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日本应急装备技术现状研究及启示

2021-09-16
来源:中国安全生产 作者:

 

   日本是一个极易发生地震、暴雨、台风、火山爆发等自然灾害的国家。日本防灾的特点之一是防灾依靠科学技术支撑。多年来,日本政府、学者在与自然灾害的长期抗争中,不断加强防灾抗灾的科学研究和技术开发,取得了一系列的重大进展,对于我国的应急装备体系建设和完善具有重要的指导意义。

 

日本应急装备技术现状

 

  加强对防灾减灾的投入,是日本提升灾害管理能力和水平的有效举措。根据2020年《防灾白皮书》数据,日本近10年年度防灾预算中,平均每年投入203.77亿日元用于科学技术研究。充足的资金保障为日本应急装备技术的发展和完善奠定了坚实基础。

  

灾害监测预警预报

 

  在防灾减灾方面,日本非常注重灾害预测、预警方面的技术发展。为实现对地震、海啸、洪涝、暴雨、火山喷发等自然灾害的准确、实时监测预警,日本建立了完善的灾害监测和信息发布网络。

  目前,日本建有全国地震海啸火山灾害瞬间警报系统J-ALERT、紧急地震速报系统、紧急地震探测和预警系统(UrEDAS)、紧急速报邮件(EAM)、基于AI的新一代泥石流监测系统等监测地震地质灾害,其中多次成功应用合成孔径雷达(SAR)技术、堰塞湖形状快速测量技术、投入式水位计及是卫星小型图像传输装置(Ku-SAT)监测堰塞湖。日本气象厅开发了一套“气象服务计算机系统”(COSMETS)用于未来天气状况预报,同时启动“多参数相控阵气象雷达”(MP-PAWR)实验研究预测2030分钟后发生的突发性暴雨和龙卷风,日本气象协会还推出了第一款利用“多参数相控阵气象雷达”(MP-PAWR)数据进行天气预测的APP。同时日本旅游局监督完成了“安全贴士(Safety tips)”、日本工学院大学开发了高楼强震预测APP等手机端软件用于灾害预警和指导居民避难。

  

防灾通信网络

 

  在阪神大地震之后的十多年中,日本竭力推动灾害管理通信系统的建设和应用,建立起覆盖面广、运转高效、功能先进、体系严密并适合国情的防灾通信网络。包括:以政府各职能部门为主,由固定通讯线路(包括影像传输线路)、卫星通信线路和移动通信线路组成的“中央防灾无线网”;连接消防厅和都道府县的“消防防灾无线网”;连接都道府县和市町村等的“都道府县防灾行政无线网”;灾害时,主要用于扩充、强化和补充防灾行政无线的区域卫星通信网络;连接市町村和居民等的“市町村防灾行政无线网”;设置在消防本部、消防署和消防车、救护车之间,用于消防、急救活动的信息传达、指挥、联络等的消防及急救无线网;在应急过程中各部门实现灾情信息等互联互通的专用通信网;以及电信运营商运营的地方公共团体使用的紧急通信系统等。此外,还有其他与防灾密切相关的自营通信网,包括水防通信网、警用通信网、防卫用通信网、海上保安用通信网以及气象用通信网等。

 

应急处置与救援装备

 

  目前,日本已形成了通用、专用、大型、小型等应急救援装备合理搭配、军地联动、就近调配的应急救援装备体系,有效地保障了应急救援装备的供给,并随着科技的发展而不断完善。

  卫星系统在日本灾害管理方面取得了很大的成功,且应用领域日益广泛,在灾害情况信息通报、受灾区域的图像信息传输、受灾区域远程观察、灾情数据采集与决策支持方面应用成熟。在卫星在防灾活动应用方面,日本注重国际合作。目前,日本灾害管理中应用的卫星主要包括日本的先进地球观察卫星ALOS-2、广播卫星BSAT-3、气象卫星向日葵系列、美国的通信卫星N-STAR、陆地观测卫星Landsat8、法国的对地观测卫星SPOT6以及意大利的高分辨率雷达卫星COSMO-Skymed

