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消防滅火機器人在火災和應急救援中的應用

       隨著社會經濟的迅猛發展,尤其是很近幾年,江蘇無錫地區大量高層建築、地下建築和大型石化企業不斷湧現,由於這些建築和企業生產的特殊性,導致化學危險品和放射性物質泄漏以及燃燒、爆炸、坍塌的事故隱患增加,事故發生的概率也相應提高。一旦發生災害事故,消防員麵對高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環境時,若沒有相應的設備貿然衝進現場,不僅不能完成任務,還會徒增人員傷亡,這方麵公安消防部隊已曆經諸多血的教訓。尤其是當新消防法出台後,搶險救援已成為公安消防部隊的法定任務,麵對新時期麵臨的新情況新任務,也為了更好地解決前述難題,消防滅火機器人的配備顯得日益重要。

  一、消防滅火機器人概況

  (一)機器人的定義。自機器人誕生的那天起,關於其定義的問題一直爭吵不休,原因在於其隨著社會的進步而不斷更新擴展新的功能,且更涉及到人類的問題,因此對其定義一直模糊。1987年國際標準化組織對工業機器人進行了定義:“工業機器人是一種具有自動控製的操作和移動功能,能完成各種作業的可編程操作機。”我國科學家對機器人的定義是:“機器人是一種自動化的機器,所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力,如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力,是一種具有高度靈活性的自動化機器”。

  (二)消防機機器人發展曆史。機器人自60年代初問世以來,經曆40餘年的發展,己取得長足進步,社會各行各業皆可見其身影。從1986年日本東京消防廳首次在滅火中采用了“彩虹5號”機器人後,消防滅火機器人就逐漸在滅火救災領域得到廣泛的應用,消防滅火機器人技術也得到快速的發展。截至目前,消防滅火機器人已經穩步向第三代高端智能機器人前進。

  (三)消防滅火機器人應用背景。

  據很新數據,無錫市高層建築(在建不計)高達百米以上就有28棟,共有5162家化工企業,另有蠡湖、惠山等隧道,地下廣場建築以較多,此外,還將開建環城地鐵。由此可見,消防部隊將麵對的火災和應急救援的形勢相當複雜。尤其是在高溫、有毒、易燃易爆等複雜環境中,為切實增強消防部隊撲救大火的能力,也為更好地保護廣大官兵的生命安全,配備消防滅火機器人已勢在必行。消防滅火機器人作為特種機器人的一種,在滅火和搶險救援中愈加發揮舉足輕重的作用。各種大型石油化工企業、隧道、地鐵等不斷增多,油品燃氣、毒氣泄漏爆炸、隧道、地鐵坍塌等災害隱患不斷增加。此類災害具有突發性強、處置過程複雜、危害巨大、防治困難等特點,已成頑疾。消防滅火機器人能代替消防救援人員進入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險災害事故現場進行數據采集、處理、反饋,有效地解決消防人員在上述場所麵臨的人身安全、數據信息采集不足等問題。現場指揮人員可以根據其反饋結果,及時對災情作出科學判斷,並對災害事故現場工作作出正確、合理的決策。

  二、國外發展狀況

  國際上較早開展消防滅火機器人研究的是美國和前蘇聯,稍後,英國、日本、法國、德國等國家也紛紛開始研究該類技術。目前已有很多種不同功能的消防滅火機器人用於救災現場。

  眾所周知,日本的消防機器不僅技術引領全球,而且數量也全球之冠。相應的,其投入應用的消防滅火機器人也很多。

  美國的消防滅火機器人亦處於技術頂點位置,其開發的消防滅火機器人已具備較為成熟第三代功能。

  三、消防滅火機器人的優缺點

  (一)優點

  1、無生命損傷性。消防滅火機器人作為一種無生命載體,在麵臨高溫、有毒、缺氧和濃煙等各種危險複雜的環境時,在人力所不及之處可充分發揮其作用,大大減少消防人員傷亡。如若配備消防滅火機器人,黃島油庫、“11.3”湖南衡陽大火釀成的悲劇本可以避免。

