李博文

摘 要：水上危險品災(zāi)害，可能造成整個流域的污染，直接影響生活取水，間接影響沿江居民生活和工業(yè)生產(chǎn)，

甚至造成人員傷亡；水上危險品運輸事故檢測，是危險品事故應(yīng)急處理和應(yīng)急預(yù)案制定的重要的環(huán)節(jié)，

采用先進(jìn)的檢測技術(shù)可以迅速獲取運輸危險物質(zhì)種類和理化屬性，為應(yīng)急救援提供決策信息，減少救援

人員的傷害，防止災(zāi)害進(jìn)一步擴(kuò)大。 本論文研究并設(shè)計由無人遙控設(shè)備搭載無線攝像系統(tǒng)和針筒式氣

體采集器，進(jìn)入?；肥鹿尸F(xiàn)場，該裝置能通過遙控系統(tǒng)，配合視頻圖像進(jìn)行選擇性的采樣，從而避免

了采樣人員直接暴露在?；肥鹿虱h(huán)境的情況，減少了人員傷亡的風(fēng)險。

關(guān)鍵詞: 無人控制機(jī) 氣體采樣 采集器 設(shè)計

引言

目前，在處理?；反笆鹿手袑κ鹿尸F(xiàn)場各氣體成分進(jìn)行分析處理的主要方法是，消防人員攜帶氣體采樣儀進(jìn)入現(xiàn)場采集氣體樣本，再送到檢測中心進(jìn)行檢測。地面控制中心接到報警后，派消防人員前往失事船，消防人員要穿上厚重的防化服，攜帶笨重的氣體采集儀，行動十分緩慢。人員派出至到達(dá)失事船要花費大量的時間，導(dǎo)致錯過最佳救援時機(jī)。同時，登船的消防人員是極其危險的，生命安全沒有保障?，F(xiàn)在的氣體采集器以手持式為主，還沒有將氣體采集器搭載在無人機(jī)上的應(yīng)用，來應(yīng)對危險的事故現(xiàn)場，而控制飛機(jī)的無線遙感技術(shù)，和控制采集器的單片機(jī)技術(shù)都已十分成熟，利用吊艙將各裝置搭載在飛機(jī)上，通過對無人飛機(jī)的控制進(jìn)入發(fā)生事故的現(xiàn)場能夠提高救援效率和降低損失。具有很好的可行性和應(yīng)用前景。

氣體采樣裝置的設(shè)計

本文針對目前?；番F(xiàn)場的氣體采集過程中存在的問題，擬設(shè)計遙控式無人控制飛機(jī)進(jìn)行氣體采樣，其設(shè)計思路為：遙控裝置進(jìn)入危化品事故現(xiàn)場，工作人員根據(jù)傳來的視頻信息進(jìn)行遙控操作，待遙控裝置到達(dá)指定區(qū)域時，工作人員發(fā)出指令給采集吊艙釋放裝置釋放采集吊艙，然后啟動卷揚機(jī)放下吊線使得針筒式氣體采集器到達(dá)采樣點，再控制針筒式氣體采集器采集氣體后卷揚機(jī)收起吊線，遙控裝置返回即可。

1、技術(shù)方案

遙控式無人控制飛機(jī)氣體采樣裝置包括遙控裝置和遙控手柄，遙控裝置上還安裝有攝像頭及其舵機(jī)、單片機(jī)和機(jī)械結(jié)構(gòu)；攝像頭及其舵機(jī)與單片機(jī)連接；單片機(jī)與遙控裝置的通訊模塊連接用于接收遙控手柄的指令以及發(fā)送攝像頭采集的視頻信息；單片機(jī)通過繼電器控制機(jī)械結(jié)構(gòu)。

圖1為氣體采樣示意圖。攝像頭固定安裝在飛機(jī)前部，采集吊艙安裝在飛機(jī)后部的固定艙內(nèi)，通過通訊模塊和控制模塊對攝像頭和采集器進(jìn)行控制。

