針對生命探測儀的應用研究分析

譚佳麗

【摘要】針對可能發生的因震災、爆炸或其它原因造成的建筑物倒塌事故，為了在短時間內準確的搜救被困人員，將傷亡人數降到最低，“生命探測儀”成為人員搜救工作中消防部隊使用頻率最高的器材之一。生命探測儀是美國超視安全系統公司于2005年推出的一種安全救生系統，由著名物理學家，麻省理工學院博士大衛·席思研發，它的出現為災害中受災民眾的搜救帶來極大幫助。

【關鍵詞】生命探測； 應用；雷達

一、基本特點

生命探測儀生命探測儀的基本特點包括：即時移動探測，可以透過混凝土，磚，雪，冰和泥漿；探測運動、探測遇險者的距離；在各種氣候情況下都可以工作；直觀而且簡便易學，不需要大量專門的培訓；對供電能源要求低；幾乎不需要進行系統維護；固件程序可以通過無線或有線網絡進行升級；不需要鉆孔，布置電纜和對環境進行靜音處理，使搜救工作變得簡單易行。在分秒必爭的營救工作中，生命偵測儀可以幫助搜救人員迅速準確安全地發現仍然存活的遇險者，從而為營救工作爭取到寶貴的時間。

生命探測儀把探頭深入廢墟內的縫隙中，只能探測到很小的區域，而地震探測狗則可以在更大的區域內迂回搜索。生命偵測儀實際上是一個呼吸和運動探測器。雷達信號發送器連續發射電磁信號，對一定空間進行掃描。，接收器不斷接收反射信號并對返回信號進行算法處理。如果被探測者保持靜止，返回信號是相同的。如果目標在動，則信號有差異。通過對不同時間段接受的信號進行比較等算法處理，就可以判斷目標是否在動。

生命偵測儀是通過測試被探測者的呼吸運動或者移動來工作的。由于呼吸的頻率較低，一般每秒1到2次，就可以把呼吸運動和其他較高頻率的運動區分開來。測移動的原理也大致是這樣。超視安全系統公司的天線是美國航空航天局（NASA）指定的兩種火星探測器地質雷達天線之一，能夠非常敏銳地捕捉到非常微弱的運動，加上功能強大的算法處理，是安全救生部門最好的幫手。

二、儀器種類

根據不同的原理分為紅外生命探測儀、音頻生命探測儀和雷達生命探測儀。

1.紅外生命探測儀

生命探測儀任何物體只要溫度在絕對零度以上都會產生紅外輻射，人體也是天然的紅外輻射源。但人體的紅外輻射特性與周圍環境的紅外輻射特性不同，紅外生命探測儀就是利用它們之間的差別，以成像的方式把要搜索的目標與背景分開。人體的紅外輻射能量較集中的中心波長為9.4μm，人體皮膚的紅外輻射范圍為3～50μm，其中8～14μm占全部人體輻射能量的46%，這個波長是設計人體紅外探測儀的重要的技術參數。

紅外生命探測儀能經受救援現場的惡劣條件，可在震后的濃煙、大火和黑暗的環境中搜尋生命。紅外生命探測儀探測出遇難者身體的熱量，光學系統將接收到的人體熱輻射能量聚焦在紅外傳感器上后轉變成電信號，處理后經監視器顯示紅外熱像圖，從而幫助救援人員確定遇難者的位置。

紅外探測設備最早應用于軍事，并隨著科學技術的發展而不斷改進。1988年瑞典AGA公司推出的全功能熱像儀能將溫度的測量、修改、分析及圖像采集、儲存合于一體，并利用這一技術研制出便攜式全功能熱像儀，主要用于軍事偵查。隨著社會的發展，各國都開始重視研制用于減少各種災害造成的人員傷亡的技術設備，紅外探測技術也由軍用轉變為救援儀器——紅外生命探測儀。

2.音頻生命探測儀

音頻生命探測儀音頻生命探測儀應用了聲波及震動波的原理，采用先進的微電子處理器和聲音/振動傳感器，進行全方位的振動信息收集，可探測以空氣為載體的各種聲波和以其它媒體為載體的振動，并將非目標的噪音波和其它背景干擾波過濾，進而迅速確定被困者的位置。高靈敏度的音頻生命探測儀采用兩級放大技術，探頭內置頻率放大器，接收頻率范圍為1～4000Hz，主機收到目標信號后再次升級放大。這樣，它通過探測地下微弱的諸如被困者呻吟、呼喊、爬動、敲打等產生的音頻聲波和振動波，就可以判斷生命是否存在。

