生命探測(cè)儀的技術(shù)原理與應(yīng)用改進(jìn)措施

張?zhí)m相

生命探測(cè)儀的技術(shù)原理與應(yīng)用改進(jìn)措施

張?zhí)m相

(上海市消防總隊(duì) 寶山戰(zhàn)勤保障大隊(duì)，上海 201901)

生命探測(cè)儀被消防部隊(duì)廣泛應(yīng)用于各類搶險(xiǎn)救災(zāi)中，特別是在地震、建筑物倒塌等重大搶險(xiǎn)救災(zāi)工作中，生命探測(cè)儀扮演著十分重要的角色。就生命探測(cè)儀的基本原理、設(shè)備自身的優(yōu)缺點(diǎn)和消防部隊(duì)在生命探測(cè)儀應(yīng)用與管理中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，進(jìn)而有針對(duì)性地提出生命探測(cè)儀的改進(jìn)措施和發(fā)展前景，以期能夠推動(dòng)消防救援與生命搜救工作的進(jìn)一步發(fā)展。

消防；生命探測(cè)儀；技術(shù)原理；改進(jìn)措施

在人類的長(zhǎng)期發(fā)展歷史進(jìn)程中，自然災(zāi)害成為威脅人類生存與和平生活的重要影響因素，尤其是在地震、海嘯以及其他重大地質(zhì)災(zāi)害面前，生命顯得極其的脆弱與渺小。當(dāng)自然災(zāi)害發(fā)生之時(shí)，如何竭盡所能以最快的速度搶救危險(xiǎn)之中的生命，無(wú)疑成了最為關(guān)鍵的任務(wù)。隨著現(xiàn)代救援技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的高新技術(shù)成果開始應(yīng)用于消防救援工作之中，生命探測(cè)儀就是其中具有代表性的設(shè)備之一。例如，在2008年5月12日的四川汶川地震、2010年4月14日的青海玉樹地震、2010年8月7日的甘肅舟曲泥石流、2016年11月24日江西豐城電廠發(fā)生的倒塌事故等救援工作中[1]，生命探測(cè)儀都發(fā)揮了重要作用。

一、生命探測(cè)儀的類型及原理

生命探測(cè)儀是重大災(zāi)害事故之后生命搜救工作的重要組成部分，也是當(dāng)前世界各國(guó)救援工作領(lǐng)域中最為專業(yè)與先進(jìn)的搜救檢測(cè)工具，在定位、探索與搜尋生命體方面發(fā)揮著不可替代的作用[2]。由于生命探測(cè)儀的構(gòu)造存在差異，儀器的類型分類也呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展，這就需要在救援活動(dòng)之前進(jìn)行有針對(duì)性的選擇。在目前的消防救援領(lǐng)域，生命探測(cè)儀主要有以下幾種類型：

(一)音頻生命探測(cè)儀

音頻生命探測(cè)儀目前已發(fā)展到第四代產(chǎn)品。通過(guò)兩個(gè)或多個(gè)極靈敏的音頻震動(dòng)探測(cè)儀，能夠識(shí)別在空氣或固體中傳播的微小震動(dòng)，適合搜尋被困人員，并可通過(guò)音頻傳輸系統(tǒng)與被掩埋的人員建立聯(lián)系。它的特點(diǎn)是使用兩個(gè)音頻濾波器，可以將周圍的背景噪音作過(guò)濾處理，能夠有效屏蔽來(lái)自救援現(xiàn)場(chǎng)的重型卡車或者其他重型機(jī)械所產(chǎn)生的噪音[3]。主要應(yīng)用于被困在混凝土、瓦礫或其他固體下的幸存者，能準(zhǔn)確識(shí)別來(lái)自幸存者的聲音如呼喊、拍打、劃刻或敲擊等。音頻生命探測(cè)儀優(yōu)點(diǎn)是靈敏性高，缺點(diǎn)是由于其自身是一種被動(dòng)接收音頻聲波的儀器，因此容易受到現(xiàn)場(chǎng)噪音的影響，探測(cè)速度較慢。在市場(chǎng)上較常見(jiàn)的有法國(guó)雷德?tīng)柟炯凹幽么驞ELSAR公司生產(chǎn)的音頻生命探測(cè)儀。

