盤點消防機(jī)器人在火災(zāi)和應(yīng)急救援中的作用

隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，尤其是最近幾年，許多地區(qū)大量高層建筑、地下建筑和大型石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)，由于這些建筑和企業(yè)生產(chǎn)的特殊性，導(dǎo)致化學(xué)危險品和放射性物質(zhì)泄漏以及燃燒、爆炸、坍塌的事故隱患增加，事故發(fā)生的概率也相應(yīng)提高。

一旦發(fā)生災(zāi)害事故，消防員面對高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環(huán)境時，若沒有相應(yīng)的設(shè)備貿(mào)然沖進(jìn)現(xiàn)場，不僅不能完成任務(wù)，還會徒增人員傷亡，這方面公安消防部隊已歷經(jīng)諸多血的教訓(xùn)。尤其是當(dāng)新消防法出臺后，搶險救援已成為公安消防部隊的法定任務(wù)，面對新時期面臨的新情況新任務(wù)，也為了更好地解決前述難題，消防機(jī)器人的配備顯得日益重要。

消防機(jī)器人作為特種機(jī)器人的一種，在滅火和搶險救援中愈加發(fā)揮舉足輕重的作用。各種大型石油化工企業(yè)、隧道、地鐵等不斷增多，油品燃?xì)?、毒氣泄漏爆炸、隧道、地鐵坍塌等災(zāi)害隱患不斷增加。此類災(zāi)害具有突發(fā)性強(qiáng)、處置過程復(fù)雜、危害巨大、防治困難等特點，已成頑疾。消防機(jī)器人能代替消防救援人員進(jìn)入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險災(zāi)害事故現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、反饋，有效地解決消防人員在上述場所面臨的人身安全、數(shù)據(jù)信息采集不足等問題?，F(xiàn)場指揮人員可以根據(jù)其反饋結(jié)果，及時對災(zāi)情作出科學(xué)判斷，并對災(zāi)害事故現(xiàn)場工作作出正確、合理的決策。

消防機(jī)器人的發(fā)展歷史

機(jī)器人自60年代初問世以來，經(jīng)歷40余年的發(fā)展，己取得長足進(jìn)步，社會各行各業(yè)皆可見其身影。

國際上較早開展消防機(jī)器人研究的是美國和前蘇聯(lián)，稍后，英國、日本、法國、德國等國家也紛紛開始研究該類技術(shù)。目前已有很多種不同功能的消防機(jī)器人用于救災(zāi)現(xiàn)場。

日本的消防機(jī)器不僅技術(shù)引領(lǐng)全球，而且數(shù)量也全球之冠。相應(yīng)的，其投入應(yīng)用的消防機(jī)器人也最多。從1986年日本東京消防廳首次在滅火中采用了“彩虹5號”消防機(jī)器人后，消防機(jī)器人就逐漸在滅火救災(zāi)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，消防機(jī)器人技術(shù)也得到快速的發(fā)展。截至目前，消防機(jī)器人已經(jīng)穩(wěn)步向第三代高端智能機(jī)器人前進(jìn)。

美國的消防機(jī)器人亦處于技術(shù)頂點位置，其開發(fā)的消防機(jī)器人已具備較為成熟第三代功能。

消防機(jī)器人在火災(zāi)和應(yīng)急救援中的作用

消防機(jī)器人作為代替消防員進(jìn)入危險復(fù)雜環(huán)境的特殊裝備，必須具有以下幾個功能。

移動功能

在消防機(jī)器人分類中已經(jīng)闡述過，可依據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況采用履帶式或者輪式，從災(zāi)害事故現(xiàn)場的實際情況考慮，消防機(jī)器人的移動載體須具有較強(qiáng)的越野能力和一定的自適應(yīng)能力，能夠自行判斷并翻越障礙，自主分析現(xiàn)場情況，能夠完成攀爬一定角度的樓梯等復(fù)雜功能。

