消防機器人滅火救援應用技術研究

陽永輝

摘 要：近年來，隨著科技的發(fā)展，機器人被廣泛應用于各個領域，尤其是消防，他可以代替消防員處理更加危險、緊急的情況。對于在消防中應用機器人對于我國的消防行業(yè)來說是一個壯舉。消防機器人的應用對于目前我國的滅火救援中有非常重要的作用，對于保障消防員的安全也有非常深刻的意義。本文通過闡述消防機器人的在滅火等危險情況中的應用，旨在提高救援效率、確保廣大群眾的生命財產(chǎn)安全的同時還可以降低消防人員的傷亡，提高消防員的從業(yè)保障。本文主要介紹消防機器人的發(fā)展歷程、應用技術、未來前景等內(nèi)容，力求促進我國消防機器人的發(fā)展。

關鍵詞：消防機器人;滅火救援;應用技術;發(fā)展前景

引言：隨著我國對于科研領域的投資不斷加大，我國的科學技術也不負重眾望，取得了非常好的成果和進步，機器人的成功研發(fā)是人類歷史性的成果。21世紀以來，機器人技術也取得了更大的進步和發(fā)展，機器人的可替代性制造材料在不斷擴充，機器人的制造成本也在不斷下降，機器人的應用范圍也越來越廣泛，這對于節(jié)省人力成本是非常大的福音。在很多領域機器人已然代替人類進行相關重復簡單的操作。對于消防領域而言，應用消防機器人的需求迫在眉睫，因為消防行業(yè)的從業(yè)人員目前存在很多任務重、情況急、危險系數(shù)高的危急情況。目前消防機器人在消防領域的廣泛應用在危、急、險的救援行動中已經(jīng)成為消防員的可代替品。但是目前我國消防機器人的應用還不夠成熟，仍然存在很多的問題，一定程度上影響了滅火救援的實際操作能力。為了更好的發(fā)揮消防機器人在滅火救援中作用，必須在更好的理論指導下掌握更高的技術，研發(fā)出更適合實際情況的應用型消防機器人。

一、消防機器人的理論背景

1.國外研究現(xiàn)狀

1986年，日本誕生了消防機器人，命名為彩虹五號機器人，這是世界上第一個應用于消防領域的機器人。消防機器人以發(fā)動機為首要驅(qū)動力，采用無線控制技術對其所有的操作行為進行控制。同時，它自帶一個監(jiān)控系統(tǒng)和探測儀器、一個溫度傳感器和一個紅外攝像機，對火災現(xiàn)場的內(nèi)部情況進行有效分析，首先對于現(xiàn)場的情況進行相關數(shù)據(jù)例如溫度、著火點等數(shù)據(jù)的采集，其次針對數(shù)據(jù)進行分析，采取相應的救援戰(zhàn)術。

美國對于消防機器人的研發(fā)中，對于消防機器人的外殼采用碳纖維材料，控制機器人克服巨大障礙采用履帶驅(qū)動方式。同時，它還利用無線通信技術和射頻技術進行信號搜索和數(shù)據(jù)反饋，并安裝了可拆卸水槍，將數(shù)據(jù)采集與救援行動同步進行。

此外，在挪威最新研發(fā)的消防機器人中，采用了蛇形的方式能夠更加容易靠近救援現(xiàn)場，并且在救援作業(yè)進行的時候能夠最大限度的減小阻力，不僅可以爬樓梯還可以穿墻，這很大程度提高了滅火救援效率。同時以其獨有的形態(tài)做媒介可以以消防水帶作為連接中樞，帶領消防人員進入現(xiàn)場進行下一步的救援操作，從而完成整個滅火救援行動。

2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國在這消防機器人一領域的研究始于20世紀70年代，90年代后進行了廣泛的研究和開發(fā)。其中更具代表性的是自行式消防水炮的有效研發(fā)，該消防水炮可以在操作和移動技術方面進入火災危險場所的救援，達成更好的救援效果。21世紀之后，我國在消防機器人研發(fā)領域取得了進一步發(fā)展。2010年陜西銀河技術裝備有限公司在消防機器人研發(fā)方面取得了重大成果，將消防機器人的技術推向了另一個高度。

目前我國的消防機器人具有很多優(yōu)勢，可以基于不同類型火災場景進行針對性的研究與應用，有專門的場景機器人進行專業(yè)的救援操作，如自動滅火器、攀爬、照明等功能尤為明顯;低碳環(huán)保能源可提高工作效率和質(zhì)量，并增加其承載能力;引進了先進的系統(tǒng)設計技術，耐高溫、抗輻射能力得到提高，配備了自動安全裝置，防護功能得到進一步完善，可以更好地滿足實際需要。

二、消防機器人的發(fā)展歷程

消防機器人是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的產(chǎn)物。它可以在火災救援中發(fā)揮重要作用，甚至取代消防員的部分工作，一定程度上降低了消防人員的傷亡率。消防工作中如果僅僅依靠人力來進行相關操作的話，對于消防人員的從業(yè)保障來說是一個未知數(shù)，所以在機器可以操作的情況下，再輔以相應的人力操作，可以在很大程度上保障消防人員的人身安全。

