話。民警持紅外熱成像儀墊后，對搜查過的地方進行二次搜查，特別是公園涼亭、衛(wèi)生間、地下通道、沿江樹林草叢、引橋橋洞處等易隱蔽處，如圖7所示。發(fā)現(xiàn)無關(guān)人員，立即派專人負(fù)責(zé)帶離警戒范圍，清場結(jié)束后，疏散人員原路返回至報備警戒點，組長清點人數(shù)并上報報備警戒點與指揮部。疏散組民警配合警戒點警戒，保安沿安全封控背向大橋方向站立，配合控制警戒范圍，街道工作人員于警戒范圍外集中待命，直至警戒解除。

圖 7 紅外熱成像儀搜索Fig. 7 Infrared Thermal Imager Search

4 結(jié)語

(1)裝藥警戒過程中，發(fā)現(xiàn)因好奇施工、借道通行，意圖進入裝藥區(qū)域事件共16起，均在警戒范圍外第一時間處理完成；爆破警戒、人員疏散1小時內(nèi)完成，發(fā)現(xiàn)地下通道流浪者1人，隨隊撤離；起爆前10 min，發(fā)現(xiàn)1人鉆過圍擋，攀爬上保通便橋，民警及時控制，未影響爆破。

(2)首次在爆破施工中，將AR實景監(jiān)控、無人機、紅外熱成像儀相結(jié)合，形成全局實時可視監(jiān)控搜索系統(tǒng)，實現(xiàn)了指揮部全局立體實時可視指揮，解決了爆炸物品晝夜安全存放問題，解決了低能見度復(fù)雜環(huán)境下人員疏散工作的問題，安全、智能、全面、有序地輔助完成了安全警戒工作，對重大城市爆破工程安全警戒有積極引導(dǎo)意義和實際借鑒作用。

(3)高清攝像機從整體到局部，完整、有效、真實、多方位的記錄爆破過程。慢放鏡頭回放，重現(xiàn)爆破過程，為分析多爆點復(fù)雜高難度爆破工程倒塌模式提供了強有力的影像支撐，對類似爆破工程方案選擇與爆破參數(shù)選取有指導(dǎo)意義。