針對(duì)生命探測(cè)儀的應(yīng)用研究分析

譚佳麗

【摘要】針對(duì)可能發(fā)生的因震災(zāi)、爆炸或其它原因造成的建筑物倒塌事故，為了在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確的搜救被困人員，將傷亡人數(shù)降到最低，“生命探測(cè)儀”成為人員搜救工作中消防部隊(duì)使用頻率最高的器材之一。生命探測(cè)儀是美國(guó)超視安全系統(tǒng)公司于2005年推出的一種安全救生系統(tǒng)，由著名物理學(xué)家，麻省理工學(xué)院博士大衛(wèi)·席思研發(fā)，它的出現(xiàn)為災(zāi)害中受災(zāi)民眾的搜救帶來(lái)極大幫助。

【關(guān)鍵詞】生命探測(cè)； 應(yīng)用；雷達(dá)

一、基本特點(diǎn)

生命探測(cè)儀生命探測(cè)儀的基本特點(diǎn)包括：即時(shí)移動(dòng)探測(cè)，可以透過混凝土，磚，雪，冰和泥漿；探測(cè)運(yùn)動(dòng)、探測(cè)遇險(xiǎn)者的距離；在各種氣候情況下都可以工作；直觀而且簡(jiǎn)便易學(xué)，不需要大量專門的培訓(xùn)；對(duì)供電能源要求低；幾乎不需要進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)；固件程序可以通過無(wú)線或有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)；不需要鉆孔，布置電纜和對(duì)環(huán)境進(jìn)行靜音處理，使搜救工作變得簡(jiǎn)單易行。在分秒必爭(zhēng)的營(yíng)救工作中，生命偵測(cè)儀可以幫助搜救人員迅速準(zhǔn)確安全地發(fā)現(xiàn)仍然存活的遇險(xiǎn)者，從而為營(yíng)救工作爭(zhēng)取到寶貴的時(shí)間。

生命探測(cè)儀把探頭深入廢墟內(nèi)的縫隙中，只能探測(cè)到很小的區(qū)域，而地震探測(cè)狗則可以在更大的區(qū)域內(nèi)迂回搜索。生命偵測(cè)儀實(shí)際上是一個(gè)呼吸和運(yùn)動(dòng)探測(cè)器。雷達(dá)信號(hào)發(fā)送器連續(xù)發(fā)射電磁信號(hào)，對(duì)一定空間進(jìn)行掃描。，接收器不斷接收反射信號(hào)并對(duì)返回信號(hào)進(jìn)行算法處理。如果被探測(cè)者保持靜止，返回信號(hào)是相同的。如果目標(biāo)在動(dòng)，則信號(hào)有差異。通過對(duì)不同時(shí)間段接受的信號(hào)進(jìn)行比較等算法處理，就可以判斷目標(biāo)是否在動(dòng)。

生命偵測(cè)儀是通過測(cè)試被探測(cè)者的呼吸運(yùn)動(dòng)或者移動(dòng)來(lái)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(yùn)動(dòng)和其他較高頻率的運(yùn)動(dòng)區(qū)分開來(lái)。測(cè)移動(dòng)的原理也大致是這樣。超視安全系統(tǒng)公司的天線是美國(guó)航空航天局（NASA）指定的兩種火星探測(cè)器地質(zhì)雷達(dá)天線之一，能夠非常敏銳地捕捉到非常微弱的運(yùn)動(dòng)，加上功能強(qiáng)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(jù)不同的原理分為紅外生命探測(cè)儀、音頻生命探測(cè)儀和雷達(dá)生命探測(cè)儀。

1.紅外生命探測(cè)儀

生命探測(cè)儀任何物體只要溫度在絕對(duì)零度以上都會(huì)產(chǎn)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(huán)境的紅外輻射特性不同，紅外生命探測(cè)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(biāo)與背景分開。人體的紅外輻射能量較集中的中心波長(zhǎng)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(gè)波長(zhǎng)是設(shè)計(jì)人體紅外探測(cè)儀的重要的技術(shù)參數(shù)。

紅外生命探測(cè)儀能經(jīng)受救援現(xiàn)場(chǎng)的惡劣條件，可在震后的濃煙、大火和黑暗的環(huán)境中搜尋生命。紅外生命探測(cè)儀探測(cè)出遇難者身體的熱量，光學(xué)系統(tǒng)將接收到的人體熱輻射能量聚焦在紅外傳感器上后轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，處理后經(jīng)監(jiān)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(cè)設(shè)備最早應(yīng)用于軍事，并隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷改進(jìn)。1988年瑞典AGA公司推出的全功能熱像儀能將溫度的測(cè)量、修改、分析及圖像采集、儲(chǔ)存合于一體，并利用這一技術(shù)研制出便攜式全功能熱像儀，主要用于軍事偵查。隨著社會(huì)的發(fā)展，各國(guó)都開始重視研制用于減少各種災(zāi)害造成的人員傷亡的技術(shù)設(shè)備，紅外探測(cè)技術(shù)也由軍用轉(zhuǎn)變?yōu)榫仍畠x器——紅外生命探測(cè)儀。

