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摘 要：本文对工程机械在抢险救援任务中加装提示指挥系统的必要性进行探讨，简要介绍了工程机械在抢险救援中人机配合的痛点、缺陷，分析工程机械在抢险救援任务中受到的客观影响，并从救援效率、安全操作、合理设计等方面的对抢险救援行动中工程机械指挥提示系统的必要性进行深入探讨，并提出了相应的解决方案。
关键词：抢险救援;工程机械;指挥提示
中图分类号：TP271.2 文献标识码：A
0 引言
近年来，全国乃至全球的自然灾害频发，尤其是地质灾害。“黄金72小时”是地质灾害发生后的黄金救援期，这是救援（学）界的共识。救援界认为，灾难发生之后存在一个“黄金72小时”，在此时间段内，灾民的存活率极高。每多挖一块土，多掘一分地，都可以给伤者透气和生命的机会。其次，不止在地質灾害中，在面对洪涝、山洪等其他自然灾害中一样存在着生死时速的抢险救援特质。那么在如此的急迫紧急的情况下，救援人员单靠便携设备将难以产生高效的救援，在这种情况下各类工程机械在条件允许的情况下将会越来越多的参与到救援当中来，在这个大背景下，工程机械的操作手和协助引导的指挥人员如何配合将成为一个新的问题。
1 在抢险救援过程中工程机械指挥存在的必要性
通常在抢险救援中，每一个人必须分工明确、各司其职，这样才能不混乱、效率最高，同样当工程机械参与到救援当中时一样要进行统一调度。由于工程机械驾驶室视野的问题，操作手在进行操作时存在诸多盲区和顾虑，在没有指挥的情况下来说会发生操作手因为顾虑而进行多次重复操作和因为对周边环境感知不足而造成二次伤害。总结起来有三种原因：
1.1 环境影响
在抢险救援中环境是极为复杂的，经常会出现狭小空间、崎岖路面和松软路面等极多的特殊地形，再加之参与救援的工程机械绝大部分都是未改进的通用型号，对于在陌生的特殊环境中作业，一是工程机械对于其环境的适应能力不强，二是其对于操作手压力极大，二是对于作业的容错率极低。
1.2 效率影响
各类事故、灾害或事件具有突发性、复杂性、不确定性的属性，在抢险救援中，必须要确保迅速、准确、有效，分秒必争，而且在黄金72小时内每一次行动都必须要对整体的救援行动要有实质上的推动，因此在实际行动中在条件允许的情况下，必然是多个行动和多类行动同时展开，这样在救援行动使用工程机械就必须合理配置、讲究效率。如果只是操作手在接受任务后单独操作工程机械进行救援行动，那么绝大部分的操作手因为不熟悉地形顾虑而造成过于谨慎驾驶而浪费大量的时间。那么在救援行动中，对参与救援行动的工程机械进行一定的指挥引导就能减少上文所提出的问题，让工程机械在救援行动中发挥最大作用，大大提升救援效率。
1.3 工程机械驾驶室视野的影响
工程机械因为工作部、动力部、配重等影响，其实在布局上会对驾驶室的视野造成很大的影响，例如装载机驾驶室（图1-a、图1-b）前方布置了液压臂和铲斗，当开始作业时铲斗抬升，铲斗的巨大体积不仅遮蔽了作业对象，同时也遮蔽了50%工程机械的前进、后退路线的视野。
挖掘机驾驶室（图2-a）偏置与左侧车身平齐，虽然左侧视野较好，但在驾驶室右侧、车体设置的巨大工作部液压大臂完全遮挡了驾驶室的右侧视野，在整个车体未进行转动时，不能立即获得右侧视野[1-4]。
推土机驾驶室（图3-a）的视野情况与装载机相比更加糟糕，整个前方视野均被发动机舱和工作部所遮挡，这样的布局至少遮蔽了驾驶室正前方作业的视野的60%。
2 在抢险救援过程中工程机械指挥所存在的问题
2.1 工程机械驾驶舱视野受限造成操作手和指挥员之间无法通视
在作业过程中操作手在观察作业对象时，往往只需要自然的转动头部及眼球，极少会勉强地转动头部及眼球或是通过大幅度改变躯干姿势获得视野。这样不但会使作业及工作安全得不到保障，还会使驾驶员因为避开更多的视觉障碍而处于不舒适的状态之下，长期如此会对驾驶员的姿态造成伤害。图4所示，按转动是否舒适，将眼睛和头部的转动角划分成自然转动和勉强转动，因此一般的视野范围在水平范围内为120°，在垂直范围内为90°[5]。
