面對地震、塌方、火災(zāi)等災(zāi)害現(xiàn)場高效救援的需求，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)展可劃分為三個階段。第一階段，智能應(yīng)急救援裝備輔助救援人員進行施救。此時，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主動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，共同承擔救援任務(wù)。此時，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，救援人員只需要進行輔助即可。此時，應(yīng)急救援裝備高度智能化，可獨立完成各種復(fù)雜任務(wù)。目前國內(nèi)外智能救援裝備的研發(fā)仍處于第一階級。我國在智能應(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)計制造、控制系統(tǒng)軟硬件、運動規(guī)劃等相關(guān)技術(shù)，不少裝備擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。未來，我國智能應(yīng)急救援裝備的發(fā)展趨勢如下。

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)動一體化設(shè)計方向發(fā)展

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

(2) 在機構(gòu)的數(shù)學(xué)建模中，實現(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、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，實現(xiàn)機構(gòu)智能的構(gòu)型綜合及設(shè)計，以滿足功能要求。

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

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)以及長時間使用的復(fù)雜條件下具有高可靠性，不易發(fā)生疲勞、磨損、腐蝕等問題。因此，應(yīng)開展高溫?zé)釄鱿路雷o材料、極寒條件下防護材料、自修復(fù)材料、高強度輕型材料等新型材料的研究；開展救援裝備自潤滑機理研究，減小摩擦磨損；對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性及突發(fā)條件下的自恢復(fù)方式進行研究，提高軟件系統(tǒng)的可靠性。同時，提出面向地震、塌方等復(fù)雜災(zāi)害條件下的動態(tài)/靜態(tài)相結(jié)合的可靠性分析方法，實現(xiàn)對不同救援裝備可靠性的定量評估。

在能源利用方面，由于災(zāi)害現(xiàn)場能源緊張，很難及時提供大量能源供眾多裝備長時間使用，應(yīng)急救援裝備應(yīng)具有能耗低的特點，即在保證運轉(zhuǎn)功率和使用時長的基礎(chǔ)上，所消耗的能量最少。此外，對于未來的智能應(yīng)急救援裝備，體積小、轉(zhuǎn)化率高的太陽能、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行使用，盡可能地實現(xiàn)就地取材完成能量轉(zhuǎn)化，以解決災(zāi)害現(xiàn)場緊缺的能源問題。

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

4.3 裝備的智能化向著極端環(huán)境精準感知、多維信息自主決策、智能容錯、多機動態(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)并行及動態(tài)分析等先進的技術(shù)，并結(jié)合遙感技術(shù)及多機多信息判斷，實現(xiàn)在坍塌或?；繁ê笤斐傻膹U墟、渾濁復(fù)雜的水下區(qū)域、動態(tài)的雜亂環(huán)境、煙塵等造成的視線受阻等條件下實現(xiàn)較為準確的環(huán)境感知，為運動決策提供準確的參考。

在自主決策方面，面向救援現(xiàn)場復(fù)雜任務(wù)，動態(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，并通過突破面向大規(guī)模連續(xù)狀態(tài)及具有高維空間的增強學(xué)習(xí)方法等相關(guān)技術(shù)，大幅提高決策問題的求解效率，最終實現(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發(fā)展的方向之一。

在智能容錯方面，智能應(yīng)急救援裝備未來應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能容錯，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，可通過自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃(Adaptive dynamic programming, ADP)等智能的自學(xué)習(xí)策略改變運動方式或控制模式，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救援工作造成的影響。

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

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)境多元信息遠距離高穿透性精準通信的方向發(fā)展

在硬件方面，應(yīng)用于災(zāi)害現(xiàn)場的通信裝備將向著小型化、集成化、一體化的方向發(fā)展，通過移動式和固定式相結(jié)合的方式，以便能夠省去繁瑣的組網(wǎng)過程，實現(xiàn)在狹小空間內(nèi)更加高效的硬件搭建。特別地，移動通信車輛也應(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、低時延將大幅提高救援效率。同時，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理將被揭示，語音、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，最終實現(xiàn)極端環(huán)境下人機/機機高效通信。

4.5 救援裝備向著操作便捷、人機友好的方向發(fā)展

操作的便捷性和人機交互的友好性是智能應(yīng)急救援裝備的發(fā)展趨勢。對于前者，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)場快速操作救援裝備，提高救援效率。對于后者，救援裝備應(yīng)具有友好的交互界面，以提高救援人員對復(fù)雜救援裝備的接受程度。

除上述發(fā)展趨勢外，結(jié)合現(xiàn)有應(yīng)急救援裝備的性能特點，建立一套完整的性能評價體系是應(yīng)急救援裝備領(lǐng)域的發(fā)展趨勢之一。通過建立一系列標準體系，可以減小不必要的浪費，實現(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)，全面提升我國應(yīng)急救援裝備技術(shù)水平，可以為應(yīng)急搶險救災(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)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，指出了我國智能應(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、人機交互效果不佳等問題，這都使得智能救援裝備尚未在大型救援現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用。指出智能應(yīng)急救援裝備將通過多學(xué)科融合，在結(jié)構(gòu)設(shè)計、環(huán)境感知、自主決策與運動控制、高效通信及人機交互等方面實現(xiàn)智能化，最大限度地代替救援人員完成救援任務(wù)。