面向城市地下空间应急救援的灾情信息感知与通信技术及装备

王英剑; 胡燕祝; 张明作; 刘坤辉; 赵兴昊; 梁子涵

doi:10.13203/j.whugis20240489

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面向城市地下空间应急救援的灾情信息感知与通信技术及装备

学术论文 | 更新时间：2026-11-05

- 面向城市地下空间应急救援的灾情信息感知与通信技术及装备
- Disaster Information Perception and Communication Technology and Equipment for Emergency Rescue in Urban Underground Space
- 武汉大学学报（信息科学版） 2025年50卷第6期页码：1150-1158
- 作者机构：
  
  1.北京邮电大学智能工程与自动化学院，北京，100876
  2.北京市燃气集团有限责任公司，北京，100032
- 作者简介：
  
  王英剑，博士，研究方向为风险感知、预警及应急处置。wangyingjian@bupt.edu.cn
  胡燕祝，博士，教授。yzhu@263.net
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(52478123);国家重点研发计划(2020YFC1511700)
- DOI：10.13203/j.whugis20240489
  中图分类号： P237
- 收稿：2024-12-25，
  
  纸质出版：2025-06-05
- 稿件说明：
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王英剑,胡燕祝,张明作，等.面向城市地下空间应急救援的灾情信息感知与通信技术及装备[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(6):1150-1158.

WANG Yingjian,HU Yanzhu,ZHANG Mingzuo,et al.Disaster Information Perception and Communication Technology and Equipment for Emergency Rescue in Urban Underground Space[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(6):1150-1158.
王英剑,胡燕祝,张明作，等.面向城市地下空间应急救援的灾情信息感知与通信技术及装备[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(6):1150-1158. DOI：10.13203/j.whugis20240489

WANG Yingjian,HU Yanzhu,ZHANG Mingzuo,et al.Disaster Information Perception and Communication Technology and Equipment for Emergency Rescue in Urban Underground Space[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(6):1150-1158. DOI：10.13203/j.whugis20240489

摘要

地震等自然灾害下的城市地下空间应急现场面临“盲、狭、乱、危”，现场灾情信息获取困难和应急通信受阻，严重影响救援效率。为解决这一难题，提出了面向城市地下空间应急救援现场的灾情信息感知与通信技术及装备，主要包含3个方面：一是多态灾情信息感知与无人自主作业技术与装备，实现对灾害现场温湿度、毒害气体、三维地物环境及人员位姿的精准感知；二是多网协同应急通信网络系统与装备，保障复杂环境下多源灾情信息的高速传输；三是智能服务平台系统，提供灾害现场的智能化理解与辅助决策支持。通过地铁隧道、地下停车场、地下商场等多场景的实战化验证，为城市地下空间应急救援提供了有效支撑，具有重要意义。

Abstract

Objectives

Urban underground spaces are critical components of modern urban infrastructure but they are highly vulnerable during natural disasters due to the blind

narrow

chaotic

and dangerous conditions. These characteristics cause significant challenges to emergency rescue operations

including difficulties in acquiring accurate disaster information and maintaining reliable communication. This study aims to develop an integrated framework for disaster information perception and communication technology and equipment

specifically tailored for emergency rescue in urban underground spaces

to enhance rescue efficiency and effectiveness.

Methods

The proposed framework is guided by the principles of intelligent

lightweight

standardized

and systematic and comprises three core components. The first component is multi-state disaster information perception and autonomous operation technology. It includes 3D terrain mapping based on simultaneous localization and mapping (SLAM) to reconstruct disaster scenes

micro-assembled sensors for detecting temperature

humidity

and toxic gases

and social information fusion to provide a comprehensive understanding of the disaster situation. The second one is multi-network collaborative emergency communication network technology. It involves point-to-point communication using adaptive frequency variation and beamforming algorithms to enhance signal transmission

combined with a dynamic network switching strategy to ensure reliable communication in challenging underground environments. The third one is intelligent service platform system. This system integrates real-time data fusion and visualization from multiple sources and provides decision support through algorithms for path planning

resource allocation

and risk assessment.

Results

The proposed framework is validated in various underground scenarios

showing significant improvements in disaster information perception and communication capabilities. The first component is disaster information perception. The SLAM-based system achieved high-resolution reconstruction of underground environments and identified key features such as stairs and slopes. Micro-assembled sensors provided accurate environmental data

and the social information fusion component enhanced situational awareness through multi-source data integration. The second one is autonomous operation. The unmanned vehicle was characterized by wheel-track-leg and demonstrated adaptability to complex terrains with vertical obstacle crossing capability up to 25 cm and a climbing ability of 35°. The carbon fiber cage-protected drone provided stable aerial surveillance in confined spaces. The third one is communication network. It ensured reliable communication over 1.2 km distances

dynamically adapting to environmental changes. Point-to-point communication showed robust performance with high data rate and low latency. The last one is intelligent service platform system. It provided real-time data integration and visualization

supporting decision-making through actionable insights based on real-time analysis.