  2、可重複使用性。消防滅火機器人作為一種特殊武器裝備,在細心維護保養的同時,可反複多次使用,發揮其效能。

  3、人工智能性。現代機器人是人工智能、神經網絡、計算機技術、自動控製、電力電子、模糊控製和機械工業等高端學科的結合體。而消防滅火機器人作為特種機器人的一種,更是揉合了各項高新技術成果,機器人已是反應國家的技術先機與否的標誌之一。各國政府技術部門、公司針對消防員麵臨日趨複雜的應急救援的環境,在目前人工智能已成熟的前提下,結合了其他各項高新技術,針對特殊情況開發出具有針對性的消防滅火機器人。可根據現場實際情況,自主判斷實際危險情況來源,進行數據收集、處理、傳輸反饋、滅火等工作。

  (二)缺點

  1、維護保養複雜。由於消防滅火機器人屬於高新技術的結合體,對操控、維護保養人員有一定的要求,專業方麵要求有一定的知識,要定期舉行專業人員培訓,尤其是電子元件,或可能受到潮濕、濃煙和灰塵等影響,需要一定的維護保養知識基礎。

  2、造價高昂。由於消防滅火機器人屬於高等學科知識和各項先進高新技術的集合體,研製時間較長,研製經費較高,且生產數量並不多,造成價格普遍昂貴,不能大量配備消防部隊。同時,各地區經濟發展不平衡,政府財政撥出能力有限,也是其不能大量配備消防部隊的重要原因之一。

  (三)分類

  消防滅火機器人實戰要求的角度出發進行分類。

  1、從主要功能上可分為:

  (1)滅火機器人

  (2)火場偵察機器人

  (3)危險物品泄漏探測機器人

  (4)破拆機器人

  (5)救人機器人

  (6)多功能消防滅火機器人等。

  2、從行走方式可分為:

  (1)輪式行走消防滅火機器人

  (2)履帶式行走消防滅火機器人

  (3)履帶輪式行走消防滅火機器人等。

 

 3、從控製方式上可分為:

  (1)線控消防滅火機器人

  (2)無線遙控消防滅火機器人

  (3)自適應消防滅火機器人等。

  4、從智能化程度上可分為:

  (1)程序化控製消防滅火機器人

  (2)具有感覺功能計算機輔助控製消防滅火機器人

  (3)智能化消防滅火機器人等。

  5、從感覺功能上可分為:

  (1)視覺消防滅火機器人

  (2)嗅覺消防滅火機器人

  (3)溫感消防滅火機器人

  (4)煙感消防滅火機器人

  (5)觸覺消防滅火機器人等。

  四、消防滅火機器人在火災和應急救援中的作用

  消防滅火機器人作為代替消防員進入危險複雜環境的特殊裝備,必須具有以下幾個功能。

  (一)移動功能。在消防滅火機器人分類中已經闡述過,可依據當地實際情況采用履帶式或者輪式,從災害事故現場的實際情況考慮,消防滅火機器人的移動載體須具有較強的越野能力和一定的自適應能力,能夠自行判斷並翻越障礙,自主分析現場情況,能夠完成攀爬一定角度的樓梯等複雜功能。

  (二)探測功能。消防滅火機器人可以根據災害事故現場情況依賴於各種電子元器件進行探測,裝載攝像頭可將現場情況通過通信網絡實時傳輸給後方係統處理,同時有賴於各種傳感器。主要分為兩類:一類是內部傳感器,用來探測在災害事故現場中消防滅火機器人自身狀態參數,反饋給中央大腦DSP,進行合理的路徑規劃,並根據災害事故現場情況合理安排,使消防滅火機器人有序開展工作。另一類是外部傳感器,用來探測災害事故現場的各項數據(障礙物情況、火場溫度、輻射熱強度、有毒氣體或者可燃氣體種類和濃度和氧氣含量等),為後方處理係統提供原始數據。

