滅火救援實戰中的消防機器人技術研究

張志飛

摘 要：隨著現代信息技術的進步，機器人的出現及應用在各領域倍受關注。尤其是在高層建筑與化工類企業數量增加的今天，火災事故發生率居高不下，增加了消防人員的救援難度。尤其是在一些特殊環境下開展的救援工作，更是讓消防人員的生命安全受到了威脅。消防機器人的應用，能在易燃易爆、缺氧、有毒、濃煙等災害性火災事故現場取代消防救援人員完成滅火，使消防人員的人身安全得到保障。故而，致力于研究消防機器人技術在滅火救援實戰中的應用展開，非常重要。

關鍵詞：滅火救援實戰;消防機器人技術;研究

中圖分類號：TU998.14 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）09-127-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.09.062

火災事故的發生，會引起嚴重的人員傷亡與經濟損失，導致國家財產受到巨大損失，使工廠停產，人員無法正常工作、學習等，并且會干擾社會的和諧穩定。特別是當火災和爆炸同時出現時，所引起的損失更加慘重[1]。火災事故大多是在毫無預測的情況下突然發生，加之現今我國在火災事故報警、檢測等技術方面研究不足，以及公眾對火災事故發生征兆、規律認識不到位，導致火災事故發生后顯得手足無措[2]，不能正確進行火災處理與救援，無法清晰講明自己所處火災現場的具體情況，使得消防人員到達現場后可能會因為環境、安全等因素限制而無法及時開展救援工作。但消防機器人的應用，剛好為滅火救援工作的開展創設了條件。其能夠全面詳細地收集、處理、反饋火災現場狀況，為消防人員制定救援方案提供依據，確保救援效率得到提升，控制損失與傷亡。故而，有必要針對消防機器人技術在滅火救援實戰中的應用進行研究。

1 消防機器人在火災應急救援中的功能分析

消防機器人的使用，可在開展一些危險復雜環境下的滅火工作時，作為特殊裝備使用，起到成功救火的作用，具體功能如下：

1.1 移動功能

消防機器人移動載體的越野能力與自適應能力都非常強，在參與救火過程中可自主作出準確判斷且完成障礙翻越[3]，做好現場情況的合理分析，從而高效率完成一定角度的樓梯攀爬等相對復雜的功能。

1.2 探測功能

消防機器人能夠結合災害事故現場的具體狀況，在不同電子元器件的使用下完成探測。其中，裝載攝像頭能將現場信息以通信網絡形式快速傳送至后防系統處理，這對各類傳感器（包括內部傳感器與外部傳感器）提出了更高的要求[4]。其中，內部傳感器是消防機器人在火災事故現場對自身狀態參數進行探測，并將其傳輸至中央大腦DSP完成科學的路徑規劃，依照災害事故現場做出合理應對，確保消防機器人正常推進救援工作;而外部傳感器則是對災害事故現場的各類數據（如火場溫度、障礙物狀況、有毒氣體濃度、可燃氣體種類及氧氣含量等）給予探測，便于后防處理系統及時獲取原始數據。

1.3 控制處理通信功能

因DSP在數字信息處理上相比單片機所占的優勢更顯著，故而消防機器人將DSP用作信息處理的重要部件，其中的控制處理通信組成包括兩部分，簡單概述為：

第一，消防機器人內部處理系統。經不同傳感器對火災發生現場的具體數據給予探測，經DSP處理分析原始數據。

第二，通信網絡。在公安、應急管理、消防等多級組網作用下完成數據傳輸，并且對技術成熟度進行考慮，需選擇2.5代GPRS或2.75代EDGE網絡，也可選擇3G網絡開展遠程無線數據通信，確保雙工或多工通信實現。

1.4 防腐蝕、防爆功能

由于消防機器人取代消防員在危險復雜的火災現場執行任務，故而在設計時就不得不對機械材料、電子元器件等組成器材的耐粉塵、腐蝕、濃煙與高溫能力展開綜合考量，做好關鍵部位的防爆與防腐蝕處理，使其能夠在不良環境下仍舊可處于正常工作狀態，從而高質量執行各項任務。較典型的為消防滅火偵察防爆機器人[5]，經可搭載消防水炮、履帶式底盤、溫濕度變送器、攝像機、有毒有害氣體探測器等上裝，對于有毒、易燃、濃煙、易爆等火災現場，則可取代消防救援者由防爆機器人執行滅火、探測、救援等任務，使得火災現場數據資料采集不到位、消防人員人身安全得不到保障等不足得到彌補，達到減少人員傷亡的目的。

消防滅火偵察防爆機器人的整機結構：整機經48V防爆鋰電池與電源管理系統進行電流供給，具體如圖1所示。

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

1.5 消防功能

其同樣屬于消防機器人的重要功能之一，主要是通過做好前期準備并將相關數據信息傳送給現場指揮員，此后再根據具體數據信息結合實際救援經驗作出準確判定，并經遙控發出指令，指揮消防機器人的搶救救援工作。