Conclusions

The proposed framework addresses the unique challenges faced by urban underground space emergency rescue through systematic and intelligent design

enhancing the efficiency and safety of rescue operations. Future work can focus on optimizing the system to adapt to more complex and diverse environments

thereby further improving its capabilities.

关键词

Keywords

references

中国标准化研究院 . 地下空间应急救援数据与传输通用要求： GB/T 12345—2024 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2024 .

China National Institute of Standardization . General Requirements for Emergency Rescue Data and Transmission in Underground Spaces ： GB/T 12345—2024 . ［S］. Beijing ： China Standard Press ， 2024 .

王勇，韩遥遥，刘纪平，等 . 应急救援地理空间情报：概念特征、生成技术及应用实践［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2025 ， DOI： 10.13203/J.whugis20240300 http://dx.doi.org/10.13203/J.whugis20240300 .

WANG Yong ， HAN Yaoyao ， LIU Jiping ， et al . Geospatial Information of Emergency Rescue： Concept， Characteristics， Generation Technology and Application Practice ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2025 ， DOI： 10.13203/J.whugis20240300 http://dx.doi.org/10.13203/J.whugis20240300 .

董炳艳，张自强，徐兰军，等 . 智能应急救援装备研究现状与发展趋势［J］. 机械工程学报， 2020 ， 56 （ 11 ）： 1 - 25 .

DONG Bingyan ， ZHANG Ziqiang ， XU Lanjun ， et al . Research Status and Development Trend of Intelligent Emergency Rescue Equipment ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2020 ， 56 （ 11 ）： 1 - 25 .

张英杰 . 面向灾后环境的搜救机器人研制及地图构建技术研究［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2022 .

ZHANG Yingjie . Research on Development of Search and Rescue Robot and Map Construction Technology for Post-Disaster Environment ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2022 .

WELLS P ， DEGUIRE D . TALON： A Universal Unmanned Ground Vehicle Platform， Enabling the Mission to Be the Focus ［C］// Unmanned Ground Vehicle Technology VII ， Orlando， USA ， 2005 .

YAMAUCHI B M . PackBot： A Versatile Platform for Military Robotics ［C］// Unmanned Ground Vehicle Technology VI ， Los Angles， USA ， 2004 .

刘明芹 . 搜索机器人设计与基于多机器人视觉观测的环境感知方法研究［D］. 徐州：中国矿业大学， 2021 .

LIU Mingqin . Design of Search Robots and Environmental Perception Methods Based on Multi-Robot Vision ［D］. Xuzhou ： China University of Mining and Technology ， 2021 .

杨春雨，张鑫 . 煤矿机器人环境感知与路径规划关键技术［J］. 煤炭学报， 2022 ， 47 （ 7 ）： 2844 - 2872 .

YANG Chunyu ， ZHANG Xin . Key Technologies of Coal Mine Robots for Environment Perception and Path Planning ［J］. Journal of China Coal Society ， 2022 ， 47 （ 7 ）： 2844 - 2872 .

董秀军，邓博，袁飞云，等 . 航空遥感在地质灾害领域的应用：现状与展望［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2023 ， 48 （ 12 ）： 1897 - 1913 .

DONG Xiujun ， DENG Bo ， YUAN Feiyun ， et al . Application of Aerial Remote Sensing in Geological Hazards： Current Situation and Prospects ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2023 ， 48 （ 12 ）： 1897 - 1913 .

HE B ， JI X X ， LI G ， et al . Key Technologies and Applications of UAVs in Underground Space： A Review ［J］. IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking ， 2024 ， 10 （ 3 ）： 1026 - 1049 .

南京慧龙城市规划设计有限公司 . 中国城市地下空间发展蓝皮书［M］. 上海：同济大学出版社， 2024 .

Nanjing Huilong Urban Planning and Design Co . Ltd . Blue Book of Urban Underground Space Development in China ［M］. Shanghai ： Tongji University Press ， 2024 .

雷升祥，申艳军，肖清华，等 . 城市地下空间开发利用现状及未来发展理念［J］. 地下空间与工程学报， 2019 ， 15 （ 4 ）： 965 - 979 .

LEI Shengxiang ， SHEN Yanjun ， XIAO Qinghua ， et al . Present Situations of Development and Utilization for Underground Space in Cities and New Viewpoints for Future Development ［J］. Chinese Journal of Underground Space and Engineering ， 2019 ， 15 （ 4 ）： 965 - 979 .