结合市面上常见的工程机械驾驶的布局（图5-a、图5-b、图6-a、图6-b），我们不难发现操作手在通常状态下会有很多的视野盲区，并且还对操作产生一些误差而指挥员在引导过程中会根据作业环境和对象，边转换位置边观察边指挥，有时会靠近到工程机械的工作部件，根据作业手的视野和驾驶的布局，就会使得操作手有很多顾虑和限制，稍有不注意甚至就会酿成事故[6]。
2.2 工程机械作业的巨大噪音严重影响操作手和指挥员的协同
为工程机械提供强大动力的来源是强大的发动机，其在为整台工程机械提供强大动力的同时，也带来严重的负面效应，一是强大的噪音，通过调查可以发现工程机械发动机的噪音与救援现场的噪音叠加基本上与工厂制造车间的噪音相当为90 dB～140 dB，普通人所能发出的最大声音噪音为60 dB～70 dB，前两者的噪音叠加完全能够覆盖前两者，使得操作手和指挥员之间声音的协同完全行不通。
此外发动机在产生噪音的同时，还会对驾驶室产生震动，长时间处在此种环境中操作手极易产生疲惫感，进而降低作业手的注意力，对外界的敏感度降低。
3 对抢险救援过程中工程机械指挥的方法
3.1 声音
借助声音指挥就是指挥员通过能够扩大声音的方式将引导指令传达给操作手，这种指挥方式直接明了，能够快速清晰地将引导指令传达给操作手，在排除其他声音干扰后，基本不存在指令传达不明的情况。在抢险救援现场声音指挥一般为了便携通常采用手持扩音器，而由于其受到功率、工程机械安全操作距离和环境噪音的影响，很难将指令传达给操作手。此外指挥员还可以采用对讲机来进行指挥，由于驾驶舱对外界环境音的隔绝，使得对讲机的效果相较手持扩音器会好很多。 3.2 灯光、旗语
灯光、旗语实质上是手语的改进方法，其目的在于其能够让操作手能够更加清晰地看到指挥员的手势，是一种视觉上的指挥，指挥员的引导信息通过预先规定好的灯光组合和指挥旗挥动顺序来传达给操作手，这种指挥方式首先需要操作手和指挥员熟悉同一套的灯光组合和旗语组合，这样才能在实际作业中互相通联顺畅，此外还需要指挥员必须要在操作手的视线所及之处才行，但这种指挥方式由于是视觉上的指挥，所要传达信息是非常清晰、直接、明显的。
4 在工程机械驾驶舱内增加辅助指挥的提示系统
4.1 增加光电和通讯系统
在工程机械驾驶舱内通常前方两根立柱在为驾驶舱提供结构强度时也会遮蔽掉操作手的视野α大约15°～35°（如图7、图8所示）。
而在市面上通用的工程机械这两根立柱上一般不存在其他的仪表或按钮，在这两根立柱上加设灯光指示系统，配合指挥员运用遥控的引导设备，能够满足在各种环境下的指挥，不会再受到指挥员和操作手必须互在对方视野里的影响，同时由于指挥员的位置不再受限这就能够使引导能够更加全面细致。同样增加通讯系统也是一样的道理。
此外笔者认为还可添加如家用车上配备的各类倒车系统，来防止操作手和指挥员因未注意而产生的碰撞，为引导和安全操作再添一道保险。
4.2 增加全景周视监控系统
全景周视监控系统一般由多个安装在车辆周围的周视摄像机和1台周视管理终端组成，具备近程、超近程360度全景态势感知能力、昼夜监控能力。通过安装于工程机械作业部件及车体四周的特种镜头捕捉四周作业环境图像，通过高速实时智能拼接技术处理，形成有如空中视角观察工程机械360度全景影像，实现无死角确认周边作业环境，同时也可配合监控的识别算法，对周围的人员和障碍物进行识别，并在驾驶室内的监控显示器上标红提醒。运用这种系统后，使得指挥员只要在监控范围内就能使得操作手能够看见，使引导更加方便，此外加持了识别后，操作手可以自行规避一些障碍，在某种程度上可以减轻指挥员的引导难度。
5 未来展望
5.1 AR技术的运用
