鄭 鵬

（佛山市公安消防支隊(duì)，廣東 佛山 528000 ）

1 引言

機(jī)器人技術(shù)最初起源于軍事領(lǐng)域的戰(zhàn)場(chǎng)偵察、戰(zhàn)場(chǎng)清掃等，在20世紀(jì)80年代以前就有人開(kāi)始從理論上對(duì)機(jī)器人應(yīng)用于災(zāi)害搜救工作進(jìn)行了探討。目前，災(zāi)難救援機(jī)器人技術(shù)正從理論和試驗(yàn)研究向?qū)嶋H應(yīng)用發(fā)展，消防機(jī)器人在我國(guó)也開(kāi)始進(jìn)入到各項(xiàng)消防工作中，上海消防科學(xué)研究所自主研發(fā)的我國(guó)第一代消防機(jī)器人已經(jīng)在消防部隊(duì)裝備使用。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有消防機(jī)器人的使用狀況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，消防機(jī)器在各項(xiàng)救援工作中僅是作為一種單一的救援工具，而這種使用方式很難充分發(fā)揮消防機(jī)器人的能力，現(xiàn)今的消防機(jī)器人技術(shù)正向著多機(jī)器人協(xié)作的方向發(fā)展。

滅火救援工作是在指揮中心統(tǒng)一指揮下進(jìn)行的，如果將不同功能的消防機(jī)器人結(jié)合起來(lái)并與現(xiàn)有的消防指揮信息網(wǎng)相結(jié)合，可以充分發(fā)揮消防機(jī)器人的作用。筆者在這里提出一種基于消防機(jī)器人的救援輔助系統(tǒng)，本套系統(tǒng)可以充分融入到現(xiàn)有的救援通信指揮網(wǎng)，極大的提高人與機(jī)器之間的協(xié)作配合能力。

2 救援輔助系統(tǒng)的組成

基于消防機(jī)器人的救援輔助系統(tǒng)是一套以消防機(jī)器人為核心，用來(lái)輔助消防隊(duì)員開(kāi)展各項(xiàng)救援工作的系統(tǒng)。它由消防機(jī)器人、消防機(jī)器人后場(chǎng)控制臺(tái)和救援指揮中心三部分組成，圖1為基于消防機(jī)器人的救援輔助系統(tǒng)與救援通信指揮網(wǎng)結(jié)合后的作戰(zhàn)模式。

2.1 消防機(jī)器人

在整個(gè)救援輔助系統(tǒng)中，消防機(jī)器人是完成救援工作的主要部分。在救援現(xiàn)場(chǎng)，消防機(jī)器人獨(dú)立或者協(xié)同消防隊(duì)員完成各項(xiàng)救援任務(wù)，主要由三類不同特征的消防機(jī)器人承擔(dān)對(duì)應(yīng)的救援任務(wù)。

1）飛行機(jī)器人。目前的飛行機(jī)器人有固定翼機(jī)器人、旋翼機(jī)器人和高空氣球機(jī)器人等，其主要進(jìn)行火場(chǎng)過(guò)火面積測(cè)量、火勢(shì)預(yù)測(cè)、救援人員和車輛的定位、高空投遞自救器材等工作。

2）搜救機(jī)器人。搜救機(jī)器人有輪式機(jī)器人、履帶式機(jī)器人和仿生機(jī)器人等，可以完成火場(chǎng)內(nèi)部對(duì)消防隊(duì)員的器材和裝備支援、在火場(chǎng)內(nèi)部進(jìn)行人員搜索、現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)醫(yī)療救助、危險(xiǎn)品事故現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)處置、危險(xiǎn)建筑內(nèi)部搜救等工作。

3）滅火機(jī)器人。滅火機(jī)器人主要為搭載水炮、泡沫泡等滅火劑噴射器具的機(jī)器人，其任務(wù)是代替消防員進(jìn)行滅火劑近距離噴射，同時(shí)可以監(jiān)測(cè)火場(chǎng)內(nèi)部情況。

2.2 消防機(jī)器人后場(chǎng)控制臺(tái)

消防機(jī)器人后場(chǎng)控制臺(tái)是負(fù)責(zé)連接消防機(jī)器人和救援指揮中心的部分，在本套系統(tǒng)中它需要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的機(jī)器人進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和操作等工作。隨著救援機(jī)器人的發(fā)展，救援機(jī)器人不再依靠單一傳感器的來(lái)完成對(duì)環(huán)境的感知，而是通過(guò)多傳感器信息融合完成認(rèn)知和適應(yīng)的，目前救援機(jī)器人在工作中用到的一個(gè)重要技術(shù)就是多傳感器信息融合技術(shù)。