探測功能

消防機(jī)器人可以根據(jù)災(zāi)害事故現(xiàn)場情況依賴于各種電子元器件進(jìn)行探測，裝載攝像頭可將現(xiàn)場情況通過通信網(wǎng)絡(luò)實時傳輸給后方系統(tǒng)處理，同時有賴于各種傳感器。主要分為兩類：一類是內(nèi)部傳感器，用來探測在災(zāi)害事故現(xiàn)場中消防機(jī)器人自身狀態(tài)參數(shù)，反饋給中央大腦DSP，進(jìn)行合理的路徑規(guī)劃，并根據(jù)災(zāi)害事故現(xiàn)場情況合理安排，使消防機(jī)器人有序開展工作。另一類是外部傳感器，用來探測災(zāi)害事故現(xiàn)場的各項數(shù)據(jù)(障礙物情況、火場溫度、輻射熱強(qiáng)度、有毒氣體或者可燃?xì)怏w種類和濃度和氧氣含量等)，為后方處理系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)。

控制處理通信功能

由于DSP在處理數(shù)字信息方面與單片機(jī)相比具有無可比擬的優(yōu)勢，因此，消防機(jī)器人普遍采用DSP作為信息處理大腦。而控制處理通信主要由三個方面組成：

一是消防機(jī)器人內(nèi)部處理系統(tǒng)。通過各種傳感器探測災(zāi)害事故現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)，DSP對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

二是通信網(wǎng)絡(luò)。可以利用公安消防部隊自身的三級組網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;也考慮到技術(shù)成熟的關(guān)系，可以利用公眾的2.5代GPRS或者2.75代EDGE網(wǎng)絡(luò)。以及可直接采用3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)通信，并能實施雙工乃至多工通信;另一方法便是線控。

防腐蝕、防爆功能

正因為消防機(jī)器人代替消防員進(jìn)入危險復(fù)雜的災(zāi)害事故現(xiàn)場，必須考慮到其電子元器件、機(jī)械材料等構(gòu)建承受腐蝕、高溫、粉塵、濃煙等惡劣環(huán)境的能力，對其關(guān)鍵部位進(jìn)行防腐蝕、防爆處理，保證其處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，以確保順利完成任務(wù)。

消防功能

這也是消防機(jī)器人的最主要功能。通過消防機(jī)器人前期準(zhǔn)備準(zhǔn)備工作，現(xiàn)場指揮員根據(jù)后方輔助決策系統(tǒng)提供信息，并根據(jù)其個人歷來滅火和搶險救援經(jīng)驗，作出正確判斷，發(fā)出遙控指令，指揮消防機(jī)器人進(jìn)行現(xiàn)場處置。

消防機(jī)器人的主要種類

從主要功能上可分為:

(1)滅火機(jī)器人;(2)火場偵察機(jī)器人;(3)危險物品泄漏探測機(jī)器人;(4)破拆機(jī)器人;(5)救人機(jī)器人;(6)多功能消防機(jī)器人等。

從行走方式可分為:

(1)輪式行走消防機(jī)器人;(2)履帶式行走消防機(jī)器人;(3)履帶輪式行走消防機(jī)器人等。

從控制方式上可分為:

(1)線控消防機(jī)器人;(2)無線遙控消防機(jī)器人;(3)自適應(yīng)消防機(jī)器人等。

從智能化程度上可分為:

(1)程序化控制消防機(jī)器人;(2)具有感覺功能計算機(jī)輔助控制消防機(jī)器人;(3)智能化消防機(jī)器人等。

從感覺功能上可分為:

(1)視覺消防機(jī)器人;(2)嗅覺消防機(jī)器人;(3)溫感消防機(jī)器人;(4)煙感消防機(jī)器人;(5)觸覺消防機(jī)器人等。

消防機(jī)器人的特點

優(yōu)點

1、無生命損傷性。消防機(jī)器人作為一種無生命載體，在面臨高溫、有毒、缺氧和濃煙等各種危險復(fù)雜的環(huán)境時，在人力所不及之處可充分發(fā)揮其作用，大大減少消防人員傷亡。如若配備消防機(jī)器人，黃島油庫、湖南衡陽大火、天津港事件釀成的悲劇本可以避免。