2.音頻生命探測(cè)儀

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

音頻生命探測(cè)儀是一套以人機(jī)交互為基礎(chǔ)的探測(cè)系統(tǒng)，包括信號(hào)的檢測(cè)、監(jiān)聽、選取、儲(chǔ)存和處理等幾個(gè)方面。在研制過程中的關(guān)鍵技術(shù)包括：高靈敏度傳感器的研制；通過對(duì)聲波和震動(dòng)波數(shù)理模型的研究確定信號(hào)有效性的判據(jù)和有效信號(hào)源位置的判定。由于音頻生命探測(cè)儀是一種被動(dòng)接收音頻信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)的儀器，救援時(shí)需要在廢墟中尋找空隙伸入探頭，容易受到現(xiàn)場(chǎng)噪音的影響，探測(cè)速度較慢。

3.雷達(dá)生命探測(cè)儀

生命探測(cè)儀雷達(dá)生命探測(cè)儀是融合雷達(dá)技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)于一體的生命探測(cè)設(shè)備。它主要利用電磁波的反射原理制成，通過檢測(cè)人體生命活動(dòng)所引起的各種微動(dòng)，從這些微動(dòng)中得到呼吸、心跳的有關(guān)信息，從而辨識(shí)有無(wú)生命。雷達(dá)生命探測(cè)儀是目前世界上最先進(jìn)的生命探測(cè)儀，它主動(dòng)探測(cè)的方式使其不易受到溫度、濕度、噪音、現(xiàn)場(chǎng)地形等因素的影響，電磁信號(hào)連續(xù)發(fā)射機(jī)制更增加了其區(qū)域性偵測(cè)的功能。

超寬譜雷達(dá)生命探測(cè)儀是該類型中最先進(jìn)的一種。它的穿透能力強(qiáng)，能探測(cè)到被埋生命體的呼吸、體動(dòng)等生命特征，并能精確測(cè)量被埋生命體的距離深度，具有強(qiáng)的抗干擾能力，不受環(huán)境溫度、熱物體和聲音干擾的影響，具有廣泛的應(yīng)用前景。超寬譜雷達(dá)生命探測(cè)儀具有很大的相對(duì)帶寬（信號(hào)的帶寬與中心頻率之比），一般大于25%，檢驗(yàn)人體生命參數(shù)是以脈沖形式的微波束照射人體，由于人體生命活動(dòng)（呼吸、心跳、腸蠕動(dòng)等）的存在，使得被人體反射后的回波脈沖序列的重復(fù)周期發(fā)生變化。如果對(duì)經(jīng)人體反射后的回波脈沖序列進(jìn)行解調(diào)、積分、放大、濾波等處理并輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，就可以得到與被測(cè)人體生命特征相關(guān)的參數(shù)。

超寬譜雷達(dá)生命探測(cè)儀用于震區(qū)生命探測(cè)具有穿透力強(qiáng)、作用距離精確、抗干擾能力強(qiáng)、多目標(biāo)探測(cè)能力強(qiáng)、探測(cè)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，探測(cè)距離可達(dá)30～50m，穿透實(shí)體磚墻厚度可達(dá)2m以上，可隔著幾間房探測(cè)到人，并具有人體自動(dòng)識(shí)別功能，在生命探測(cè)領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。與紅外生命探測(cè)儀、音頻生命探測(cè)儀相比更實(shí)用，因此成為研究的熱點(diǎn)。生命探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，必將使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，如用于醫(yī)學(xué)上的非接觸式生命監(jiān)護(hù)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(cè)儀是借著感應(yīng)人體所發(fā)出超低頻電波產(chǎn)生之電場(chǎng)（由心臟產(chǎn)生）來(lái)找到“活人”的位置。配備特殊電波過濾器可將其它動(dòng)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(cè)儀只會(huì)感應(yīng)到人類所發(fā)出的頻率產(chǎn)生之電場(chǎng)。儀器配備兩種不同偵測(cè)桿，長(zhǎng)距離偵測(cè)桿偵測(cè)距離可達(dá)500公尺，短距離20公尺。人體發(fā)出的超低頻電場(chǎng)可穿過鋼筋混凝墻、鋼板。儀器在碰到上述障礙物時(shí)，偵測(cè)距離會(huì)減少，但只要操作者向前靠近偵測(cè)地點(diǎn)，仍可精準(zhǔn)地找到欲搜尋的人體目標(biāo)。本儀器目標(biāo)鎖定功能在偵測(cè)到人體發(fā)出超低頻產(chǎn)生之電場(chǎng)后，偵測(cè)桿會(huì)自動(dòng)鎖定此電場(chǎng)，人體移動(dòng)時(shí)，偵測(cè)桿也會(huì)跟著移動(dòng)。另配備鐳射光點(diǎn)，提供操作者尋找偵測(cè)桿方向。

四、應(yīng)用實(shí)例

生命探測(cè)儀在2008年5月12日的四川汶川大地震的搜救中，中國(guó)及世界各國(guó)的專家，利用生命探測(cè)儀進(jìn)行探測(cè)，搜救出數(shù)萬(wàn)名被困的遇難同胞。其中搜救出的掩埋時(shí)間最長(zhǎng)的同胞為216多個(gè)小時(shí)。生命探測(cè)儀在四川汶川大地震的搜救中，發(fā)揮了不可磨滅的作用。

結(jié)論

生命探測(cè)儀的發(fā)明和應(yīng)用，為人類應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害提供了有力幫助和保障。當(dāng)下氣候變幻無(wú)常，自然災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，故應(yīng)大力推廣生命探測(cè)儀在更大范圍內(nèi)的使用，以減少人民的生命財(cái)產(chǎn)損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]張為民 災(zāi)害中生命搜救方法探究 中國(guó)地理 2012

[2]趙子丹 論生命探測(cè)儀在人員搜救中的應(yīng)用 2013