由于多種傳感器技術(shù)得到廣泛的使用，如激光測(cè)距儀、視覺(jué)傳感器、熱成像儀、有毒氣體探測(cè)器等不同種類的傳感器在消防機(jī)器人上會(huì)大量的應(yīng)用，這使機(jī)器人傳回后場(chǎng)的數(shù)據(jù)種類繁多，而且各消防機(jī)器人在使用中還需要做到數(shù)據(jù)之間的相互通信和共享。這就需要各個(gè)消防機(jī)器人先通過(guò)有線或者無(wú)線的方式將自身狀況和火場(chǎng)信息先傳輸給后場(chǎng)控制臺(tái)，由后場(chǎng)控制臺(tái)對(duì)這些信息進(jìn)行篩選后上報(bào)給救援指揮中心并實(shí)現(xiàn)各機(jī)器人之間的數(shù)據(jù)共享。同時(shí)，后場(chǎng)控制臺(tái)接收來(lái)自救援指揮中心的命令，并將命令轉(zhuǎn)化為機(jī)器指令傳輸給消防機(jī)器人執(zhí)行。

2.3 救援指揮中心

救援指揮中心是實(shí)現(xiàn)消防機(jī)器人救援輔助系統(tǒng)和救援通信指揮網(wǎng)相結(jié)合的主要部分。消防機(jī)器人在救援現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)各種傳感器采集到的火場(chǎng)溫度、建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、有毒氣體濃度等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息，通過(guò)后場(chǎng)控制臺(tái)發(fā)送給救援指揮中心。救援指揮中心結(jié)合救援現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)這些實(shí)時(shí)信息做出分析判斷后，通過(guò)消防機(jī)器人救援輔助系統(tǒng)和救援指揮信息網(wǎng)分別向消防機(jī)器人和消防隊(duì)員下達(dá)作戰(zhàn)指令，實(shí)現(xiàn)消防機(jī)器人和消防隊(duì)員相互協(xié)作參與災(zāi)害救援，使機(jī)器與人達(dá)到一個(gè)最佳的組合工作狀態(tài)。

3 救援輔助系統(tǒng)的應(yīng)用

基于消防機(jī)器人的救援輔助系統(tǒng)可以應(yīng)用到滅火救援和地震救援等各項(xiàng)消防工作中，由于其可以從現(xiàn)有救援通信指揮網(wǎng)獨(dú)立出來(lái)完成工作，所以更加有利于在各項(xiàng)消防工作中指揮調(diào)度，圖2為其在火災(zāi)救援中使用的一個(gè)例子。

3.1 救援輔助系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

1）火災(zāi)救援。在各種火災(zāi)撲救工作中，基于消防機(jī)器人的救援輔助系統(tǒng)可以在失火建筑內(nèi)部情況不明時(shí)，由搜救機(jī)器人獨(dú)立或者輔助偵查人員進(jìn)入火場(chǎng)，通過(guò)消防機(jī)器人上的各種傳感器對(duì)火場(chǎng)內(nèi)部溫度、過(guò)火面積和燃燒物質(zhì)種類進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)在煙霧較大的情況下利用機(jī)器上的熱成像設(shè)備查找被困人員方位，并為現(xiàn)場(chǎng)搜救人員提供簡(jiǎn)易的救助設(shè)備。滅火機(jī)器人負(fù)責(zé)在消防隊(duì)員無(wú)法作戰(zhàn)的高溫危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行近距離滅火作戰(zhàn)，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控失火建筑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，由于機(jī)器人可以在忽略其部分自身安全性的條件下在消防人員無(wú)法工作的特殊地點(diǎn)進(jìn)行滅火救援工作，這極大程度上提高了其在滅火救援工作中的戰(zhàn)斗力。高空機(jī)器人在滅火救援的過(guò)程中提供火場(chǎng)外圍的全方位圖像信息，在大跨度火場(chǎng)和高層建筑火場(chǎng)中可以向消防隊(duì)員無(wú)法到達(dá)的區(qū)域投擲簡(jiǎn)易逃生器材。

