暴雨来袭、洪水奔涌,防汛救灾必须与时间赛跑。
从“经验应对”到“数据赋能”,从“灾后救援”到“事前预防”……近年来,我国加快推进应急管理体系和能力现代化,抢险一线涌现出一批面向极端灾害场景的新技术、新装备,让防汛救灾更加精准、高效、有序。
智能监测精准感知风险
防汛,关键在防,重点在早。
对于江河堤防而言,许多风险并非突然发生,而是细微变化逐渐积累的结果。管涌、渗漏等隐患若不能及时发现,很可能进一步发展为险情。
“过去,堤坝安全检查更多依靠人工巡查,每年汛期需要动员数十万人巡堤查险,盲区大、效率低、预判难。”国家自然灾害防治研究院水旱灾害研究中心助理研究员刘勇说,针对巡查难点和痛点,团队研发出堤防管涌渗漏应急智巡成套技术装备,可以帮助更加精准找到管涌点位,为险情处置抢占黄金时间。
运用无人机、光纤探测仪、电磁探测装备等“智能巡检”,就像是给堤防做“CT扫描”。
首先是无人机腾空而起。“机身搭载了可见光、热红外以及激光雷达的集成载荷,先对堤防背水侧进行大范围快速巡查,一小时可完成10公里的巡查。”刘勇介绍,管涌基本都是从坝体背水侧坡脚或是周边渗出,出水点位的温度会比周边低,借由传感器和识别软件系统,无人机能精确判断管涌渗漏点并及时预警,漏报率在5%以下。
“其次,管涌在入水口会产生有规律的微弱水下振动,光纤探测仪通过捕捉传感光缆受振动引起的信号变化实现振动监测,数据传导至后台后可以通过算法识别出入水口位置和范围,有效监测距离大于20千米。”国家自然灾害防治研究院地质灾害研究中心助理研究员郭爱鹏说,在堤坝建设、运维过程中就可以提前将光缆直埋进去,如果在应急场景下现场布缆,则可以实现30分钟布缆1000米。
最后,再利用电磁探测装备进行堤坝内部渗漏通道探测,完成地下渗流路径的三维可视化建模,从而连点成线,实现全息探测。所有的巡查数据最终都会上传至堤防险情云研判平台,利用人工智能技术等进一步筛查、复核疑似管涌点。
“这是国际首套堤防管涌渗漏巡查成套设备,攻克了堤防管涌渗漏巡查探测关键技术9项,监测精度超95%。”刘勇说,投入实战应用以来已完成50余次重要堤防巡测任务,累计巡查堤防1200千米,排除管涌、渗漏等险情共计175处。
动力舟桥搭建救援通道
无需吊车辅助、人工下水,一键操控,越野卡车上装载的折叠密封浮箱自动滑移入水、自主展开成形,仅10分钟,一张10米长、8.3米宽的水上作业平台便拼接完成……
今年7月,广西贵港西江教育园区受强降雨影响积水最深达7米。危急时刻,中国安能专业救援力量携带“水上救援航母”动力舟桥驰援一线,成功转移被困师生6000余人。
动力舟桥,一种模块化的水上特种救援装备,可以解决大面积内涝、江河阻隔场景下人员与重型装备无法跨水通行的痛点。“既可以当作大型渡船,又可以成为‘水上码头’或者一座浮桥。”中国船舶集团有限公司旗下中船应急科技研发部主任黄新磊介绍,动力舟桥有3个核心优势。
能装——传统冲锋舟一次仅能搭载10人左右,而一套长度40米的动力舟桥门桥总承载能力可达60吨,用于人员转移时单次可运载超500人。作为“水上枢纽”,道路中断时舟桥还能运送挖掘机、沙袋、石料等重型物资至核心作业区。
灵活——一个模块单元就像一块积木,可根据救援现场情况自由拆分组合。“小规模救援用两三节,大规模通道用七八节,需要多长就能拼多长。”黄新磊说。
到位快——舟桥折叠后装载在轮式越野卡车上,平时可作为重型卡车在公路上行驶,一旦发生险情,则快速奔赴救援现场,抵达水边后变形展开。“每个浮体单元都有独立的动力系统,这样舟体入水后利用舟尖的扭力杆就能自动弹开,操作人员只需要在岸上通过便携式遥控盒进行操控。”黄新磊介绍。
