消防機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

陶杰

摘 要：基于社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，人工智能（AI）已經(jīng)成為當(dāng)前各個行業(yè)作為熱門的應(yīng)用技術(shù)之一。而在消防領(lǐng)域，通過機(jī)器人開展滅火和搶險救援具有較好的優(yōu)勢，可以代替消防員在危險的工作環(huán)境中有效處理各種險情，在保障公共安全方面發(fā)揮著重要作用。鑒于此，本文主要分析消防機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀，并分析其未來發(fā)展趨勢。旨在為消防機(jī)器人在實際中的應(yīng)用以及改進(jìn)方向提供借鑒和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：消防機(jī)器人;應(yīng)用現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

分類號：TP242

前言

在高科技產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的時代下，機(jī)器人的出現(xiàn)極大地提高了人類的生產(chǎn)效率和能力。在消防領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用機(jī)器人，能夠協(xié)助或替代人類執(zhí)行具有一定危險性的工作，在滅火救援、化學(xué)事故和易燃易爆等特殊緊急險情中，消防機(jī)器人能夠發(fā)揮良好的作用和功能，盡量減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和消防救援的需求，消防機(jī)器人得到了較為廣泛的應(yīng)用，將消防救援工作推向了新發(fā)展局面。

一、消防機(jī)器人概述

1.消防機(jī)器人的技術(shù)特征及分類

消防機(jī)器人能夠憑借自身而產(chǎn)生動力，在預(yù)設(shè)定程序的控制或?qū)崟r控制下，實現(xiàn)對工作的有效執(zhí)行。其屬于特種機(jī)器人中的一種，可提高消防工作能力，及時排除和解決各類險情。就目前而言，消防機(jī)器人可按照控制方式進(jìn)行分類，包括線控機(jī)器人、無線遙控消防機(jī)器人、自適應(yīng)消防機(jī)器人等，也可按照智能化程度分為程序化控制機(jī)器人、智能控制機(jī)器人、具有感覺功能的計算機(jī)輔助機(jī)器人等。其中對感覺功能進(jìn)行分類，又包含了視覺消防機(jī)器人、嗅覺消防機(jī)器人、溫感、煙感消防機(jī)器人以及觸覺消防機(jī)器人等。另外按照救援功能劃分，則有偵察機(jī)器人、滅火排煙機(jī)器人、防爆機(jī)器人、救援機(jī)器人、破拆機(jī)器人等[1]。

2.消防機(jī)器人的需求分析

由于消防機(jī)器人的出現(xiàn)，是在先進(jìn)制造技術(shù)與智能控制算法相結(jié)合的條件下而產(chǎn)生的，且具有耐受高溫、有毒等各種惡劣環(huán)境的優(yōu)勢，因此在工作中具有超過消防員個人作戰(zhàn)能力的優(yōu)勢，當(dāng)發(fā)生險情時，消防員可與災(zāi)害現(xiàn)場保持一定的安全距離，通過投放消防機(jī)器人可探尋災(zāi)害發(fā)生原因，實施火源清除、破拆排煙和搜尋被困者等工作，在處理效率和能力上都具有相對較好的作用。并且最近幾年，國際和國內(nèi)的消防機(jī)器人在產(chǎn)品性能、功能及穩(wěn)定性方面都有了較大的提升，能夠針對不同的險情采用相應(yīng)的功能，趨向智能化、高效化。在現(xiàn)階段我國社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)日益頻繁的大環(huán)境下，火災(zāi)、爆炸等事故的危險系數(shù)大、撲滅難度大，通過利用消防機(jī)器人則能夠高效應(yīng)對各種復(fù)雜環(huán)境、處理各類危險源，降低生命財產(chǎn)損失[2]。因此我國各地消防救援隊伍紛紛開始配備消防機(jī)器人，對其需求是十分巨大的，而且重要性日益凸顯。

二、消防機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.目前應(yīng)用的消防機(jī)器人類型