  (三)控製處理通信功能。由於DSP在處理數字信息方麵與單片機相比具有無可比擬的優勢,因此,消防滅火機器人普遍采用DSP作為信息處理大腦。而控製處理通信主要由三個方麵組成:一是消防滅火機器人內部處理係統。通過各種傳感器探測災害事故現場實際數據,DSP對原始數據進行分析處理。二是通信網絡。可以利用公安消防部隊自身的三級組網進行數據傳輸;也考慮到技術成熟的關係,可以利用公眾的2.5代GPRS(General Packet Radio Service)或者2.75代EDGE(Enhanced Data Rate for GSM Evolution)網絡。無錫地區已經率先實行3G網絡通信,因此在技術更加成熟後,可直接采用3G網絡進行遠程無線數據通信,並能實施雙工乃至多工通信;另一方法便是線控。而值得注意的是,在複雜的災害事故現場的幹擾條件下,無論是哪種通信方式,都會造成通信不暢,亟待解決。基於自適應消防滅火機器人可根據災害事故現場情況,自行判斷、決策處理,大力研發和引進自適應消防滅火機器人已勢在必行,也是發展趨勢所在。三是後方輔助決策係統。後方通過數據通信得知前方事故現場情況,為現場指揮員提供 手資料,再輔以專家決策係統,輔助現場指揮員作出合理正確的判斷。

  (四)防腐蝕、防爆功能。正因為消防滅火機器人代替消防員進入危險複雜的災害事故現場,必須考慮到其電子元器件、機械材料等構建承受腐蝕、高溫、粉塵、濃煙等惡劣環境的能力,對其關鍵部位進行防腐蝕、防爆處理,保證其處於穩定工作狀態,以確保順利完成任務。

  (五)消防功能。這也是消防滅火機器人的很主要功能。通過消防滅火機器人前期準備準備工作,現場指揮員根據後方輔助決策係統提供信息,並根據其個人曆來滅火和搶險救援經驗,作出正確判斷,發出遙控指令,指揮消防滅火機器人進行現場處置。

  五、展望

  根據國家發布的城市發展數據,無錫地區的經濟發展無論是經濟發展總量還是城市競爭力都穩居全國前十,2008年地區經濟生產總量已達到4419億人民幣,從財政能力考慮,無錫也完全具備為公安消防部隊配備消防滅火機器人的能力。城市的現代化程度較高,城市建設亦如火如荼地進行,各類高層、地下建築、高架、隧道、地鐵等要麽在建要麽準備開建,由此可見,消防部隊將麵對的火災和應急救援的形勢相當複雜。尤其是在高溫、有毒、易燃易爆等複雜環境中,為切實增強消防部隊撲救大火的能力,也為更好地保護廣大官兵的生命安全,配備消防滅火機器人已勢在必行。必須以科學發展觀的態度積極做好應對措施,一切以人為本,未雨綢繆。

  基於人工智能的不斷發展,各項高新技術的不斷成熟,在可預見的將來,消防滅火機器人在功能上會更具多樣特點,在較多危險區域可以完全代替消防員,避免消防員生命傷亡。同時也應該看到,我國在研究消防滅火機器人方麵較國外同行已落後太多,存在技術差異和代溝,消防滅火機器人的不斷研製、生產和裝備過程,應堅持自主研製為主,引進為輔,提高我國消防部隊消防裝備現代化的水平,並及時裝備消防部隊,提高消防部隊打贏大仗、惡仗、硬仗和特殊戰役的能力,提高消防部隊在處置大型複雜火災和應急救援的作戰效能, 提高消防部隊的自我防護能力,減少消防指戰員的人身傷亡,更好地保衛無錫地區經濟發展。


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