論無人控制機在水上危險品事故中的應用

李博文

摘 要：水上危險品災害，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生產，

甚至造成人員傷亡；水上危險品運輸事故檢測，是危險品事故應急處理和應急預案制定的重要的環節，

采用先進的檢測技術可以迅速獲取運輸危險物質種類和理化屬性，為應急救援提供決策信息，減少救援

人員的傷害，防止災害進一步擴大。 本論文研究并設計由無人遙控設備搭載無線攝像系統和針筒式氣

體采集器，進入危化品事故現場，該裝置能通過遙控系統，配合視頻圖像進行選擇性的采樣，從而避免

了采樣人員直接暴露在危化品事故環境的情況，減少了人員傷亡的風險。

關鍵詞: 無人控制機 氣體采樣 采集器 設計

引言

目前，在處理危化品船舶事故中對事故現場各氣體成分進行分析處理的主要方法是，消防人員攜帶氣體采樣儀進入現場采集氣體樣本，再送到檢測中心進行檢測。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。人員派出至到達失事船要花費大量的時間，導致錯過最佳救援時機。同時，登船的消防人員是極其危險的，生命安全沒有保障。現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上的應用，來應對危險的事故現場，而控制飛機的無線遙感技術，和控制采集器的單片機技術都已十分成熟，利用吊艙將各裝置搭載在飛機上，通過對無人飛機的控制進入發生事故的現場能夠提高救援效率和降低損失。具有很好的可行性和應用前景。

氣體采樣裝置的設計

本文針對目前危化品現場的氣體采集過程中存在的問題，擬設計遙控式無人控制飛機進行氣體采樣，其設計思路為：遙控裝置進入危化品事故現場，工作人員根據傳來的視頻信息進行遙控操作，待遙控裝置到達指定區域時，工作人員發出指令給采集吊艙釋放裝置釋放采集吊艙，然后啟動卷揚機放下吊線使得針筒式氣體采集器到達采樣點，再控制針筒式氣體采集器采集氣體后卷揚機收起吊線，遙控裝置返回即可。

1、技術方案

遙控式無人控制飛機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、單片機和機械結構；攝像頭及其舵機與單片機連接；單片機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送攝像頭采集的視頻信息；單片機通過繼電器控制機械結構。

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

所述的機械結構包括采集吊艙、針筒式氣體采集器、卷揚機和采集吊艙釋放裝置；針筒式氣體采集器設置在采集吊艙內，針筒式氣體采集器和采集吊艙的上端與卷揚機的吊線連接；針筒式氣體采集器、卷揚機和采集吊艙釋放裝置由所述的單片機分別通過繼電器控制。

2、氣體采樣控制流程

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

3、采集器的設計

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測。在使用之前，彈簧處于壓縮狀態，活塞由卡口卡住，通過控制電磁線圈控制卡口。當卡口被電磁線圈吸引，彈簧釋放，推動活塞在套筒內滑動，筒內壓力迅速降低，空氣就會進入套筒內。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。

危險品檢測直升機工作過程

為實時了解被救援船上的情況，在遙控直升飛機搭載無線攝像系統。無線攝像系統包括攝像頭、信號發射器、地面接收機。在執行任務中，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。由于直升飛機可以具有360靶轉的全方位視角，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指標，包括溫度，氧氣含量，爆炸濃度等數據。在飛機上搭載采集器，遙控飛機進入事故現場，利用攝像頭提供的圖像信息進行定位，釋放采集吊艙，進行氣體采集，然后返回救援海事船上，進行分析處理后，就能制定具體的救援方案。

本方案的優點是能高空立體監測事故現場，減小救援人員的危險性，設備更加簡便，有助于救援的高效迅速，水上路上均可進行操作，將物聯網、無線傳感技術、通訊技術等技術結合起來。

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。在遙控系統控制嵌入式單片機控制指令下，完成以下指令：打開吊艙觸發電磁開關、卷揚機放線、放線、停止放線、打開采樣開關、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，進行化驗，分析氣體成分，制定應急計劃。

結束語

新式遙控探測直升飛機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。并不會給探查災難現場造成不便。另外，相對于提供消防人員保護措施和測量工具讓其登船所花費的費用，探測直升機要經濟而實用。相信這項新設計能很好的完成其所被期待的任務，被廣泛應用于海上和內河船舶消防中。

（作者單位：武漢理工大學）