郭珂邑

（四川省安全科學(xué)技術(shù)研究院，四川 成都 610000）

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)大部分礦產(chǎn)資源都在地下開采。而其中瓦斯、水害、頂板等隱患災(zāi)害因素，給礦山安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。根據(jù)礦難事故統(tǒng)計(jì)和救援經(jīng)驗(yàn)，礦難第一現(xiàn)場(chǎng)死亡人數(shù)約占總死亡人數(shù)的30%。事故發(fā)生后大多因缺氧、有毒有害氣體、逃生路線受阻等原因死亡，不能及時(shí)疏散到安全區(qū)域或上升豎井。為最大限度地減少礦山事故的人員傷亡，在大力推進(jìn)安全煤礦開采地質(zhì)保障技術(shù)的同時(shí)，要做好預(yù)防措施，積極開展應(yīng)急救援體系建設(shè)，深入研究先進(jìn)的應(yīng)急救援技術(shù)，在事故發(fā)生后將被困人員迅速疏散到安全區(qū)域。

1 人工智能在礦山應(yīng)急救援中應(yīng)用的重要性

礦山緊急救援是指礦山救援隊(duì)在井下進(jìn)行的救援和應(yīng)急作業(yè)。礦井救援隊(duì)是礦井應(yīng)急救援活動(dòng)中的一支專業(yè)隊(duì)伍，可以應(yīng)對(duì)火災(zāi)、瓦斯爆炸事故、地下水患、煤與瓦斯突出、頂板事故等多種不同類型的災(zāi)害[1]。在礦山應(yīng)急救援中，借助人工智能技術(shù)為礦山應(yīng)急救援活動(dòng)提供技術(shù)支持，在制定具體的應(yīng)急救援活動(dòng)過程中，救援隊(duì)伍堅(jiān)持以人為本的理念，安全規(guī)劃和實(shí)施一攬子救援計(jì)劃，以最快的速度、最高的效率進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)，在保證本隊(duì)安全的前提下，開展搶險(xiǎn)救援活動(dòng)。近年來在先進(jìn)裝備技術(shù)引進(jìn)和儀器人才流失等因素的影響下，我國(guó)礦山應(yīng)急救援隊(duì)伍的力量資源普遍不足，在應(yīng)對(duì)多個(gè)層面，例如，災(zāi)害時(shí)，實(shí)戰(zhàn)能力反映短板而脆弱，在決策和實(shí)踐中，統(tǒng)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)高，甚至可能造成人員傷亡，礦山應(yīng)急救援力量薄弱。本背景介紹了人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可以有效改善上述問題，通過加大人工智能技術(shù)投入，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，帶動(dòng)礦山救援技術(shù)創(chuàng)新，提高礦山救援技術(shù)水平，提升礦山應(yīng)急救援綜合效率[2]。人工智能技術(shù)的功能體現(xiàn)在很多方面。例如，在決策、救援和災(zāi)區(qū)調(diào)查中，人工智能技術(shù)可以發(fā)揮檢測(cè)功能和先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具有較高的智能化程度。在人才隊(duì)伍的培訓(xùn)中，應(yīng)用人工智能技術(shù)，可以獨(dú)立運(yùn)行和使用救援設(shè)備進(jìn)行培訓(xùn)，發(fā)揮有效的功能，提高人才隊(duì)伍培訓(xùn)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)災(zāi)區(qū)的智能化檢測(cè)和診斷，實(shí)現(xiàn)智能化管控。對(duì)于災(zāi)害預(yù)防的問題，人工智能的應(yīng)用效果有一個(gè)前沿，可以將災(zāi)害紅利問題及時(shí)排除異常，從制定到防災(zāi)控制的萌芽期，利用人工智能技術(shù)，提高應(yīng)急救援水平，增強(qiáng)礦山應(yīng)急救援隊(duì)的整個(gè)救災(zāi)能力，節(jié)省了救災(zāi)的時(shí)間，在明確應(yīng)急救援流程（圖1）的前提下，最大限度地保障遇險(xiǎn)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，降低救援隊(duì)伍的傷亡風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 應(yīng)急救援流程

2 礦山應(yīng)急救援管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

礦山應(yīng)急救援管理系統(tǒng)主要由應(yīng)急救援管理模塊、數(shù)據(jù)服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、應(yīng)急信息發(fā)布、井下應(yīng)急傳播、人員定位、智能終端、工業(yè)視頻、礦山傳輸?shù)茸酉到y(tǒng)組成。根據(jù)子系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，系統(tǒng)主要分為4層：事故信息檢測(cè)與接收層、信息綜合分析與處理層、咨詢決策支持層和數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)支撐層。