2、可重復(fù)使用性。消防機(jī)器人作為一種特殊武器裝備，在細(xì)心維護(hù)保養(yǎng)的同時，可反復(fù)多次使用，發(fā)揮其效能。

3、人工智能性?，F(xiàn)代機(jī)器人是人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制、電力電子、模糊控制和機(jī)械工業(yè)等高端學(xué)科的結(jié)合體。而消防機(jī)器人作為特種機(jī)器人的一種，更是揉合了各項高新技術(shù)成果，機(jī)器人已是反應(yīng)國家的技術(shù)先機(jī)與否的標(biāo)志之一。各國政府技術(shù)部門、公司針對消防員面臨日趨復(fù)雜的應(yīng)急救援的環(huán)境，在目前人工智能已成熟的前提下，結(jié)合了其他各項高新技術(shù)，針對特殊情況開發(fā)出具有針對性的消防機(jī)器人。可根據(jù)現(xiàn)場實際情況，自主判斷實際危險情況來源，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、處理、傳輸反饋、滅火等工作。

缺點

1、維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜。由于消防機(jī)器人屬于高新技術(shù)的結(jié)合體，對操控、維護(hù)保養(yǎng)人員有一定的要求，專業(yè)方面要求有一定的知識，要定期舉行專業(yè)人員培訓(xùn)，尤其是電子元件，或可能受到潮濕、濃煙和灰塵等影響，需要一定的維護(hù)保養(yǎng)知識基礎(chǔ)。

2、造價高昂。由于消防機(jī)器人屬于高等學(xué)科知識和各項先進(jìn)高新技術(shù)的集合體，研制時間較長，研制經(jīng)費(fèi)較高，且生產(chǎn)數(shù)量并不多，造成價格普遍昂貴，不能大量配備消防部隊。同時，各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，政府財政撥出能力有限，也是其不能大量配備消防部隊的重要原因之一。

消防滅火偵察防爆機(jī)器人

消防滅火偵察防爆機(jī)器人采用履帶式底盤、可搭載消防水炮、有毒有害氣體探測器、溫濕度變送器、攝像機(jī)、拾音器等不同上裝，代替消防救援人員進(jìn)入易燃、易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險災(zāi)害事故現(xiàn)場進(jìn)行探測、救援、滅火，有效的解決消防人員在上述場所面臨的人身安全、數(shù)據(jù)信息采集不足等問題。尤其適用于石化、燃?xì)獾纫妆h(huán)境，對提高救援安全性、減少人員傷亡具有重要意義。

整機(jī)結(jié)構(gòu)及性能

整機(jī)采用48V防爆鋰電池及電源管理系統(tǒng)供電，底盤驅(qū)動采用48V直流伺服電機(jī)，配合直角行星減速機(jī)，帶剎車?？死锼沟賾覓?，左右獨立各12組避震，履帶采用撥齒式高強(qiáng)度耐高溫阻燃橡膠內(nèi)嵌凱夫拉纖維和芯筋。上裝搭載消防水炮、熱成像儀、有毒有害氣體探測器、溫濕度變送器、攝像機(jī)、拾音器等。整機(jī)防爆等級Ex d ib mbⅡB+H2 T6 Gb+ Ex cⅡB T6 Gb/Ex tD ibD mbD A21 IP65 T80℃。

1-TFT水炮 2-噴淋裝置 3-紅外攝像頭 4-六合一氣體傳感器 5-升降裝置6-數(shù)傳、圖傳天線 7-熱成像攝像頭 8-避障傳感器 9-報警燈 10-防爆燈 11-牽引裝置

上裝參數(shù)

紅外攝像頭：SONY機(jī)芯，智能環(huán)三維方向可調(diào)設(shè)計，5-15米紅外燈自動開啟，4mm鏡頭，800TVL，材質(zhì)304不銹鋼，防護(hù)等級IP68，用作觀察設(shè)備周圍的環(huán)境。

紅外熱成像儀：分辨率384*288、焦距10mm、測溫范圍20～600℃、精度2%、水平視場角37.4°、垂直視場角20°、熱源探測300米～400米。

避障傳感器UST-05LN：防止底盤運(yùn)行時碰撞障礙物。檢測區(qū)域為150度扇面的避障傳感器。

便攜式多種氣體檢測儀 E6000：檢測火災(zāi)現(xiàn)場CO、CO2、O2、H2S、NH4 、CH4等有毒、有害氣體濃度，并報警。其他氣體可選。

防爆溫濕度傳感器：檢測機(jī)器人周圍環(huán)境溫濕度，測溫范圍-20～+80℃，濕度0～100%RH。

防爆拾音器(選裝)：用于搜集火災(zāi)現(xiàn)場聲音信息，監(jiān)聽面積 60平方米。

防爆擴(kuò)音器(選裝)：用于火災(zāi)現(xiàn)場搜救時喊話，阻抗8歐姆，功率20W。

遙控箱

語音雙向功能：當(dāng)設(shè)備在危險區(qū)域，可通過喊話提醒設(shè)備周圍人員，同時拾取設(shè)備周圍聲音，通知遠(yuǎn)處的操控人員。