(二)視頻生命探測(cè)儀

視頻生命探測(cè)儀也叫光學(xué)生命探測(cè)儀，俗稱“蛇眼生命探測(cè)儀”。主要是利用攝像頭進(jìn)行可視性探測(cè)，可形象地理解為“胃鏡”。其特點(diǎn)是探頭可以伸入災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)細(xì)小縫隙，利用可見(jiàn)光，通過(guò)CCD傳感器攝像傳送到顯示屏成像，可以直觀地發(fā)現(xiàn)被困人員。主要應(yīng)用于對(duì)難以到達(dá)的地方進(jìn)行快速的定性檢查，廣泛應(yīng)用于礦山、地震、塌方救援中[4]。視頻生命探測(cè)儀的優(yōu)點(diǎn)在于可以直觀看到受害者，操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是視頻生命探測(cè)儀必須要求現(xiàn)場(chǎng)有或大或小的孔洞、裂縫等，才能將探頭伸入觀察到內(nèi)部的情況，光纖探頭容易被泥土等污染而造成圖像不清，而且一旦碰到障礙物便無(wú)法前行，因此在使用中也受到一定的限制。視頻生命探測(cè)儀多與音頻生命探測(cè)制成一體，綜合使用，一般用于確定已發(fā)現(xiàn)幸存者的具體位置情況。比較常見(jiàn)的有日本YONE公司、法國(guó)雷德?tīng)柟尽⒚绹?guó)ZISTOS公司、加拿大DELSAR公司生產(chǎn)的光學(xué)生命探測(cè)儀。

(三)雷達(dá)生命探測(cè)儀

雷達(dá)生命探測(cè)儀的原理是感應(yīng)人體所發(fā)出超低頻電波產(chǎn)生的電場(chǎng)(由心臟產(chǎn)生)來(lái)找到“活人”的位置。超寬譜雷達(dá)檢測(cè)人體的生命參數(shù)與連續(xù)波雷達(dá)的原理有所不同，它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，從而對(duì)人體進(jìn)行搜救[5]。其特點(diǎn)是能夠探測(cè)到微弱的呼吸和運(yùn)動(dòng)，且不受環(huán)境溫度和聲音干擾，也不影響其他無(wú)線設(shè)備。其缺點(diǎn)為雷達(dá)電磁波無(wú)法穿透實(shí)心金屬屏蔽墻而探測(cè)到墻后的被困人員，這在大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑倒塌救援中受到很大限制，并且在操作過(guò)程中要確保掌上電腦與無(wú)線探測(cè)發(fā)射器之間的距離在規(guī)定范圍內(nèi)[6]。雷達(dá)生命探測(cè)儀在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)出現(xiàn)最早的為美國(guó)超視公司的“萊?！保F(xiàn)在隨著救援行業(yè)的興起，國(guó)內(nèi)逐漸出現(xiàn)了一些以研究震動(dòng)技術(shù)為主的專業(yè)生產(chǎn)廠家，如西安必肯科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的雷達(dá)生命探測(cè)儀在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛。

(四)超低頻電磁生命探測(cè)儀

超低頻電磁生命探測(cè)儀是利用人體心肌跳動(dòng)產(chǎn)生的超低頻電磁能，來(lái)進(jìn)行生命探測(cè)，可有效區(qū)分人與其他動(dòng)物[7]。其特點(diǎn)是采用被動(dòng)工作方式，工作時(shí)自身無(wú)聲，難以被對(duì)方發(fā)現(xiàn)，可穿過(guò)金屬、墻壁和深水等對(duì)人體定位。主要應(yīng)用于采空區(qū)探測(cè)、含水層探測(cè)、巷道探測(cè)等領(lǐng)域。

(五)靜電場(chǎng)生命探測(cè)儀

靜電場(chǎng)生命探測(cè)儀是利用人體能夠產(chǎn)生靜電場(chǎng)以及兩個(gè)極性相反的靜電場(chǎng)之間存在吸引力的原理。它的特點(diǎn)是設(shè)備較輕，僅有0.45 kg，使用時(shí)天線彎折的方向就是被困人員方向。缺點(diǎn)是由于操作方法的不同，以及每個(gè)人的靜電場(chǎng)不同，探測(cè)效果的差距比較大。比較典型的有美軍為特種部隊(duì)研制的靜電場(chǎng)隔墻探測(cè)儀。