現(xiàn)在工廠越來越復雜，石化公司、隧道和地鐵的數(shù)量也在增加。在這種情況下，做好安全防范工作非常重要。此外，對于高難度地區(qū)的消防安全而言是非常難保證的，很多消防安全隱患具有突發(fā)性和緊急性的風險，沒有有效的機制來預防和處理緊急情況，這已成為社會的一個長期問題。消防機器人的研究和使用引起了大眾的關注，確保了在發(fā)生危險情況時提供有效和合理的援助。消防機器人不僅可以代替消防人員更加容易到達救援的事故現(xiàn)場，還可以智能分析現(xiàn)場的實際情況并予以反饋，為救援工作的高效開展創(chuàng)造良好的基礎。同時，它可以在能力范圍內(nèi)有效地解決事故現(xiàn)場的情況，減少事故和災害的損失。

三、消防機器人運用范圍

隨著城市高樓大廈建筑數(shù)量的增加，高層建筑發(fā)生火災的可能性逐年增加。然而，高層建筑的樓層較高，火災發(fā)生后，消防員無法及時到達救援現(xiàn)場并按照其制定的消防預案迅速開展救援行動，這會浪費救援黃金時間，很大程度的增加了救援風險，增加傷亡風險和居民財產(chǎn)損失。

如果高層建筑發(fā)生火災，電梯將癱瘓，無法正常使用。消防人員只能使用外部梯子或逃生通道，這會消耗消防人員的體力并延遲救援時間。然而，如果在部署后能夠立即到達預定位置，會很大程度提高救援效率，消防機器人可以在到達救援現(xiàn)場后首先快速使用其身體上的消防系統(tǒng)滅火。雖然它不能直接救援被困人員，但它可以抑制火災的蔓延并為消防員爭取更多的救援時間。

對于具有很多化學用品的研究室和化工廠等場所而言，發(fā)生火災的危險性是成倍增加的，救援的難度也是很高的，對于這些場所而言，一旦發(fā)生火災，消防人員無法在第一時間進入救援現(xiàn)場，因為如果沒有足夠詳細的情況了解，沒有足夠安全的防護措施，貿(mào)然進入這樣的場所對于消防員而言很容易產(chǎn)生不可逆的傷害。因此，消防機器人在類似場所的就可以起到很好的效果，它不僅可以預先幫消防員探路，進入場所采集相關數(shù)據(jù)和火災發(fā)生程度，同時返送給救援人員制定出合理的救援計劃，減少二次傷害，提供可控范圍內(nèi)的救援保障。消防機器人有一個數(shù)據(jù)收集記錄系統(tǒng)，到達研究室、化工廠等容易引發(fā)二次傷害的復雜火災現(xiàn)場后，消防機器人可以通過數(shù)據(jù)傳輸和圖像傳輸向消防員顯示火災情況。消防指戰(zhàn)員可以根據(jù)消防機器人返送的火情，立即準備裝備并制定救援計劃，到達救援地點后，他們可以迅速開展救援行動，節(jié)省寶貴的救援時間，也降低了因為不了解現(xiàn)場情況而產(chǎn)生的不必要損失和傷亡情況的發(fā)生幾率。

在地下建筑中使用消防機器人也非常重要。與地面建筑相比，地下建筑的封閉性更強、空間更小，存在災情蔓延的幾率更大。火災發(fā)生之后，地下建筑內(nèi)的溫度和煙氣濃度迅速上升，這也對消防員的救援產(chǎn)生阻礙。同時隨時可能因為火勢蔓延導致的氧氣不足產(chǎn)生的休克等危急情況也是很容易造成不可逆的傷害的。在地下等相對封閉的情況下發(fā)生火災使用消防機器人可以有效的提高救援行動的效率。因此，在發(fā)生嚴重火災的情況下，為了有效避免對消防員的傷害和對封閉人員的二次傷害，可根據(jù)環(huán)境條件使用消防機器人。

四、消防機器人滅火救援應用技術發(fā)展的意義

消防機器人的發(fā)展對現(xiàn)代社會具有重要意義和深遠影響。這是一種有效增加消防員的安全保證的途徑之一，可以提高火災和救援的有效性，挽救被困人員的生命安全，降低財產(chǎn)損失。消防員是一個相對危險的職業(yè)，容易產(chǎn)生高傷亡，火災救援也是一個在刀尖上救人的行為，甚至也出現(xiàn)過很多以命換命的情況。在救援場所中出現(xiàn)的濃煙、高溫有毒氣體的釋放等都會對消防員的救援判斷產(chǎn)生很嚴重的影響，甚至威脅被困人員的生命安全，嚴重影響救援行動的展開和有效進行。

然而，消防機器人是一種無生命的載體，能夠適應各種困難和危險的環(huán)境。特別是在救援現(xiàn)場，機器人可以忽略濃煙、高溫和有毒氣體等的影響，更容易到達消防員難以到達的地方，預先通過自己的專業(yè)技術為消防人員開展很多的情報收集功能工作，同時代替消防員執(zhí)行危險任務，減少火災對消防人員造成的傷害，顯著減少消防員參與救援的人數(shù)。