圖像穩(wěn)定傳輸：將現(xiàn)場周圍的環(huán)境圖像穩(wěn)定的呈現(xiàn)給遠(yuǎn)處的操控人員。

數(shù)傳雙向功能：可實時的顯示電池內(nèi)部的各種信息，例如單體電池的溫度、電壓、總電流等;實時顯示機(jī)器人狀態(tài)、機(jī)器人內(nèi)外溫度、底盤傾斜度、有毒有害氣體濃度報警信息等;控制機(jī)器人前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等運(yùn)動;控制水炮做上、下、左、右、直流、霧化、自擺動等動作。

大容量電池：一次充電后工作時間3個小時以上。

消防偵察防爆機(jī)器人

消防偵察防爆機(jī)器人采用履帶式底盤、可搭載有毒有害氣體探測器、溫濕度變送器、攝像機(jī)、拾音器等不同上裝，代替消防救援人員進(jìn)入易燃、易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險災(zāi)害事故現(xiàn)場進(jìn)行探測、救援，有效的解決消防人員在上述場所面臨的人身安全、數(shù)據(jù)信息采集不足等問題。尤其適用于石化、燃?xì)獾纫妆h(huán)境，對提高救援安全性、減少人員傷亡具有重要意義。

整機(jī)結(jié)構(gòu)

整機(jī)采用48V防爆鋰電池及電源管理系統(tǒng)供電，底盤驅(qū)動采用48V直流伺服電機(jī)，配合直角行星減速機(jī)，帶剎車。克里斯蒂懸掛，左右獨立各12組避震，履帶采用撥齒式高強(qiáng)度耐高溫阻燃橡膠內(nèi)嵌凱夫拉纖維和芯筋。上裝搭載有毒有害氣體探測器、溫濕度變送器、攝像機(jī)、拾音器等。整機(jī)防爆等級Ex d ibⅡB+H2 T6 Gb+ Ex c ⅡB T6 Gb/Ex tD ibD A21 IP65 T80℃

上裝參數(shù)

紅外攝像頭：SONY機(jī)芯，智能環(huán)三維方向可調(diào)設(shè)計，5-15米紅外燈自動開啟，4mm鏡頭，800TVL，材質(zhì)304不銹鋼，防護(hù)等級IP68，用作觀察設(shè)備周圍的環(huán)境。

360°回轉(zhuǎn)云臺紅外防爆攝像頭：304不銹鋼材質(zhì)，防護(hù)等級IP68，低照度紅外自動開啟，紅外夜視距離30～100米，原裝?？狄惑w機(jī)芯，36倍光學(xué)變倍，焦距為3.3mm～119mm，水平解析度 700TVL(彩色)，720TVL(黑白) ，水平連續(xù)旋轉(zhuǎn)360°，俯仰±90°，自動聚焦，內(nèi)置全解碼功能。

避障傳感器UST-05LN：防止底盤運(yùn)行時碰撞障礙物。檢測區(qū)域為150度扇面的避障傳感器。

便攜式多種氣體檢測儀 E6000：檢測火災(zāi)現(xiàn)場CO、CO2、O2、H2S、NH4 、CH4等有毒、有害氣體濃度，并報警。其他氣體可選。

防爆溫濕度傳感器：檢測機(jī)器人周圍環(huán)境溫濕度，測溫范圍-20～+80℃，濕度0～100%RH。

防爆拾音器：用于搜集火災(zāi)現(xiàn)場聲音信息，監(jiān)聽面積 60平方米。

防爆擴(kuò)音器(選裝)：用于火災(zāi)現(xiàn)場搜救時喊話，阻抗8歐姆，功率20W。