(六)氣敏生命探測(cè)儀

氣敏生命探測(cè)儀的原理是測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)人類呼出二氧化碳?xì)怏w的濃度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)二氧化碳的濃度上升到1 100 ppm以上時(shí)，氣敏生命探測(cè)儀就可以探測(cè)到人體的存在信號(hào)。特點(diǎn)是操作和維修都比較方便，不足之處是其對(duì)環(huán)境的要求比較高，只能在密閉環(huán)境、無(wú)風(fēng)的地方應(yīng)用。主要用于建筑物等倒塌災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的人員搜尋。

二、生命探測(cè)儀的應(yīng)用

我國(guó)地域廣闊，地形、地質(zhì)復(fù)雜，自然災(zāi)害多發(fā)。2008年5月12日四川汶川地震救援工作中，全國(guó)各地公安消防部隊(duì)趕赴現(xiàn)場(chǎng)，攜帶大量的救援裝備，其中國(guó)內(nèi)的生命探測(cè)儀共分三大類：熱紅外生命探測(cè)儀、視頻生命探測(cè)儀和雷達(dá)生命探測(cè)儀。特別是雷達(dá)生命探測(cè)儀，以其自身的科技優(yōu)勢(shì)，在生命搜救工作中發(fā)揮了突出作用。2016年11月24日江西豐城電廠發(fā)生的倒塌事故救援工作中，江西省公安消防總隊(duì)迅速調(diào)集大量救援力量及裝備趕赴現(xiàn)場(chǎng)，其中生命探測(cè)儀就帶了12臺(tái)，在救援工作中起到了重要作用。哪里有倒塌類事故，哪里就能發(fā)現(xiàn)各類生命探測(cè)儀的身影，在各類事故災(zāi)害發(fā)生時(shí)，生命探測(cè)儀已經(jīng)成為救援工作的一部分。

三、生命探測(cè)儀的改進(jìn)措施

生命探測(cè)儀的應(yīng)用非常廣泛，但是各類生命探測(cè)儀本身存在的缺陷也是明顯的，上文已經(jīng)介紹和分析了各類生命探測(cè)儀的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。筆者認(rèn)為，在今后，生命探測(cè)儀還可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)和提高。

(一)開發(fā)研制綜合性生命探測(cè)儀

目前我們所使用的生命探測(cè)儀，基本上都是利用單一工作原理，如聲音、圖像或氣體等，缺少綜合性的檢測(cè)設(shè)備，即便是有，也只有兩種功能合并。北京凌天公司生產(chǎn)的YSR消防雷達(dá)生命探測(cè)儀，可以集雷達(dá)探測(cè)、呼吸二氧化碳?xì)怏w探測(cè)、紅外熱成像探測(cè)功能于一體，理論上講，已經(jīng)屬于綜合性生命檢測(cè)設(shè)備。綜合性的檢測(cè)設(shè)備研制與開發(fā)難度較大，之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況，一方面是技術(shù)方面的限制，另一方面綜合性的檢測(cè)設(shè)備相對(duì)比較笨重，攜帶及操作不便。但是，綜合性的生命探測(cè)儀實(shí)用性還是比較強(qiáng)的。

(二)提高單一檢測(cè)能力

目前，我國(guó)的生命探測(cè)儀開發(fā)研制工作已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，主要還是研發(fā)單一檢測(cè)產(chǎn)品，從各類設(shè)備的名稱上基本上就能看出來(lái)?，F(xiàn)在，高科技公司不斷涌現(xiàn)，功能更強(qiáng)大的生命探測(cè)儀不斷被制造生產(chǎn)出來(lái)。西安必肯科技發(fā)展有限公司自行研制的新型生命探測(cè)儀器“SJ-3000搜救雷達(dá)”屬于超寬譜脈沖雷達(dá)探測(cè)儀，能夠在12 m深、60度的扇形區(qū)域進(jìn)行搜尋。使用該儀器，搜救人員可以在100 m外進(jìn)行搜救。必肯公司的SJ系列生命探測(cè)儀目前在穿透距離、遙控距離、定位精度等主要技術(shù)參數(shù)上都保持世界領(lǐng)先水平。即便如此，該設(shè)備也只能穿透24 cm磚墻厚度，與實(shí)際救援工作要求距離還是很遠(yuǎn)，提升的空間依然很大。

