雷达生命探测仪在消防救援中的应用研究

雷达生命探测仪在消防救援中的应用研究
QIN Hong-chao
【摘要】本文通过分析雷达生命探测仪工作原理,探讨了利用雷达生命探测仪多方位搜索被困人员的方法,提出了雷达生命探测仪的发展前景.
【期刊名称】《科技视界》
【年(卷),期】2018(000)036
【总页数】4页(P226-229)
【关键词】雷达;生命探测仪;消防救援
【作者】QIN Hong-chao
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】D631.6
自21世纪以来，各种灾害事故发生规模不断扩大，而灾害发生后的72小时是救援的黄金时间，第一时间确定被困人员的位置是救援人员的主要任务。

现有的搜索方式主要是人工和利用光学、音频等生命搜救仪器搜索。

人工搜索效率低下，耗费时间长；光学仪器搜索操作空间有限，容易受到障碍物阻挡；音频仪器搜索对环境要求较高，容易受到噪音的干扰。

而雷达生命探测仪有效克服了上述搜索方式的缺点。

1 雷达生命探测仪性能分析
1.1 雷达生命探测仪原理
雷达生命探测仪的核心科技是超宽带技术。

它通过人体运动或者呼吸对电磁波产生多普勒效应，从而判断有无生命特征。

当探测器发射电磁波后，如果遇到静止的物体例如墙壁、碎石块，电磁波返回的信号没有变化；如果遇到生命活动例如呼吸或运动，电磁波返回的频率会发生变化。

接受器接受到反馈信号后，对信号进行积累、微分放大过滤等技术处理，在接收器上显示出异常点，就可能是生命体的位置，达到探测被困人员的目的。

雷达生命探测仪主要通过探测物体的呼吸或者移动。

人体的呼吸频率大约每秒1
到2次，根据这个原理可以区分人的呼吸和其他较高频率的生命活动。

对于移动
和呼吸，接收器用3分钟采集反馈信号并显示是否有被困者，还可以显示探测器
与被困者的距离。

1.2 雷达生命探测仪搜索能力
由于各个厂家技术的不同，对探测的距离和深度各有不同，以三种典型雷达生命探测仪为例，探测呼吸和运动深度见表1。

表1 不同型号雷达生命探测仪探测深度?
表中不同型号的探测仪，型号不同探测能力略有区别，探测移动深度比呼吸深度深。

但灾害现场，被困者大多身体受到挤压、行动受到限制，移动信号的搜索较少，主要搜索的是呼吸信号，所以本文以呼吸深度为研究对象研究雷达生命探测仪的性能参数。

以某一款雷达生命探测仪为例，该雷达生命探测仪能穿透墙体和碎石，可以探测5米范围内的呼吸信号和10米范围内的移动信号。

该仪器水平放置时，可以搜索在竖直空间内探测区域为张角为60°的圆锥体区域，最大探测深度取可探测呼吸信号最深深度5米，则可探测最大面积为圆锥体的底面积
S=π·R2≈3.14×2.882≈26m2，对应探测的圆锥体体积约
V=1/3·S·h≈1/3×26×5≈43m3如图 1。

图1 探测器探测范围
所以该雷达生命探测仪在搜索呼吸信号时可一次搜索约43立方米的区域，一次完整的搜索需要3分钟。

在不受外界干扰情况下，一个小时内最多可以搜索520平方米，860立方米的区域。

1.3 雷达生命探测仪持续工作能力
雷达生命探测仪发射器由可拆卸电池供电。

三款型号的雷达生命探测仪电池连续工作时间及块数见表2。

表2 不同型号雷达生命探测仪电池持续时间及数量?
当灾害事故发生时，一般事故区域电源会中断，需要工作设备的自主供电能力。

以某型号1雷达生命探测仪为例，该设备配备三块可拆卸电池，每块电池充满电可连续工作6个小时，在不充电情况下发射器的连续工作时间可达18个小时。

PDA 掌上电脑由一个10.8伏的锂离子电池提供电量，在充满电情况下可连续工作12个小时。

对于救援人员来讲，在外界电源无法接入救援现场的情况下，雷达生命探测仪无法支持连续几十个小时的工作，在连续工作能力上有一定的局限性，将影响救援的效率。

在接入外部电源的情况下，由于探测器电池可拆换充电，可以保证雷达生命探测仪不间断工作。

所以救援人员在进入灾害现场前，可以考虑携带供电设备一起进去，以增强仪器的持续工作能力。

1.4 雷达生命探测仪影响因素分析
雷达生命探测仪利用超宽带技术，在灾害现场发射信号可以穿透建筑物障碍、钢筋混泥土、积雪等物质，虽然此类物质会影响探测器的探测深度，但是不影响探测器的准确性。