（1）事故信息檢測(cè)與接收層主要對(duì)礦山安全環(huán)境和生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)一步接收能反映工作面和災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的數(shù)據(jù)和信息，如有害氣體的變化參數(shù)、含量參數(shù)等。同時(shí)記錄各部門、各班級(jí)、各場(chǎng)所的安全信息，并進(jìn)一步進(jìn)行相應(yīng)的災(zāi)害預(yù)警和報(bào)警。

（2）信息綜合分析與處理層通過對(duì)礦山事故過程中各種現(xiàn)場(chǎng)信息數(shù)據(jù)的有機(jī)整合，進(jìn)一步完成預(yù)測(cè)、分析和預(yù)警處理。在獲得有效的信息和數(shù)據(jù)后，可以根據(jù)這些信息和數(shù)據(jù)開展相應(yīng)的救援工作，明確救援人員的數(shù)量、物資的合理配置、事故的處理和問責(zé)。

（3）協(xié)商決策支持層功能的實(shí)現(xiàn)，需要構(gòu)建協(xié)商決策系統(tǒng)，并利用Web 技術(shù)使系統(tǒng)具有跨多人交互操作的功能，進(jìn)一步有效滿足礦山部門之間的合作與溝通需求；這樣，各地的領(lǐng)導(dǎo)和部門可以通過協(xié)商有效地做出決策，最終為提出最優(yōu)的應(yīng)急救援方案奠定有效的基礎(chǔ)。

（4）數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)支撐層是礦山應(yīng)急救援管理系統(tǒng)的重要支撐部分，需要數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)協(xié)同工作，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。綜合管控平臺(tái)作為礦山應(yīng)急救援管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)[3]，該系統(tǒng)以生產(chǎn)事故智能識(shí)別為基礎(chǔ)，以實(shí)時(shí)調(diào)度指揮為核心，以信息推送的智能聯(lián)動(dòng)為手段，以大屏信息顯示為窗口。系統(tǒng)基于礦山有線/無線網(wǎng)絡(luò)、智能終端、放大種植系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)和工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等，保證了應(yīng)急救援指揮信息的及時(shí)有效上傳發(fā)布，并實(shí)現(xiàn)了整個(gè)智能應(yīng)急救援指揮的可視化、信息化，保證了礦山應(yīng)急救援指揮活動(dòng)的實(shí)時(shí)性、一致性和高效性。首先，對(duì)應(yīng)急救援指揮事故信息與信息之間的相關(guān)性進(jìn)行梳理，構(gòu)建應(yīng)急救援管理系統(tǒng)數(shù)字化流程管理數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫通過事故類型信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。擬建設(shè)的主要數(shù)據(jù)庫包括事故分析模型庫、應(yīng)急預(yù)案管理庫、避災(zāi)路線庫、應(yīng)急物資庫、信息推送策略庫、聯(lián)動(dòng)執(zhí)行策略庫等。經(jīng)過相關(guān)數(shù)據(jù)庫的搭建、路由管理系統(tǒng)的開發(fā)，整個(gè)管理流程是：事故預(yù)案推送→調(diào)度確認(rèn)→智能識(shí)別特征信息推送→咨詢決策、預(yù)案啟動(dòng)→系統(tǒng)各部分聯(lián)動(dòng)合作，屏幕顯示系統(tǒng)、智能終端和工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為應(yīng)急救援管理系統(tǒng)的“耳朵”和“眼睛”始終貫穿全過程。