(三)提升智能化程度

我們現(xiàn)在使用的生命探測(cè)儀，比如視頻生命探測(cè)儀，需要把探頭放入搜救空間，根據(jù)終端視頻，調(diào)整探頭角度觀察其他方向情況。但是，在碰到有物體遮擋住探頭前伸的方向的情況下，就無(wú)法繞過(guò)障礙物繼續(xù)開展救援，這整個(gè)過(guò)程幾乎全是人為操作，體現(xiàn)不出智能化。如果把探頭放入搜救空間，它能夠自動(dòng)判定角度并展開搜索，上傳視頻至終端設(shè)備，也就是常說(shuō)的“機(jī)器人”，再進(jìn)一步，如果它能夠繞開一些障礙物，搜救工作將進(jìn)行得更加徹底。

(四)設(shè)計(jì)小巧輕便的生命探測(cè)儀

與科技含量成正比，生命探測(cè)儀精準(zhǔn)度越高，探測(cè)能力越強(qiáng)，設(shè)備的“個(gè)頭”越大分量也越重。音頻生命探測(cè)儀、視頻生命探測(cè)儀與雷達(dá)生命探測(cè)儀相比較，整體性能沒(méi)有雷達(dá)生命探測(cè)儀強(qiáng)，但是雷達(dá)生命探測(cè)儀的重量也遠(yuǎn)超過(guò)前者。搜救人員在展開作業(yè)時(shí)，往往要一個(gè)人專門攜帶探測(cè)主機(jī)，其他人操作掌上電腦。我國(guó)西安生產(chǎn)的SJ600型雷達(dá)生命探測(cè)儀探測(cè)效果不錯(cuò)，但是其前置設(shè)備相對(duì)較大且有一定重量，要把它應(yīng)用于不停的搜尋工作中需要花費(fèi)不少力氣。因此，如果能在制造材料上下功夫，把雷達(dá)生命探測(cè)儀的重量降下來(lái)，又能保障產(chǎn)品的質(zhì)量，這將會(huì)節(jié)省搜救人員的體力。

(五)做到保養(yǎng)簡(jiǎn)單，維修方便

消防部隊(duì)配備生命探測(cè)儀之后，每隔一定時(shí)間要對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。但是，生命探測(cè)儀屬于精密設(shè)備，在維護(hù)與保養(yǎng)中有特殊的要求，如AG-4438型紅外熱視儀，鏡頭嚴(yán)禁用水或其他清潔劑清洗，甚至不得用濕布擦拭；E116型音頻生命探測(cè)儀平時(shí)即使不用，也要每?jī)蓚€(gè)月通電預(yù)熱一次，每次通電30 min；BVA6型視頻生命探測(cè)儀要注意保護(hù)顯示器防止摩擦受損；SJ600型雷達(dá)生命探測(cè)儀每周要進(jìn)行電量檢查，以保證臨警好用。如果不是非常專業(yè)的人員，很難正確對(duì)這些昂貴的設(shè)備保養(yǎng)，甚至有可能損壞設(shè)備。因此，生命探測(cè)儀的保養(yǎng)要簡(jiǎn)單些，一般的問(wèn)題維修時(shí)要方便些。如果任何問(wèn)題都要找廠家專業(yè)人員，很難保證設(shè)備的正常、及時(shí)維護(hù)保養(yǎng)。