  日本以1995年阪神·淡路大地震和地铁沙林事件为契机开始推进救援机器人的研发工作。在灾害应对过程中,日本研究开发各种机器人用于人难以到达、不能开展救援行动的环境或危险的环境进行作业。如参与2007年新潟县中越地震救援的机器人T-53援龙、在2011年福岛核泄漏中经过改造后5次进入核电站的机器人“Quince”、创新研究开发推进计划ImPACT研发的在2017年九州北部暴雨时提供了高分辨率现场影像的飞行机器人、投入西日本暴雨灾后恢复工作的可穿戴外骨骼机器人HAL、日本东京消防厅所研制的可现场搜寻幸存者并可充当安全性更高的远程遥控担架(最大运送重量达110kg)的履带式救援机器人、日本东北大学等团队开发出的蛇形机器人、东北大学研制的世界上首个会飞的灭火机器人“龙火战士”和正在研发的覆盖球体外壳的飞行机器人等。

  

信息通信技术

 

  日本是世界上前沿技术发展领先的国家之一。信息通信技术在灾害风险管理方面同样走在了国际的前列。移动通信技术、无线射频识别技术、临时无线基站(如利用摩托车、系留气球搭建临时基站)及网络技术等在日本应急通信中发挥了重要作用。近年来,日本在灾害管理中积极引入大数据、人工智能、物联网(IoT)等最新信息通信技术。如,利用AI技术进行自然灾害的预测或灾害发生时破坏程度预测、收集受灾情况信息、支援救助计划、灾害发生时引导国外游客避难等。如NEC开发出了一种由AITwitter中提取受灾状况和避难场所等信息并将其可视化的系统——高级自然语言处理平台(如图所示),于20207月开始提供服务。但目前还没有通过利用AI实现大幅减灾的事例。




高级自然语言处理平台图

 

日本应急装备技术面临的难题

 

  在应对灾害过程中,日本一些装备暴露出现场实际应用经验少、现场应用效果不佳的问题。

  在吸取东日本大地震教训的基础上,日本总务省消防厅组织研发全地形应急救援车——红色萨拉曼达,用于灾害现场运送救援物资及受伤人员以及在灾区收集情报信息等。目前,全日本只有1辆,被部署在爱知县冈崎市消防本部。但自20133月部署以来,仅出动过两次,虽然是水陆两栖车,但在面临严重洪涝时,无法像船和橡皮艇那样发挥积极作用。

  尽管日本研发了各种各样的机器人,但目前的机器人系统大多缺乏实践运用经验。东日本大地震是日本历史上首次使用大量机器人的大规模灾害,但机器人在现场恶劣环境中无法发挥其作用。而且研究人员不了解现场,因此很难正确理解真正的需求在哪里。同时日本缺少实际大小的虚拟灾难现场供救援机器人进行现场模拟示范。

 

思考与启示

 

  目前,我国在应急装备技术方面存在一些问题,如装备配备结构不科学、先进实用的装备配备不足、特殊灾害环境下救援装备可靠性不佳、智能化程度较低、复杂环境的通信技术有待于突破、事前预防装备和技术相对薄弱等。通过分析研究日本应急装备技术现状,提出几点建议,为我国应急装备体系建设和发展提供参考。

  加强监测预警装备研发。日本灾害预警系统建设方面走在了国际前列。在长期应对自然灾害的实践中,日本以加强预警系统建设作为提升应对自然灾害能力的“抓手”,建立了针对地震、海啸、火山爆发及针对恶劣天气灾害的预警系统,取得了卓有成效的建设成就,也为世界各国预警系统建设积累了丰富的经验。

  充分运用大数据、人工智能、物联网等最新技术,提高应急装备智能化程度。智能化是现代应急救援装备的发展趋势之一。灾害频率、巨大灾害风险增加突显了对智能化应急救援装备的迫切需求。加强大数据、人工智能、物联网等最新技术在应急装备智能化、轻量化发展中的应用,从而提高处置各类灾害的效率和效果,有力保障救援人员生命安全,特别是想定外的严重灾难。

  激发市场主体活力,加强应急装备技术领域科技成果的转化和应用。吸引多方力量参与应急产业发展,明确应急产品和服务发展方向,坚持需求牵引和问题导向,研发真正具有应用前景的应急装备技术。按照专常兼备、平战结合的理念,研发应急装备技术,扩大其应用市场。加强应急装备示范试验场所和训练设施的建设,强化装备现场模拟示范演练,提升装备现场使用效果。支持各类创新主体实施科技成果转化和推广,探索将先进技术装备应用推广到国外的机制,进一步促进应急产业发展和我国经济的增长。


【责任编辑:cheng】