2 消防滅火機器人技術的典型實戰場景

2.1 火災救援

消防機器人的平衡作業臂屬于3節1米結構，能夠順著轉軸開展90°俯仰運動，電機驅動鋼索進行拉伸與收縮，并從1米延伸到3米。為得到火災現場的圖像信號[6]，作業臂前端云臺應進行彩色CCD攝像機安裝，視頻信號經無線傳輸形式于地面控制臺顯示屏監控火災現場情況，從而對機器人的任務執行給予合理調整，并根據現場需求安裝溫度傳感器，對火災現場溫度給予探測，還可經可燃氣體傳感器對火災可燃氣體含量進行探測，預防轟燃。故而，消防機器人在滅火救援實戰中，用于在失火建筑不明確內部情況的條件下獨自或輔助偵查人員到達火場。在機器人各類傳感器的作用下，監測火場面積、溫度與燃燒物質種類等。在濃煙狀態下，還可借助機器上的熱成像設備進行被困者方位查詢，同時可為現場搜救者提供救助設備，使得滅火救援戰斗力大大提高。

2.2 危險化學品事故處理

若化工廠、核電廠等特殊行業出現火災事故，可能會有易爆、有毒危險化學品泄漏。若缺乏對應的防護與支援，在實戰過程中就算訓練有素的專業救援隊伍，同樣無法輕易開展工作。將防護用具戴上后，又使得搜救人員對環境的感知能力下降，這就導致實戰救援難度大大提高，可能會在救援時危及消防員的生命安全。消防機器人在執行任務時，對復雜防護裝備的要求不高，能夠攜帶不同的專業設備到達危險化學品泄漏現場，對重度泄漏部位進行評估，明確泄漏點且將周圍環境情況及時傳送給相關人員，保障火災中的泄漏問題得到更好的處理。

2.3 破拆作業

在經濟發展速度不斷加快的背景下，高層建筑數量日漸增加，火災事故發生率也不斷提高。在火災救援時，常會遇到需要破拆高強度玻璃鎖構造障礙的情況。通常情況下，救援人員通過建筑物頂部繩索懸掛于空中，選擇太平斧將玻璃砸開，不過人員在建筑物外懸掛作業不能站穩，作用力較小，需要花費的破拆作業時間長。

機械人作業臂前端所安裝的旋轉飛錐破拆裝置，在微電機作用下將飛錘帶動起來展開快速旋轉，在與玻璃接觸的一瞬進行能量釋放，達到破拆的目的。要確保機器人穩定定位懸掛在需破拆處，作業臂前端進行彈射吸附裝置安裝。破拆作業執行期間，彈射吸附裝置會有強力吸盤長桿被射出，將玻璃面吸住，保持長桿回縮，使機器人與玻璃面緊貼。而處于旋轉狀態的飛錘，在長桿收回過程中通過限位傳感器的作用，使破拆裝置啟動，從而擊碎玻璃。有資料顯示，消防機器人能夠完全破拆不超過16 mm的玻璃。

2.4 密閉空間救援

地下建筑與密閉空間火災事故發生后，燃燒所形成的大量煙氣因無法在短時間內快速排出，會引起煙氣聚集，受到持續高溫影響使火場環境變得復雜惡劣。消防人員進入現場直接參與救災，會引起傷亡事故，而消防機器人的使用則能夠解決該問題。典型的消防排煙機器人被廣泛應用于隧道消防救援中，消防人員在進入隧道前，以遙控對排煙機器人的行進路徑、排煙機角度進行控制，取代消防人員抵達火場執行任務，完成火場的高效排煙，擴散隧道空間中的煙霧，提升火場能見度，使被困人員可快速逃生。同時，當消防排煙機器人將煙氣排出、能見度提升后，消防人員則可快速找出著火點，提升滅火效率，便于物資疏散。排煙機器人能以噴霧形式降低火場溫度，控制火情蔓延速度，使火災引起的經濟損失降到最低。

3 結語

因各類新工藝、新技術及新產品的出現，消防滅火機器人在火場一線消防官兵的生命安全保護及提高滅火效率中發揮了重要作用。各地消防官兵需對這一新裝備有更全面深入的了解，結合這一新產品提出更多與實戰接近的新理論與信息技術，使其能夠在滅火救援實戰工作中展現自身價值。如今，機器人產業已被納入到國家發展戰略，消防滅火機器人作為機器人領域的一員，備受關注與重視，更多的資本、技術也被引進該行業。消防滅火機器人市場逐漸被打開，會使更多人認識該產品，在后續研究中有必要根據我國火災的發生特征，結合消防部門現狀，在消防科研技術力量幫助下，使消防滅火機器人產品盡早成為消防隊伍中的一員，真正被推廣普及到特殊火災環境救援中，實現救助任務的高效率執行。

參考文獻

[1] 李俊.芻議滅火救援實戰中的消防機器人技術[J].低碳世界，2019（1）：273-274.

[2] 彭會廣.滅火救援實戰中消防機器人的應用技術進行分析與研究[J].魅力中國，2018（43）：257.

[3] 黨海昌.消防機器人在我國滅火救援中的應用現狀和前景分析[J].消防技術與產品信息，2016（3）：69-71.

[4] 譚光輝.消防機器人裝備在滅火救援中的有效運用[J].科技創新與應用，2016（27）：300.

[5] 寧再望.消防機器人技術在滅火救援中的設計分析[J].數字技術與應用，2012（5）：135，137.

[6] 劉海.化工區起火時消防機器人在滅火救援時發揮的作用[J].化學工程與裝備，2017（5）：243-244.