AR即现实增强技术，其能够使得真实环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。工程机械的驾驶舱在原始设计上为了确保视野一般都设计了大面积的挡风玻璃，这些玻璃可以通過AR技术的运用来充分利用起来，可将相关的引导图像和周边环境态势图像投影到驾驶室周围玻璃上，为操作手提供虚拟提示信息（增强），进一步补充操作手对于四周的环境感知。此外配合远程通信，指挥员能够轻松地将引导信息传达给操作手。
5.2 综合运用各种技术配合远程操作、自主AI技术的运用
文中笔者提及了很多技术，但终归还是需要人在现场操作，若是将操控结合到可移动的控制台上，那么操作手就能脱离驾驶室自由移动，同时也可以为自己充当引导的指挥员，加强了人员利用率，如图9-a和图9-b中徐工集团的ET110型步履式挖掘机的远程操控。不仅如此还能够一台控制器控制多台工程机械协同，保证了工程机械参与救援的协调统一。
如今大多数的技术都在向着智能化和自动化的方向发展，这将会大大减少人力资源，就像在抢险救援中能够减轻指挥员对一些工程机械的引导压力。比如将来工程机械参与救援就会结合自身电脑的算法与远程引导设备，就能完成如今同等的工作甚至更多，操作手也将同时坚固引导任务，来完成更精细的操作。
6 总结
工程机械参与各类抢险救援的趋势会慢慢上升，笔者认为当科技发达到能够让操作手或工程机械完全感知周围环境前，人与机械的配合才能在各类救援行动中发挥出最大的效益，但这又将多一个人力资源。本文中所提及的对工程机械驾驶室的增加指挥提示系统，其实就是缩短这一进程，在可行的条件下，让工程机械在抢险救援行动中能够充分发挥作用，做到真正的只是在操作手的操作下独立作业。
参考文献：
[1]曹刚.推土机、装载机、驾驶室防滚翻装置用钢的试制研究[J].鞍钢技术，1999，36（02）：18-22.
[2]康利.推土机驾驶室的结构改进[J].山东工业技术，2017，36（19）：25.
[3]薛冰.滑移装载机驾驶室的舒适性研究[D].中国矿业大学，2014.
[4]解宁波.基于人机工程学的GC6t挖掘机驾驶室的设计[D].山东大学，2014.
[5]陈剑，蒋丰鑫，肖悦.挖掘机驾驶室低频噪声分析与控制[J].中国机械工程，2014，25（15）：2124-2130.
[6]杨浩，严扬.包容性设计视角下的工程机械驾驶室设计——以矿用卡车为例[J].装饰，2016，59（01）：97-99.
关键词：抢险救援;工程机械;指挥提示
中图分类号：TP271.2 文献标识码：A
0 引言
近年来，全国乃至全球的自然灾害频发，尤其是地质灾害。“黄金72小时”是地质灾害发生后的黄金救援期，这是救援（学）界的共识。救援界认为，灾难发生之后存在一个“黄金72小时”，在此时间段内，灾民的存活率极高。每多挖一块土，多掘一分地，都可以给伤者透气和生命的机会。其次，不止在地質灾害中，在面对洪涝、山洪等其他自然灾害中一样存在着生死时速的抢险救援特质。那么在如此的急迫紧急的情况下，救援人员单靠便携设备将难以产生高效的救援，在这种情况下各类工程机械在条件允许的情况下将会越来越多的参与到救援当中来，在这个大背景下，工程机械的操作手和协助引导的指挥人员如何配合将成为一个新的问题。
1 在抢险救援过程中工程机械指挥存在的必要性
通常在抢险救援中，每一个人必须分工明确、各司其职，这样才能不混乱、效率最高，同样当工程机械参与到救援当中时一样要进行统一调度。由于工程机械驾驶室视野的问题，操作手在进行操作时存在诸多盲区和顾虑，在没有指挥的情况下来说会发生操作手因为顾虑而进行多次重复操作和因为对周边环境感知不足而造成二次伤害。总结起来有三种原因：
1.1 环境影响
在抢险救援中环境是极为复杂的，经常会出现狭小空间、崎岖路面和松软路面等极多的特殊地形，再加之参与救援的工程机械绝大部分都是未改进的通用型号，对于在陌生的特殊环境中作业，一是工程机械对于其环境的适应能力不强，二是其对于操作手压力极大，二是对于作业的容错率极低。
1.2 效率影响