2）地震救援。在地震救援中，高空機(jī)器人利用其地理位置優(yōu)勢(shì)幫助指揮中心和救援隊(duì)員了解災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)情況，提供房屋損毀及倒塌的畫(huà)面場(chǎng)景、精確位置、搜救人員地面線路、救援人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)等實(shí)時(shí)信息，并協(xié)助救援隊(duì)完成危樓建筑排查工作。同時(shí)，地面搜救機(jī)器人利用其傳感器信息處理能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，可以攜帶多種傳感器，實(shí)現(xiàn)廢墟內(nèi)圖、聲、氣、溫等多種檢測(cè)，可以更有效地發(fā)現(xiàn)被困者的位置，對(duì)指導(dǎo)救援工作的開(kāi)展有非常重要的意義。由于機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性和搬運(yùn)破拆能力都強(qiáng)于人類，而且通過(guò)電池補(bǔ)給可以連續(xù)工作，這樣提高了搜救的效率。使用搜救機(jī)器人可以提高救援隊(duì)員的安全系數(shù)，能避免二次倒塌所帶來(lái)的傷亡。各種類型的搜救機(jī)器人可以根據(jù)任務(wù)的類型及環(huán)境而改變自身的構(gòu)型，適應(yīng)多樣化地震廢墟環(huán)境。進(jìn)入危險(xiǎn)或救援人員無(wú)法進(jìn)入的廢墟，并隨時(shí)監(jiān)視廢墟的變化，防止發(fā)生倒塌危及救援人員，提供幸存者周圍環(huán)境信息及救援通道的信息，方便施救。

3）危險(xiǎn)化學(xué)品事故處置。當(dāng)核電廠、化工廠等設(shè)施出現(xiàn)有毒、易爆危險(xiǎn)化學(xué)品泄露事故時(shí)，如果沒(méi)有相應(yīng)的防護(hù)和支援，即使訓(xùn)練有素的專業(yè)救援人員也不能輕易開(kāi)展工作，而戴上防護(hù)用具之后又會(huì)限制搜救人員對(duì)環(huán)境的感知能力，延緩救援工作的進(jìn)程。這些危險(xiǎn)因素給救援工作帶來(lái)了極大的阻礙，常常使救援工作付出慘痛的代價(jià)。消防機(jī)器人由于不需要復(fù)雜的防護(hù)裝備，可以攜帶各種專業(yè)的測(cè)試設(shè)備進(jìn)入危險(xiǎn)化學(xué)品泄露事故的重度泄露部位，查找泄露點(diǎn)并提供泄露點(diǎn)附近的環(huán)境狀況，為處置泄露提供充足的信息保障。同時(shí)，在專業(yè)救援人員進(jìn)行堵漏處理時(shí)，可以輔助完成稀釋泄露化學(xué)品和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)泄露情況等工作。

4）水域救援。在遇到情況比較復(fù)雜的水域救援工作時(shí)，消防機(jī)器人可以充分發(fā)揮其移動(dòng)范圍受限少的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)水上機(jī)器人和高空機(jī)器人對(duì)遇險(xiǎn)者給予全方位的及時(shí)救助。相對(duì)與現(xiàn)有水域救援使用拋投器和人工救助的方式，利用消防機(jī)器人可以更加安全準(zhǔn)確高效的將纜繩、救生衣等緊急救助裝備投遞到遇險(xiǎn)者手中。

3.2 救援輔助系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及不足

目前，消防機(jī)器人的使用狀況還處在僅將機(jī)器人作為一種救援工具獨(dú)立使用的階段，很少將不同種類的消防機(jī)器人組合起來(lái)使用。而基于消防機(jī)器人的救援輔助系統(tǒng)提供了一種將不同種類的消防機(jī)器人進(jìn)行組合使用的方法，最大限度的發(fā)揮了消防機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。其與滅火救援指揮通信網(wǎng)相結(jié)合，充分體現(xiàn)了人與機(jī)器之間的協(xié)作配合，擴(kuò)大了消防機(jī)器人的使用范圍，也極大的提高了消防人員的安全系數(shù)。

但消防機(jī)器人屬于高新電子技術(shù)與制造技術(shù)的結(jié)合體，目前還只有少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家有能力進(jìn)行研發(fā)和使用，而且消防機(jī)器人的結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜，其研發(fā)周期長(zhǎng)，使用和維護(hù)成本均較高。機(jī)器人技術(shù)是一門高精尖技術(shù)，對(duì)使用者與維護(hù)者的專業(yè)素質(zhì)與技能要求高于一般的消防裝備，這間接的增加了其使用與維護(hù)費(fèi)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展和消防工作的需要，消防機(jī)器人將越來(lái)越多應(yīng)用在滅火救援工作中，如何更好的使用這些消防機(jī)器人將變的極為重要。由于各種災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)情況的多樣性，利用同一種類消防機(jī)器人來(lái)解決所有災(zāi)害事故救援問(wèn)題是不可能的，這就需要為消防機(jī)器人建立一個(gè)科學(xué)高效的使用方案，基于消防機(jī)器人的救援輔助系統(tǒng)很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，為消防機(jī)器人團(tuán)隊(duì)化工作并與現(xiàn)有通信指揮網(wǎng)相結(jié)合提供了一個(gè)新的方向。

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