“传统的舟桥自身没有动力,需要借助架桥汽艇顶推航行,冲锋舟运力有限且抗风浪能力弱。”黄新磊说,自2008年起,团队便开始立项攻关具有自主水上动力的动力舟桥,2009年研发出第一款样机,2013年经过实验验证研制出包含10个模块单元的整套装备。现在,每个河中舟单元均配备了独立动力系统,能根据载荷分布动态调整推力,确保平台在不同载重条件下依然保持平稳。
作为中央企业自主研发制造的重大应急装备,动力舟桥零部件国产化率超95%。就拿舟体材料的研发来说,“薄板既要减重,保证吃水浅能通行更多水域场景,又要增强结构强度,让舟桥拥有更大的承载能力。”黄新磊说,经过反复试验比对,最终采用特种钢结构制成了3毫米厚的薄板,舟桥吃水深度0.2—0.6米,在深水区和浅滩杂淤地带均可平稳通行。
2021年,黄新磊团队在动力舟桥上加装智能化操控系统,依托北斗等高精度定位系统,舟桥实现了自主航行和精准靠泊。“现在,满载状态下,动力舟桥可抵御3米/秒的洪水流速,下一代产品将持续迭代升级,适配流速4米/秒以上的环境。”黄新磊说,未来还将进一步深化动力舟桥与无人机、无人测绘船、人工智能监测系统的协同,提升“水空联动”的实战效能。
应急基站破解“三断”难题
一键开机,120秒内即可建立稳定通信链路,周围50米范围内手机就能自动接入信号……
通信,应急救援的“生命线”。
台风、暴雨等自然灾害容易造成通信、电力、交通等基础设施大面积损毁,导致“三断”等情况,从而使局部区域成为“孤岛”,给抢险救灾带来严峻挑战。重3.5千克、仅一个公文包大小尺寸的应急救援通信携行包,就着眼于解决这一痛点。
“这是我们面向应急指挥人员、一线决策群体打造的‘随身级’应急通信保障装备。”国家自然灾害防治研究院水旱灾害研究中心副研究员焦其松说,携行包就是一座移动的应急救援特种卫星基站,操作简单便捷,能够快速搭建起卫星通信网络,为应急指挥全流程提供随身、可靠、安全的通信支撑。
传统卫星通信设备使用专用终端、需专业操作培训,通信车等重型通信保障装备体积大、调动不便,运抵灾害核心现场难度大,难以满足人员徒步巡查、前突侦察等随行通信需求,保障范围受限。
“通过携行包,指挥员及救援人员手机无需下载APP或更改设置即可正常通话、传输数据。包中内置了大容量储能电池,可连续使用3小时,连接充电宝还能满足长时间使用需求。”焦其松说。
不依赖地面公网和基站设施,人走到哪里通信就能跟到哪里,怎样做到的?
应急救援通信携行包通过内置的北斗定位、陀螺仪、加速度计等传感器,实现自主“寻找卫星”,移动过程中可以自动计算天线与卫星的角度,对信号衰减进行补偿。
“简单来说就是先预判角度,再信号补偿。”焦其松说,产品攻克了天线功耗降低、功率放大器小型化、多模通信模组集成、自适应信号补偿等技术难题,并已成功申请获得“卫星终端自适应功率调节”发明专利。
“为了更好地应对汛期可能出现的‘三断’问题,今年汛期我们在重点省份前置258架大中型应急通信无人机,为12.3万个多灾易灾边远乡村配备了卫星电话、370兆对讲机、北斗短报文终端等应急指挥通信保底手段。”应急管理部科技和信息化司副司长侯贤军说。
今年1月,应急管理部、工业和信息化部印发《关于加快应急管理装备创新发展的指导意见》,提出到2027年底,攻克20项以上关键核心技术,研发20种以上重点创新装备,推广30种以上先进技术装备。
侯贤军表示,下一步将瞄准应急管理装备实战急需和痛点难题,不断提升应急管理装备自主创新能力,急用先行、梯次推进应急管理装备现代化建设。