朱合华，丁文其，乔亚飞，等 . 简析我国城市地下空间开发利用的问题与挑战［J］. 地学前缘， 2019 ， 26 （ 3 ）： 22 - 31 .

ZHU Hehua ， DING Wenqi ， QIAO Yafei ， et al . Issues and Challenges in Urban Underground Space Utilization in China ［J］. Earth Science Frontiers ， 2019 ， 26 （ 3 ）： 22 - 31 .

吴健波，岳伟涛，王恩元 . 2001—2023年中国城市地下空间开发利用研究特征与趋势：基于CiteSpace和VOSviewer知识图谱分析［J］. 中国安全生产科学技术， 2025 ， 21 （ 2 ）： 83 - 89 .

WU Jianbo ， YUE Weitao ， WANG Enyuan . Characteristics and Trends of Research on Development and Utilization of Urban Underground Space in China from 2001 to 2023： Based on Knowledge Graph Analysis of CiteSpace and VOSviewer ［J］. Journal of Safety Science and Technology ， 2025 ， 21 （ 2 ）： 83 - 89 .

胡志平，彭建兵，张飞，等 . 浅谈城市地下空间开发中的关键科学问题与创新思路［J］. 地学前缘， 2019 ， 26 （ 3 ）： 76 - 84 .

HU Zhiping ， PENG Jianbing ， ZHANG Fei ， et al . The Critical Issues and Creative Concepts in the Development of Urban Underground Space ［J］. Earth Science Frontiers ， 2019 ， 26 （ 3 ）： 76 - 84 .

WANG J W ， ZHUANG Y ， LIU Y S . FSS-Net： A Fast Search Structure for 3D Point Clouds in Deep Learning ［J］. International Journal of Network Dynamics and Intelligence ， 2023 ， 2 （ X ）： 100005 .

ZHANG Y X ， PAN D W . Layered SIRS Model of Information Spread in Complex Networks ［J］. Applied Mathematics and Computation ， 2021 ， 411 ： 126524 .

左辛凯 . 面向无人车自主探索路径规划的多层次地图模型［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2023 ， 48 （ 12 ）： 2107 .

ZUO Xinkai . Hierarchical Map Models for Unmanned Ground Vehicle Autonomous Exploration Path Planning ［J ］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2023 ， 48 （ 12 ）： 2107 .

SONG K ， JIA Q X ， CHEN G ， et al . Autonomous Balance of Wheel-Legged Robot Based on Back Stepping Sliding Mode Control ［C］// International Conference on Guidance， Navigation and Control ， Paris， France ， 2023 .

XU S H ， GU Y ， LI X Y ， et al . Indoor Emergency Path Planning Based on the Q-Learning Optimization Algorithm ［J］. ISPRS International Journal of Geo⁃Information ， 2022 ， 11 （ 1 ）： 66 .

王一静，苏中，李擎，等 . 地下空间单兵定位零速修正算法仿真研究［J］. 系统仿真学报， 2021 ， 33 （ 11 ）： 2545 - 2551 .

WANG Yijing ， SU Zhong ， LI Qing ， et al . Simulation of Zero-Speed Correction Algorithm for Underground Space Individual Positioning ［J］. Journal of System Simulation ， 2021 ， 33 （ 11 ）： 2545 - 2551 .

赵辉，苏中，刘宁，等 . 基于双轴地磁航向误差自旋修正的行人自主定位方法［J］. 中国惯性技术学报， 2023 ， 31 （ 6 ）： 585 - 592 .

ZHAO Hui ， SU Zhong ， LIU Ning ， et al . Pedestrian Autonomous Positioning Method Based on Biaxial Geomagnetic Azimuth Error Rotation Correction ［J］. Journal of Chinese Inertial Technology ， 2023 ， 31 （ 6 ）： 585 - 592 .

节笑晗，刘宁，沈凯，等 . 基于迭代自适应的多状态约束视觉/惯性融合定位算法［J］. 太原理工大学学报， 2025 ， 56 （ 2 ）： 356 - 364 .

JIE Xiaohan ， LIU Ning ， SHEN Kai ， et al . Iterative Adaptive Multi-State Constrained Visual/Inertial Fusion Positioning Algorithm ［J］. Journal of Taiyuan University of Technology ， 2025 ， 56 （ 2 ）： 356 - 364 .

LUO A ， LIU J P ， LI P P ， et al . Chinese Address Standardisation of POIs Based on GRU and Spatial Correlation and Applied in Multi-source Emergency Events Fusion ［J］. International Journal of Image and Data Fusion ， 2021 ， 12 （ 4 ）： 319 - 334 .

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