此外，消防機器人的研發(fā)也采用了更先進的人工智能技術。消防機器人可以從人工智能技術的角度評估危險，自動收集環(huán)境數(shù)據(jù)，使救援人員更好地了解火災現(xiàn)場的實際情況，促進救援行動的順利有效開展。同時消防機器人可以在滅火救援過程中重復使用，在一定程度上降低消防救援成本。消防救援機器人的研制，對滅火救援起到了積極的作用，在一定程度上減輕了消防員的負擔，提高了滅火救援的整體水平。

五、消防機器人的優(yōu)劣

消防機器人在功能性上也有很多的優(yōu)勢與劣勢。首先在優(yōu)勢方面，消防機器人可以采用人工智能等技術對于火場等情況進行預先的數(shù)據(jù)采集和情況分析，可以制定出更加合理有效的救援計劃，減少不必要的人員傷亡，同時可以在一定程度上提升消防從業(yè)人員的人身安全保障。其次，消防機器人是一個可以重復使用的設備，因此它的使用性較高，可以利用其設備的優(yōu)勢，能夠到達消防人員去不了的救援現(xiàn)場，減少產(chǎn)生二次傷害的可能性。

但是消防機器人也存在很多的劣勢，首先因為我國對于消防機器人的研發(fā)程度還不是很充分，很多專業(yè)設備需要引進，因此會產(chǎn)生高額的費用，同時開發(fā)周期很長，對于整個消防行業(yè)而言，實際普及率不高。其次，消防機器人是有專業(yè)科研人員研發(fā)的，很多程序操作需要具備很高的專業(yè)素養(yǎng)，對于普通的消防人員而言，難以掌握或者需要一定的培訓才可以掌握，這在一定程度上又增加了人力成本。不僅針對于現(xiàn)場的操作，包括后期的維護與檢修都需要具備很高的技術水平，對于大多數(shù)的消防人員而言，很難有時間和精力去學習和掌握這些相對專業(yè)的技術，所以是很難在短時間就掌握并融會貫通。如果請專業(yè)的人員操作和檢修維護，又會增加很多的成本，得不償失。

六、消防機器人的發(fā)展前景

為了有效地發(fā)展消防滅火救援技術，廣泛應用消防機器人，我們需要對于目前存在的問題進行歸納總結(jié)，并針對不同問題提出改進措施，推進我國消防機器人的不斷發(fā)展。為了廣泛地應用消防機器人，我們必須首先降低消防機器人的研發(fā)成本。在不影響操作效率的前提下，盡可能研發(fā)出更多低成本的材料，合理降低消防機器人的成本，同時還需要在降低成本的基礎上，合理簡化操作流程，讓消防員對于消防機器人的操作能夠更容易上手，更好的發(fā)揮其作用。還有必要組織消防員進行規(guī)模性的學習，以便消防員在持續(xù)的培訓過程中提高他們的消防技能，提高他們對消防機器人的理解，增強他們對于消防機器人的操作能力。這樣消防員在發(fā)生火災時可以正確、快速地使用消防機器人，以防止火災蔓延，降低損失。同時可以增加消防機器人的作用，研發(fā)更好、更具適用性的性能。首先生物行走技術就是目前消防機器人的研發(fā)項目之一，生物行走技術可以讓消防機器人最大限度的模仿人類，增加其靈活性，可以在進行滅火救援過程中更適應環(huán)境，能夠更大程度的降低人工參與程度，完成更多的滅火任務，早日實現(xiàn)無人化。其次可以更多的研發(fā)消防機器人的人機交互信息的及時性，可以通過機器的形式將現(xiàn)場的火災情況對救援人員進行及時的數(shù)據(jù)更新，通過圖像等形式現(xiàn)場災情反饋給救援人員，制定出更符合災情的救援計劃，最大限度的降低傷亡率和損失率。

七、結(jié)語

在科學技術不斷發(fā)展的背景下，我國消防機器人的研發(fā)將越來越受到相關部門的重視和支持。越來越多的消防員認識到消防機器人的重要性，消防機器人的智能化項目也應該在消防領域推廣。通過創(chuàng)建智能火災和救援指揮系統(tǒng)，我們可以快速定位火災現(xiàn)場，以便及時獲取相關信息，并啟動戰(zhàn)略性救援行動。要結(jié)合現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)和技術基礎，充分利用消防科研院所等部門的技術力量，大力支持消防機器人研發(fā)企業(yè)的研發(fā)。同時，加強與國際消防機器人的技術交流和貿(mào)易合作，顯著提高我國消防機器人的生產(chǎn)、使用技術和研發(fā)水平。在發(fā)生火災時，消防員應充分利用他們的能力，有效地使用各種智能工具，充分發(fā)揮智能系統(tǒng)的作用，提高消防員的反應速度和機動能力，更好地完成火災救援行動，保護人民生命和財產(chǎn)安全。

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