3 人工智能在礦山應(yīng)急救援中的具體應(yīng)用

3.1 人工智能在應(yīng)急救援隊(duì)伍日常管理中的應(yīng)用

人工智能在社會(huì)生產(chǎn)和生活的許多領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于礦山應(yīng)急救援，有利于提高應(yīng)急救援隊(duì)伍的日常管理能力。因?yàn)槿斯ぶ悄芗夹g(shù)是依托于信息化管理系統(tǒng)的開發(fā)和建設(shè)的，可以大大提高應(yīng)急救援隊(duì)日常管理的智能化、信息化水平。在應(yīng)急救援隊(duì)伍的日常管理中，基于人工智能技術(shù)和信息系統(tǒng)，可以對(duì)隊(duì)伍結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，判斷隊(duì)伍結(jié)構(gòu)是否合理，并對(duì)礦山應(yīng)急救援隊(duì)伍的人員結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，為后續(xù)人才隊(duì)伍的配置和升級(jí)提供參考。在人工智能技術(shù)的應(yīng)用中，對(duì)礦山應(yīng)急救援隊(duì)伍中的人員進(jìn)行了培訓(xùn)，進(jìn)行學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)內(nèi)容、重點(diǎn)內(nèi)容、培訓(xùn)效率等4 個(gè)層次的優(yōu)化，借助人工智能技術(shù)提供建議，對(duì)于礦山應(yīng)急救援隊(duì)伍人員的日常管理和培訓(xùn)活動(dòng)，針對(duì)性更強(qiáng)。人工智能技術(shù)具有指導(dǎo)功能，可以在信息管理系統(tǒng)中，建立事故預(yù)防歸檔檔案，根據(jù)安全生產(chǎn)中不同類型的事故問題分析、統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)安全事故類型、數(shù)量的匯總規(guī)則，建立事故預(yù)防預(yù)案，完善歸檔內(nèi)容，為事故發(fā)生時(shí)人員的動(dòng)員和決策，提供參考[4]。在日常管理中，對(duì)礦山應(yīng)急救援活動(dòng)進(jìn)行階段性的計(jì)劃和成果總結(jié)，為后續(xù)的日常管理和專業(yè)培訓(xùn)奠定基礎(chǔ)。在人工智能技術(shù)構(gòu)建的信息管理系統(tǒng)中，產(chǎn)生了應(yīng)急救援活動(dòng)的相關(guān)日志，記錄了完善的信息，可用于制定和完善應(yīng)急救援工作方案和應(yīng)急救援結(jié)構(gòu)。在應(yīng)急救援工作日志中，總結(jié)了一些階段的工作，提高了應(yīng)急救援的管理水平，值得注意的是，人工智能技術(shù)對(duì)應(yīng)急救援設(shè)備的性能情況、儲(chǔ)存、使用和維護(hù)管理等，重點(diǎn)在信息管理系統(tǒng)中，可以更智能地分析設(shè)備的維護(hù)和維護(hù)要求，及時(shí)更新和升級(jí)設(shè)備。

3.2 人工智能在災(zāi)害評(píng)估指揮中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)可以評(píng)價(jià)災(zāi)害的危害程度，判斷災(zāi)害的危害程度。例如，礦山事故災(zāi)害中發(fā)生水氣災(zāi)害后，各種設(shè)備設(shè)施都可能受到破壞，因?yàn)樵谟卸居泻怏w的環(huán)境中，設(shè)備必然會(huì)受到不同程度的破壞。在傳統(tǒng)模式下，即使災(zāi)區(qū)的環(huán)境條件并不理想，緊急救援人員也需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查和獲取數(shù)據(jù)。人工智能技術(shù)引入后，可以使用機(jī)器人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和分析，可以在災(zāi)區(qū)進(jìn)行環(huán)境采樣操作。利用人工智能，智能評(píng)估災(zāi)害情況，建立應(yīng)急指揮系統(tǒng)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析和信息融合，持續(xù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確分析現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果的動(dòng)態(tài)變化，應(yīng)急救援人員可以動(dòng)態(tài)調(diào)整救援方案，最大限度地控制生命財(cái)產(chǎn)損失問題。在災(zāi)害救援指揮中，人工智能技術(shù)可以做出科學(xué)的決策，用智能方案做出指揮決策和措施，在緊急救援過程中總結(jié)數(shù)據(jù)信息，在大量數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)中比較救援隊(duì)伍的作戰(zhàn)能力，制定智能救援決策和指揮方案。