各类事故、灾害或事件具有突发性、复杂性、不确定性的属性，在抢险救援中，必须要确保迅速、准确、有效，分秒必争，而且在黄金72小时内每一次行动都必须要对整体的救援行动要有实质上的推动，因此在实际行动中在条件允许的情况下，必然是多个行动和多类行动同时展开，这样在救援行动使用工程机械就必须合理配置、讲究效率。如果只是操作手在接受任务后单独操作工程机械进行救援行动，那么绝大部分的操作手因为不熟悉地形顾虑而造成过于谨慎驾驶而浪费大量的时间。那么在救援行动中，对参与救援行动的工程机械进行一定的指挥引导就能减少上文所提出的问题，让工程机械在救援行动中发挥最大作用，大大提升救援效率。
1.3 工程机械驾驶室视野的影响
工程机械因为工作部、动力部、配重等影响，其实在布局上会对驾驶室的视野造成很大的影响，例如装载机驾驶室（图1-a、图1-b）前方布置了液压臂和铲斗，当开始作业时铲斗抬升，铲斗的巨大体积不仅遮蔽了作业对象，同时也遮蔽了50%工程机械的前进、后退路线的视野。
挖掘机驾驶室（图2-a）偏置与左侧车身平齐，虽然左侧视野较好，但在驾驶室右侧、车体设置的巨大工作部液压大臂完全遮挡了驾驶室的右侧视野，在整个车体未进行转动时，不能立即获得右侧视野[1-4]。
推土机驾驶室（图3-a）的视野情况与装载机相比更加糟糕，整个前方视野均被发动机舱和工作部所遮挡，这样的布局至少遮蔽了驾驶室正前方作业的视野的60%。
2 在抢险救援过程中工程机械指挥所存在的问题
2.1 工程机械驾驶舱视野受限造成操作手和指挥员之间无法通视
在作业过程中操作手在观察作业对象时，往往只需要自然的转动头部及眼球，极少会勉强地转动头部及眼球或是通过大幅度改变躯干姿势获得视野。这样不但会使作业及工作安全得不到保障，还会使驾驶员因为避开更多的视觉障碍而处于不舒适的状态之下，长期如此会对驾驶员的姿态造成伤害。图4所示，按转动是否舒适，将眼睛和头部的转动角划分成自然转动和勉强转动，因此一般的视野范围在水平范围内为120°，在垂直范围内为90°[5]。
结合市面上常见的工程机械驾驶的布局（图5-a、图5-b、图6-a、图6-b），我们不难发现操作手在通常状态下会有很多的视野盲区，并且还对操作产生一些误差而指挥员在引导过程中会根据作业环境和对象，边转换位置边观察边指挥，有时会靠近到工程机械的工作部件，根据作业手的视野和驾驶的布局，就会使得操作手有很多顾虑和限制，稍有不注意甚至就会酿成事故[6]。
2.2 工程机械作业的巨大噪音严重影响操作手和指挥员的协同
为工程机械提供强大动力的来源是强大的发动机，其在为整台工程机械提供强大动力的同时，也带来严重的负面效应，一是强大的噪音，通过调查可以发现工程机械发动机的噪音与救援现场的噪音叠加基本上与工厂制造车间的噪音相当为90 dB～140 dB，普通人所能发出的最大声音噪音为60 dB～70 dB，前两者的噪音叠加完全能够覆盖前两者，使得操作手和指挥员之间声音的协同完全行不通。
此外发动机在产生噪音的同时，还会对驾驶室产生震动，长时间处在此种环境中操作手极易产生疲惫感，进而降低作业手的注意力，对外界的敏感度降低。
3 对抢险救援过程中工程机械指挥的方法
3.1 声音
借助声音指挥就是指挥员通过能够扩大声音的方式将引导指令传达给操作手，这种指挥方式直接明了，能够快速清晰地将引导指令传达给操作手，在排除其他声音干扰后，基本不存在指令传达不明的情况。在抢险救援现场声音指挥一般为了便携通常采用手持扩音器，而由于其受到功率、工程机械安全操作距离和环境噪音的影响，很难将指令传达给操作手。此外指挥员还可以采用对讲机来进行指挥，由于驾驶舱对外界环境音的隔绝，使得对讲机的效果相较手持扩音器会好很多。 3.2 灯光、旗语
灯光、旗语实质上是手语的改进方法，其目的在于其能够让操作手能够更加清晰地看到指挥员的手势，是一种视觉上的指挥，指挥员的引导信息通过预先规定好的灯光组合和指挥旗挥动顺序来传达给操作手，这种指挥方式首先需要操作手和指挥员熟悉同一套的灯光组合和旗语组合，这样才能在实际作业中互相通联顺畅，此外还需要指挥员必须要在操作手的视线所及之处才行，但这种指挥方式由于是视觉上的指挥，所要传达信息是非常清晰、直接、明显的。