音頻生命探測儀是一套以人機交互為基礎的探測系統，包括信號的檢測、監聽、選取、儲存和處理等幾個方面。在研制過程中的關鍵技術包括：高靈敏度傳感器的研制；通過對聲波和震動波數理模型的研究確定信號有效性的判據和有效信號源位置的判定。由于音頻生命探測儀是一種被動接收音頻信號和振動信號的儀器，救援時需要在廢墟中尋找空隙伸入探頭，容易受到現場噪音的影響，探測速度較慢。

3.雷達生命探測儀

生命探測儀雷達生命探測儀是融合雷達技術、生物醫學工程技術于一體的生命探測設備。它主要利用電磁波的反射原理制成，通過檢測人體生命活動所引起的各種微動，從這些微動中得到呼吸、心跳的有關信息，從而辨識有無生命。雷達生命探測儀是目前世界上最先進的生命探測儀，它主動探測的方式使其不易受到溫度、濕度、噪音、現場地形等因素的影響，電磁信號連續發射機制更增加了其區域性偵測的功能。

超寬譜雷達生命探測儀是該類型中最先進的一種。它的穿透能力強，能探測到被埋生命體的呼吸、體動等生命特征，并能精確測量被埋生命體的距離深度，具有強的抗干擾能力，不受環境溫度、熱物體和聲音干擾的影響，具有廣泛的應用前景。超寬譜雷達生命探測儀具有很大的相對帶寬（信號的帶寬與中心頻率之比），一般大于25%，檢驗人體生命參數是以脈沖形式的微波束照射人體，由于人體生命活動（呼吸、心跳、腸蠕動等）的存在，使得被人體反射后的回波脈沖序列的重復周期發生變化。如果對經人體反射后的回波脈沖序列進行解調、積分、放大、濾波等處理并輸入計算機進行數據處理和分析，就可以得到與被測人體生命特征相關的參數。

超寬譜雷達生命探測儀用于震區生命探測具有穿透力強、作用距離精確、抗干擾能力強、多目標探測能力強、探測靈敏度高等優點，探測距離可達30～50m，穿透實體磚墻厚度可達2m以上，可隔著幾間房探測到人，并具有人體自動識別功能，在生命探測領域擁有廣泛的應用前景。與紅外生命探測儀、音頻生命探測儀相比更實用，因此成為研究的熱點。生命探測技術的發展，必將使其應用范圍不斷擴大，如用于醫學上的非接觸式生命監護等，將通過更多的途徑挽救生命，造福人類。

三、工作原理

生命探測儀是借著感應人體所發出超低頻電波產生之電場（由心臟產生）來找到“活人”的位置。配備特殊電波過濾器可將其它動物，諸如狗、貓、牛、馬、豬等不同于人類的頻率加以過濾去除，使生命探測儀只會感應到人類所發出的頻率產生之電場。儀器配備兩種不同偵測桿，長距離偵測桿偵測距離可達500公尺，短距離20公尺。人體發出的超低頻電場可穿過鋼筋混凝墻、鋼板。儀器在碰到上述障礙物時，偵測距離會減少，但只要操作者向前靠近偵測地點，仍可精準地找到欲搜尋的人體目標。本儀器目標鎖定功能在偵測到人體發出超低頻產生之電場后，偵測桿會自動鎖定此電場，人體移動時，偵測桿也會跟著移動。另配備鐳射光點，提供操作者尋找偵測桿方向。

四、應用實例

生命探測儀在2008年5月12日的四川汶川大地震的搜救中，中國及世界各國的專家，利用生命探測儀進行探測，搜救出數萬名被困的遇難同胞。其中搜救出的掩埋時間最長的同胞為216多個小時。生命探測儀在四川汶川大地震的搜救中，發揮了不可磨滅的作用。

結論

生命探測儀的發明和應用，為人類應對自然災害提供了有力幫助和保障。當下氣候變幻無常，自然災害時有發生，故應大力推廣生命探測儀在更大范圍內的使用，以減少人民的生命財產損失。

參考文獻：

[1]張為民 災害中生命搜救方法探究 中國地理 2012

[2]趙子丹 論生命探測儀在人員搜救中的應用 2013