3.3 人工智能在應(yīng)急救援隊(duì)伍能力分析中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)作為一種智能分析工具，可用于對(duì)應(yīng)急救援隊(duì)的專業(yè)能力、救援能力進(jìn)行分析判斷[5]。利用人工智能技術(shù)可以對(duì)應(yīng)急救援隊(duì)人員數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，綜合數(shù)據(jù)資源可以起到評(píng)價(jià)分析的作用。對(duì)應(yīng)急救援隊(duì)伍的整體作戰(zhàn)能力和個(gè)別救援人員的作戰(zhàn)能力進(jìn)行比較、分析和判斷，得到準(zhǔn)確、全面的評(píng)價(jià)結(jié)果。通過可視化分析和定量分析，判斷應(yīng)急救援隊(duì)伍在應(yīng)急救援中的整體劣勢(shì)和優(yōu)勢(shì)，充分了解個(gè)別救援人員在應(yīng)急救援中的具體表現(xiàn)和綜合能力，為后續(xù)礦山應(yīng)急救援隊(duì)伍的培訓(xùn)和建設(shè)提供指導(dǎo)。通過對(duì)應(yīng)急救援隊(duì)救援能力的分析，在人工智能技術(shù)的指導(dǎo)和判斷下，礦山應(yīng)急救援隊(duì)的作戰(zhàn)訓(xùn)練將更加精準(zhǔn)，設(shè)定了作戰(zhàn)計(jì)劃的優(yōu)先級(jí)，從隊(duì)伍到人都可以借助人工智能實(shí)現(xiàn)全面調(diào)控，加強(qiáng)了對(duì)人員作戰(zhàn)訓(xùn)練的實(shí)時(shí)控制和動(dòng)態(tài)更新。運(yùn)用智能化手段，選擇應(yīng)急救援人員，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)救援情況和需求，有針對(duì)性地培養(yǎng)救援隊(duì)伍人員的特殊能力，改善不足之處。借助人工智能技術(shù)的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)功能，可以了解應(yīng)急救援隊(duì)的能力。聯(lián)合應(yīng)用人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)日常培訓(xùn)和考核項(xiàng)目的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行集中，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，輸入信息系統(tǒng)中。在信息管理系統(tǒng)中，人工智能技術(shù)可以自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，完成自動(dòng)化任務(wù)，評(píng)估應(yīng)急救援能力，包括集體能力和個(gè)人能力。在動(dòng)態(tài)評(píng)估中，應(yīng)急救援隊(duì)的應(yīng)急能力管理更加細(xì)化和具體。應(yīng)急救援隊(duì)可以借助人工智能技術(shù)對(duì)訓(xùn)練任務(wù)進(jìn)行更新和調(diào)整，實(shí)時(shí)發(fā)布信息，在智能終端中跟蹤救援訓(xùn)練的具體情況，查詢應(yīng)急救援訓(xùn)練效果，系統(tǒng)分析救援隊(duì)整體作戰(zhàn)水平，達(dá)到精細(xì)化管理的目的。

3.4 人工智能在模擬訓(xùn)練中的運(yùn)用

由于礦山災(zāi)害發(fā)生地環(huán)境特殊，濕度高，有害氣體濃度高，有毒有害物質(zhì)種類復(fù)雜，因此參與礦山應(yīng)急救援隊(duì)的人員必須具有較強(qiáng)的專業(yè)能力。面對(duì)外部環(huán)境的變化，救援隊(duì)員需要在日常的模擬訓(xùn)練中調(diào)整自身的心理和生理參數(shù)，提高自身的專業(yè)性。借助人工智能技術(shù)，可以構(gòu)建智能模擬訓(xùn)練場(chǎng)景，還原應(yīng)急救援環(huán)境。通過對(duì)救援現(xiàn)場(chǎng)的模擬，隊(duì)員們可以根據(jù)所面臨的災(zāi)害調(diào)整自己的生理和心理狀態(tài)。瓦斯災(zāi)害、火災(zāi)水災(zāi)害等模擬訓(xùn)練，救援人員可以結(jié)合外界環(huán)境因素的影響，鍛煉專業(yè)判斷能力，提高自己的專業(yè)應(yīng)急救援能力，為井下復(fù)雜環(huán)境做好準(zhǔn)備，在面對(duì)惡劣的救援環(huán)境時(shí)，制定有效的應(yīng)急預(yù)案，在智能化場(chǎng)景下，提高模擬訓(xùn)練的效果，增強(qiáng)礦山應(yīng)急救援隊(duì)伍的綜合能力。

4 結(jié)語

綜上所述，在礦山應(yīng)急救援工作中，運(yùn)用人工智能技術(shù)，是對(duì)應(yīng)急救援能力進(jìn)行改善的重要舉措。人工智能技術(shù)具有智能化、現(xiàn)代化的優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)急決策的制定中發(fā)揮了顯著的功能，對(duì)礦山的安全生產(chǎn)形成了保障的作用。井下環(huán)境復(fù)雜，安全事故時(shí)有發(fā)生，一套完善的礦山應(yīng)急救援管理系統(tǒng)有助于提高事故發(fā)生后安全救援科學(xué)決策的準(zhǔn)確性，將提高工人的福祉和采辦作為智能礦山建設(shè)的基本目標(biāo)，通過建設(shè)完善的礦山應(yīng)急救援管理系統(tǒng)來提高智能礦山的水平，推動(dòng)礦山安全、質(zhì)量、效率、效益穩(wěn)步提升。