4 在工程机械驾驶舱内增加辅助指挥的提示系统
4.1 增加光电和通讯系统
在工程机械驾驶舱内通常前方两根立柱在为驾驶舱提供结构强度时也会遮蔽掉操作手的视野α大约15°～35°（如图7、图8所示）。
而在市面上通用的工程机械这两根立柱上一般不存在其他的仪表或按钮，在这两根立柱上加设灯光指示系统，配合指挥员运用遥控的引导设备，能够满足在各种环境下的指挥，不会再受到指挥员和操作手必须互在对方视野里的影响，同时由于指挥员的位置不再受限这就能够使引导能够更加全面细致。同样增加通讯系统也是一样的道理。
此外笔者认为还可添加如家用车上配备的各类倒车系统，来防止操作手和指挥员因未注意而产生的碰撞，为引导和安全操作再添一道保险。
4.2 增加全景周视监控系统
全景周视监控系统一般由多个安装在车辆周围的周视摄像机和1台周视管理终端组成，具备近程、超近程360度全景态势感知能力、昼夜监控能力。通过安装于工程机械作业部件及车体四周的特种镜头捕捉四周作业环境图像，通过高速实时智能拼接技术处理，形成有如空中视角观察工程机械360度全景影像，实现无死角确认周边作业环境，同时也可配合监控的识别算法，对周围的人员和障碍物进行识别，并在驾驶室内的监控显示器上标红提醒。运用这种系统后，使得指挥员只要在监控范围内就能使得操作手能够看见，使引导更加方便，此外加持了识别后，操作手可以自行规避一些障碍，在某种程度上可以减轻指挥员的引导难度。
5 未来展望
5.1 AR技术的运用
AR即现实增强技术，其能够使得真实环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。工程机械的驾驶舱在原始设计上为了确保视野一般都设计了大面积的挡风玻璃，这些玻璃可以通過AR技术的运用来充分利用起来，可将相关的引导图像和周边环境态势图像投影到驾驶室周围玻璃上，为操作手提供虚拟提示信息（增强），进一步补充操作手对于四周的环境感知。此外配合远程通信，指挥员能够轻松地将引导信息传达给操作手。
5.2 综合运用各种技术配合远程操作、自主AI技术的运用
文中笔者提及了很多技术，但终归还是需要人在现场操作，若是将操控结合到可移动的控制台上，那么操作手就能脱离驾驶室自由移动，同时也可以为自己充当引导的指挥员，加强了人员利用率，如图9-a和图9-b中徐工集团的ET110型步履式挖掘机的远程操控。不仅如此还能够一台控制器控制多台工程机械协同，保证了工程机械参与救援的协调统一。
如今大多数的技术都在向着智能化和自动化的方向发展，这将会大大减少人力资源，就像在抢险救援中能够减轻指挥员对一些工程机械的引导压力。比如将来工程机械参与救援就会结合自身电脑的算法与远程引导设备，就能完成如今同等的工作甚至更多，操作手也将同时坚固引导任务，来完成更精细的操作。
6 总结
工程机械参与各类抢险救援的趋势会慢慢上升，笔者认为当科技发达到能够让操作手或工程机械完全感知周围环境前，人与机械的配合才能在各类救援行动中发挥出最大的效益，但这又将多一个人力资源。本文中所提及的对工程机械驾驶室的增加指挥提示系统，其实就是缩短这一进程，在可行的条件下，让工程机械在抢险救援行动中能够充分发挥作用，做到真正的只是在操作手的操作下独立作业。
参考文献：
[1]曹刚.推土机、装载机、驾驶室防滚翻装置用钢的试制研究[J].鞍钢技术，1999，36（02）：18-22.
[2]康利.推土机驾驶室的结构改进[J].山东工业技术，2017，36（19）：25.
[3]薛冰.滑移装载机驾驶室的舒适性研究[D].中国矿业大学，2014.
[4]解宁波.基于人机工程学的GC6t挖掘机驾驶室的设计[D].山东大学，2014.
[5]陈剑，蒋丰鑫，肖悦.挖掘机驾驶室低频噪声分析与控制[J].中国机械工程，2014，25（15）：2124-2130.
[6]杨浩，严扬.包容性设计视角下的工程机械驾驶室设计——以矿用卡车为例[J].装饰，2016，59（01）：97-99.