消防机器人在火灾和应急救援中的应用

消防机器人在火灾和应急救援中的应用

作者：安全文化网文章来源：安全文化网点击数：1753 更新时间：2009-5-26

随着社会经济的迅猛发展，尤其是最近几年，江苏无锡地区大量高层建筑、地下建筑和大型石化企业不断涌现，由于这些建筑和企业生产的特殊性，导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌的事故隐患增加，事故发生的概率也相应提高。一旦发生灾害事故，消防员面对高温、黑暗、有毒和浓烟等危害环境时，若没有相应的设备贸然冲进现场，不仅不能完成任务，还会徒增人员伤亡，这方面公安消防部队已历经诸多血的教训。尤其是当新消防法出台后，抢险救援已成为公安消防部队的法定任务，面对新时期面临的新情况新任务，也为了更好地解决前述难题，消防机器人的配备显得日益重要。

一、消防机器人概况

（一）机器人的定义。自机器人诞生的那天起，关于其定义的问题一直争吵不休，原因在于其随着社会的进步而不断更新扩展新的功能，且更涉及到人类的问题，因此对其定义一直模糊。1987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。”我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。

（二）消防机机器人发展历史。机器人自60年代初问世以来，经历40余年的发展，己取得长足进步，社会各行各业皆可见其身影。从1986年日本东京消防厅首次在灭火中采用了“彩虹5号”机器人后，消防机器人就逐渐在灭火救灾领域得到广泛的应用，消防机器人技术也得到快速的发展。截至目前，消防机器人已经稳步向第三代高端智能机器人前进。

（三）消防机器人应用背景。

据最新数据，无锡市高层建筑（在建不计）高达百米以上就有28栋，共有5162家化工企业，另有蠡湖、惠山等隧道，地下广场建筑以较多，此外，还将开建环城地铁。由此可见，消防部队将面对的火灾和应急救援的形势相当复杂。尤其是在高温、有毒、易燃易爆等复杂环境中，为切实增强消防部队扑救大火的能力，也为更好地保护广大官兵的生命安全，配备消防机器人已势在必行。消防机器人作为特种机器人的一种，在灭火和抢险救援中愈加发挥举足轻重的作用。各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多，油品燃气、毒气泄漏爆炸、隧道、地铁坍塌等灾害隐患不断增加。此类灾害具有突发性强、处置过程复杂、危害巨大、防治困难等特点，已成顽疾。消防机器人能代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈，有效地解决消防人员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。现场指挥人员可以根据其反馈结果，及时对灾

情作出科学判断，并对灾害事故现场工作作出正确、合理的决策。

二、国外发展状况

国际上较早开展消防机器人研究的是美国和前苏联，稍后，英国、日本、法国、德国等国家也纷纷开始研究该类技术。目前已有很多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。

众所周知，日本的消防机器不仅技术引领全球，而且数量也全球之冠。相应的，其投入应用的消防机器人也最多。

美国的消防机器人亦处于技术顶点位置，其开发的消防机器人已具备较为成熟第三代功能。

三、消防机器人的优缺点

（一）优点

1、无生命损伤性。消防机器人作为一种无生命载体，在面临高温、有毒、缺氧和浓烟等各种危险复杂的环境时，在人力所不及之处可充分发挥其作用，大大减少消防人员伤亡。如若配备消防机器人，黄岛油库、“11.3”湖南衡阳大火酿成的悲剧本可以避免。

2、可重复使用性。消防机器人作为一种特殊武器装备，在细心维护保养的同时，可反复多次使用，发挥其效能。

3、人工智能性。现代机器人是人工智能、神经网络、计算机技术、自动控制、电力电子、模糊控制和机械工业等高端学科的结合体。而消防机器人作为特种机器人的一种，更是揉合了各项高新技术成果，机器人已是反应国家的技术先机与否的标志之一。各国政府技术部门、公司针对消防员面临日趋复杂的应急救援的环境，在目前人工智能已成熟的前提下，结合了其他各项高新技术，针对特殊情况开发出具有针对性的消防机器人。可根据现场实际情况，自主判断实际危险情况来源，进行数据收集、处理、传输反馈、灭火等工作。