但是电磁波在遇到金属物质时会被吸收和反射，不能显示正常的位置，对雷达生命探测仪的性能造成影响。

2 雷达生命探测仪救援效能的实现
为了实现雷达生命探测仪的实用性能，争取救援黄金时间，必须将探测仪发挥最大
效率。

以某品牌雷达生命探测仪为例，该探测仪可探测5m深度的呼吸信号，
10m深度的移动信号，在不接电源的情况下可连续工作18个小时，探测一次面
积为26m2，对应探测圆锥体的区域为43m3，一次探测所需时间为3分钟。

2.1 灾害现场雷达生命探测仪使用方法和搜索效率
灾害现场事故复杂、人员杂乱。

在救援人员准备用雷达生命探测仪搜索时，需要将探测区域内所有活动人员清除，以排除现场人员带来的干扰。

为了使救援展开更有效率，需要划定探测范围，如图2所示
图2 搜索范围
当我们确定搜索区域后，我们可以将该区域划分为规则的等大小的正方形如图3
所示；
图3 搜索正方形区域
把雷达生命探测仪放到每个正方形区域的中间，每隔3分钟后把探测器移到下一
个方格的中间，通过这种方式可以最大限度地减少未被搜索到靠近表面的区域。

在探测结束后，如果没有发现幸存者，在方格中喷上黑漆标记。

如果发现可能的幸存者，用红色喷漆表明深度，这样能够后续救援人员提供决策依据。

这样可以最高效的探测完整个区域，节约了大量的救援时间。

正方形区域的大小由仪器性能确定。

在上文雷达生命探测仪搜索能力上讲到，雷达生命探测仪的探测区域是成圆锥型的，对呼吸信号的搜索深度为5m，直径为5.6m。

如图4所示。

图4 确定边长
由图4几何关系，搜索底面积直径刚好为正方形区域的对角线长，根据计算正方
形区域长为4m，也就是表明该雷达生命探测仪一次能够完整搜索的最大区域为
4m×4m的正方形区域，一个小时内可以搜索320m2的区域。

2.2 利用多方位搜索确定人员位置方法
雷达生命探测仪探测区域成圆锥型，在探测过程中如果发现被困者，在接受器上会
显示被困者距探测器的距离。

但是我们即使知道被困者距探测器的垂直距离，由于灾害现场材质不同，探测仪“视角”会随着材质的不同而变宽或者变窄，并不能直接确定被困者的准确位置。

所以为了获得被困者的准确位置，可以在原垂直方向探测后，将雷达生命探测仪竖直放置转换为水平放置，在距离被困者等深度的位置进行多方位的探测。

这样探测区域不变，探测深度变换成了探测距离，这样可以更加精准确定被困者的位置。

如果为了增加探测的准确度，在同一水平方向多次探测，但这样要消耗现场救援时间。

2.3 雷达生命探测仪与搜救犬结合搜索
雷达生命探测仪对搜索区域内有无生命活动的判定可信度可达到80%以上。

尽管我们可以通过来回移动探测器和利用多方位定位法来获得被困者的位置，但由于时间紧迫，与其不停的探测确定准确位置，不如直接开始救援效果明显。

搜救犬搜索可信度也很高，并能找到准确位置。

在实际灾害现场，利用雷达生命探测仪搭配搜救犬交替搜索效率更高。

进入灾害现场后，利用雷达生命探测仪进行搜索，如果确定有可疑目标后，可让搜救犬进入现场，在可疑目标位置进行搜索，对目标区域进行确认，也可先行使用搜救犬搜索，在搜救犬确定可疑目标的地方利用雷达生命探测仪进行探测，确定被困目标真实性和被困者的大概位置，方便救援。

3 结束语
雷达生命探测仪目前的发展研究方向主要是设备便携化、小型化，以及如何利用先进的科技手段提高搜索救援的效率。

国内某公司研制出的二维雷达生命探测仪，在确定探测深度的基础上进而探测角度，这样可以将被困者的位置确定在一个点上，极大的提高了搜索救援的效率，争取了救援的黄金时间。

目前市面上雷达生命探测仪探测深度不够，穿透墙体的能力有待提高，搜索时间可以缩短等等，对雷达生命探测仪实战操作，搜索方式还有待提高。

【参考文献】
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