所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括采集吊艙、針筒式氣體采集器、卷揚機(jī)和采集吊艙釋放裝置；針筒式氣體采集器設(shè)置在采集吊艙內(nèi)，針筒式氣體采集器和采集吊艙的上端與卷揚機(jī)的吊線連接；針筒式氣體采集器、卷揚機(jī)和采集吊艙釋放裝置由所述的單片機(jī)分別通過繼電器控制。

2、氣體采樣控制流程

發(fā)現(xiàn)情況后手動控制無線信號發(fā)射機(jī)，手動控制系統(tǒng)包括手柄控制和鈕柄控制，無線接收機(jī)通過gprs、cdma，zigbig等接收信號后，傳給嵌入式計算機(jī)，再由計算機(jī)分別控制電磁開關(guān)，卷揚機(jī)的收線與放線，采集裝置的氣體采集，攝像頭的圖像采集。圖2為無人控制飛機(jī)的氣體采樣控制流程圖。

3、采集器的設(shè)計

采集器由電磁線圈，卡口，活塞，彈簧，有推桿的密封套筒組成。推桿的一端和活塞連接，另一端固定在套筒內(nèi)測。在使用之前，彈簧處于壓縮狀態(tài)，活塞由卡口卡住，通過控制電磁線圈控制卡口。當(dāng)卡口被電磁線圈吸引，彈簧釋放，推動活塞在套筒內(nèi)滑動，筒內(nèi)壓力迅速降低，空氣就會進(jìn)入套筒內(nèi)。收集完之后，推動推桿，即可取出樣品。圖3為針筒式采集器工作原理圖。

危險品檢測直升機(jī)工作過程

為實時了解被救援船上的情況，在遙控直升飛機(jī)搭載無線攝像系統(tǒng)。無線攝像系統(tǒng)包括攝像頭、信號發(fā)射器、地面接收機(jī)。在執(zhí)行任務(wù)中，失事船上的具體情況能立即通過攝像頭傳回救援船只的電腦上看到。由于直升飛機(jī)可以具有360靶轉(zhuǎn)的全方位視角，這十分有利于了解船上的實際狀況?

為了解被救援船只上各項化學(xué)指標(biāo)，包括溫度，氧氣含量，爆炸濃度等數(shù)據(jù)。在飛機(jī)上搭載采集器，遙控飛機(jī)進(jìn)入事故現(xiàn)場，利用攝像頭提供的圖像信息進(jìn)行定位，釋放采集吊艙，進(jìn)行氣體采集，然后返回救援海事船上，進(jìn)行分析處理后，就能制定具體的救援方案。

本方案的優(yōu)點是能高空立體監(jiān)測事故現(xiàn)場，減小救援人員的危險性，設(shè)備更加簡便，有助于救援的高效迅速，水上路上均可進(jìn)行操作，將物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感技術(shù)、通訊技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起來。

氣體采樣的工作流程：完整的氣體采樣工作流程如圖4所示。在遙控系統(tǒng)控制嵌入式單片機(jī)控制指令下，完成以下指令：打開吊艙觸發(fā)電磁開關(guān)、卷揚機(jī)放線、放線、停止放線、打開采樣開關(guān)、采樣、收線、固定吊艙、降落，最后帶回檢測中心取出吊艙，推動活塞，打出樣品氣體，進(jìn)行化驗，分析氣體成分，制定應(yīng)急計劃。

結(jié)束語

新式遙控探測直升飛機(jī)能很好的將消防人員從不確定的危險中解放出來。首先來說能保證救援人員的安全，這點至關(guān)重要。其次由于其能代替人來完成很多工作，在壓力很大的救援場合，能為其他救援工作節(jié)省人力資源。再者其組裝方便，使用簡單易懂。并不會給探查災(zāi)難現(xiàn)場造成不便。另外，相對于提供消防人員保護(hù)措施和測量工具讓其登船所花費的費用，探測直升機(jī)要經(jīng)濟(jì)而實用。相信這項新設(shè)計能很好的完成其所被期待的任務(wù)，被廣泛應(yīng)用于海上和內(nèi)河船舶消防中。

（作者單位：武漢理工大學(xué)）