（二）缺点

1、维护保养复杂。由于消防机器人属于高新技术的结合体，对操控、维护保养人员有一定的要求，专业方面要求有一定的知识，要定期举行专业人员培训，尤其是电子元件，或可能受到潮湿、浓烟和灰尘等影响，需要一定的维护保养知识基础。

2、造价高昂。由于消防机器人属于高等学科知识和各项先进高新技术的集合体，研制时间较长，研制经费较高，且生产数量并不多，造成价格普遍昂贵，不能大量配备消防部队。同时，各地区经济发展不平衡，政府财政拨出能力有限，也是其不能大量配备消防部队的重要原因之一。

（三）分类

消防机器人实战要求的角度出发进行分类。1、从主要功能上可分为:

（1）灭火机器人

（2）火场侦察机器人

（3）危险物品泄漏探测机器人

（4）破拆机器人

（5）救人机器人

（6）多功能消防机器人等。

2、从行走方式可分为:

（1）轮式行走消防机器人

（2）履带式行走消防机器人

（3）履带轮式行走消防机器人等。

3、从控制方式上可分为:

（1）线控消防机器人

（2）无线遥控消防机器人

（3）自适应消防机器人等。

4、从智能化程度上可分为:

（1）程序化控制消防机器人

（2）具有感觉功能计算机辅助控制消防机器人（3）智能化消防机器人等。

5、从感觉功能上可分为:

（1）视觉消防机器人

（2）嗅觉消防机器人

（3）温感消防机器人

（4）烟感消防机器人

（5）触觉消防机器人等。

四、消防机器人在火灾和应急救援中的作用

消防机器人作为代替消防员进入危险复杂环境的特殊装备，必须具有以下几个功能。

（一）移动功能。在消防机器人分类中已经阐述过，可依据当地实际情况采用履带式或者轮式，从灾害事故现场的实际情况考虑，消防机器人的移动载体须具有较强的越野能力和一定的自适应能力，能够自行判断并翻越障碍，自主分析现场情况，能够完成攀爬一定角度的楼梯等复杂功能。

（二）探测功能。消防机器人可以根据灾害事故现场情况依赖于各种电子元器件进行探测，装载摄像头可将现场情况通过通信网络实时传输给后方系统处理，同时有赖于各种传感器。主要分为两类：一类是内部传感器，用来探测在灾害事故现场中消防机器人自身状态参数，反馈给中央大脑DSP，进行合理的路径规划，并根据灾害事故现场情况合理安排，使消防机器人有序开展工作。另一类是外部传感器，用来探测灾害事故现场的各项数据（障碍物情况、火场温度、辐射热强度、有毒气体或者可燃气体种类和浓度和氧气含量等），为后方处理系统提供原始数据。

（三）控制处理通信功能。由于DSP在处理数字信息方面与单片机相比具有无可比拟的优势，因此，消防机器人普遍采用DSP作为信息处理大脑。而控制处理通信主要由三个方面组成：一是消防机器人内部处理系统。通过各种传感器探测灾害事故现场实际数据，DSP对原始数据进行分析处理。二是通信网络。可以利用公安消防部队自身的三级组网进行数据传输；也考虑到技术成熟的关系，可以利用公众的2.5代GPRS(General Packet Radio Service)或者2.75代EDGE(Enhanced Data Rate for GSM Evolution)网络。无锡地区已经率先实行3G网络通信，因此在技术更加成熟后，可直接采用3G网络进行远程无线数据通信，并能实施双工乃至多工通信；另一方法便是线控。而值得注意的是，在复杂的灾害事故现场的干扰条件下，无论是哪种通信方式，都会造成通信不畅，亟待解决。基于自适应消防机器人可根据灾害事故现场情况，自行判断、决策处理，大力研发和引进自适应消防机器人已势在必行，也是发展趋势所在。三是后方辅助决策系统。后方通过数据通信得知前方事故现场情况，为现场指挥员提供第一手资料，再辅以专家决策系统，辅助现场指挥员作出合理正确的判断。

（四）防腐蚀、防爆功能。正因为消防机器人代替消防员进入危险复杂的灾害事故现场，必须考虑到其电子元器件、机械材料等构建承受腐蚀、高温、粉尘、浓烟等恶劣环境的能力，对其关键部位进行防腐蚀、防爆处理，保证其处于稳定工作状态，以确保顺利完成任务。