(六)對(duì)操作者和被困人員要更安全

現(xiàn)在研發(fā)的生命探測(cè)儀，對(duì)操作人員的輻射危害性已經(jīng)大大降低，甚至遠(yuǎn)低于一部手機(jī)的危害，控制方式也從有線到無(wú)線、藍(lán)牙或WiFi控制方式。但是，再小的危害也要充分認(rèn)識(shí)到，不能忽視一名救援人員長(zhǎng)期從事這項(xiàng)工作時(shí)可能帶來(lái)的后果。超寬譜雷達(dá)生命探測(cè)儀穿透能力強(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，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，已經(jīng)成為目前研究的熱點(diǎn)探測(cè)儀。毋庸置疑，該設(shè)備也必定具有輻射性，只有隨著設(shè)備技術(shù)水平的提高，對(duì)操作人員的危害性逐步降低，才是真正的提高。

四、生命探測(cè)儀的發(fā)展前景

伴隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展，生命探測(cè)儀的運(yùn)用更加廣泛，在特定的領(lǐng)域，生命探測(cè)儀發(fā)揮了不可替代的作用，可以預(yù)見(jiàn)它的廣闊前景。應(yīng)用方面，除了地震、建筑物倒塌、泥石流等現(xiàn)場(chǎng)救援外，還可用于港口、船艙、貨柜、空屋等非法偷渡者可能藏匿地點(diǎn)的排查；警方人員可用它偵測(cè)到歹徒與人質(zhì)的位置，供攻堅(jiān)時(shí)參考；可用于公安、武警、軍事危險(xiǎn)區(qū)域及各種復(fù)雜障礙區(qū)域的搜索和跟蹤，可及早發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，減少傷亡；長(zhǎng)距離天線偵搜距離達(dá)500 m，可協(xié)助海岸巡防人員偵測(cè)偷渡人員上岸位置。甚至可在監(jiān)獄門口對(duì)過(guò)往車輛進(jìn)行排查，預(yù)防犯人非法偷逃。由此可見(jiàn)，生命探測(cè)儀有廣闊的應(yīng)用前景。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，生命探測(cè)儀作為現(xiàn)代消防救援工作的重要技術(shù)手段和組成部分，在當(dāng)前的自然災(zāi)害與事故救援工作之中發(fā)揮著不可替代的重要作用，在生命探測(cè)儀的使用過(guò)程中，只有不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不斷提升科技含量，開發(fā)研制新產(chǎn)品，才能發(fā)揮生命探測(cè)儀的最大效能，形成人與裝備完美結(jié)合，不斷提升消防救援隊(duì)伍的戰(zhàn)斗力，為我國(guó)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)保駕護(hù)航。

[1] 李浩.汶川大救援:高新技術(shù)臨危受命[J].發(fā)明與創(chuàng)新(綜合版),2008(6):5-6.

[2] 劉忻.生命探測(cè)儀[J].現(xiàn)代班組,2008(6):19.

[3] 張進(jìn)良.國(guó)外消防搶險(xiǎn)救援器材裝備與工具[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2007(6):80-84.

[4] 王淼.生命探測(cè)器[J].物理教學(xué),2008(10):64.

[5] 路國(guó)華,楊國(guó)勝,王健琪,等.雷達(dá)式生命探測(cè)儀中人體數(shù)量識(shí)別技術(shù)的研究[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程,2005,24(1):29-32.

[6] 馬偉光.中國(guó)消防手冊(cè):第十二卷 消防救生裝備[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2006.

[7] 游林儒,吳慶家,文小琴.基于超低頻電磁波的穿墻生命探測(cè)技術(shù)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2008,27(6):24-26.

(責(zé)任編輯 陳 華)

Life Detection Technology Theory and Improvement

ZHANG Lanxiang

(BaoshanFirefightingServiceDetachment,ShanghaiFireCorps,Shanghai201901,China)

As a life detection tool, life detectors are widely used in various types of disaster relief operations by the fire department. On occasions such as earthquakes and building collapses, life detectors play a particularly important role. After analyzing how life detectors work in disaster relief operations, their advantages and disadvantages, the challenges the fire department facing in applying and managing life detectors, this article focuses on measures to improve life detectors, and their future development so as to advance fire department's capacity in fire rescue and life search and rescue operations.

fire; life detector; technology theory; improvement measure

2017-02-01

張?zhí)m相(1979— )，男，山東臨沂人，助理工程師。

TP73;D631.6

A

1008-2077(2017)04-0036-04