就目前階段，我國消防機(jī)器人主要用于滅火救援等消防工作中，比較常見的類型包括以下幾種：

（1）消防滅火機(jī)器人。國內(nèi)外具有生產(chǎn)，為全驅(qū)動輪式或者履帶式，基于液壓系統(tǒng)驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)，可遠(yuǎn)程遙控消防炮。主要構(gòu)成包括底盤、環(huán)境與內(nèi)部溫度監(jiān)測系統(tǒng)、水噴霧冷卻系統(tǒng)、水擊泡沫供給系統(tǒng)和電液控制系統(tǒng)等。適用于火災(zāi)撲滅等消防工作。

（2）消防偵察機(jī)器人。國內(nèi)主要對這一類機(jī)器人的應(yīng)用，主要是由我國自主研發(fā)，主要特點是體積小、速度快、重量輕，而且能夠搭載視頻傳輸系統(tǒng)、有毒氣體檢測系統(tǒng)以及紅外熱成像儀等設(shè)備，能夠進(jìn)入到易燃易爆、有毒有害、濃煙缺氧環(huán)境中，對現(xiàn)場信息進(jìn)行準(zhǔn)確的采集，通過向后場終端傳輸實時圖像、語音、氣體測量數(shù)據(jù)等，可有效提高消防員的人身安全，為現(xiàn)場指揮人員提供解決方案和決策依據(jù)[3]。

（3）消防破拆機(jī)器人。對這一類機(jī)器人的應(yīng)用多數(shù)為自瑞典引進(jìn)，其外形與挖掘機(jī)等設(shè)備較為相近，組成結(jié)構(gòu)包含液壓機(jī)械臂、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、履帶驅(qū)動裝置、作業(yè)工具和控制臺等。具有體積小、重量輕、功能強(qiáng)、工作時間較長、運輸便捷等透視。在底坑邊緣、坑洼不平、斜坡表面等危險作業(yè)區(qū)域，可利用遠(yuǎn)距離無線電進(jìn)行控制，高效開展挖掘、破拆、障礙物清除等消防工作，極大的降低了消防員的危險性，確保消防救援工作有序進(jìn)行。

（4）多功能消防機(jī)器人。當(dāng)前我國對這一類機(jī)器人的應(yīng)用，有兩種型號。一種是從德國引進(jìn)的“陸虎60”消防機(jī)器人，其可實現(xiàn)陸地和軌道兩種行駛模式，借助安裝的大功率噴嘴實現(xiàn)滅火酒宴，最大流量能夠達(dá)到400L/min，將水很贊化為大量水霧，降低周圍環(huán)境，有利于改變煙道的氣流方向，從而驅(qū)散有毒有害氣體，在地鐵、隧道、化工廠等相對密閉的環(huán)境中具有良好運用。另外一種為國產(chǎn)“格拉曼MP60”消防機(jī)器人和意大利進(jìn)口“戰(zhàn)斧”消防機(jī)器人，在前一種機(jī)器人基礎(chǔ)上，減小了噴嘴的直徑，增設(shè)液壓破拆臂以及視頻采集裝置或直流水炮等，能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻、滅火、排煙以及破拆清障、信息采集等多功能，適用于各種復(fù)雜環(huán)境的消防救援工作[4]。

2.消防機(jī)器人應(yīng)用范圍現(xiàn)狀

首先，在高層建筑中發(fā)生意外火情時，由于建筑層數(shù)較多、并且存在部分功能設(shè)置對滅火救援產(chǎn)生阻礙，如不采取有效控制手段，就會導(dǎo)致大火蔓延。此時應(yīng)用消防機(jī)器人，則能夠打破消防員進(jìn)入現(xiàn)場的限制性，并提高安全性，快速進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場針對火源進(jìn)行撲滅，控制火災(zāi)發(fā)展形勢。

其次，在隧道和地鐵等空間內(nèi)突發(fā)火情，可利用消防機(jī)器人，進(jìn)入封閉和狹小區(qū)域，對起火點進(jìn)行有效控制和撲滅。同時地鐵或隧道內(nèi)的電氣和動力設(shè)備要求具有較高的絕緣性能，并確保照明設(shè)備、屏蔽封閉門等得到較好的完善。通過應(yīng)用消防機(jī)器人，可實現(xiàn)定期檢查、維護(hù)和更新設(shè)備設(shè)施，避免發(fā)生火災(zāi)、爆炸等安全事故。

最后，消防機(jī)器人可應(yīng)用于地下建筑或者其他密閉空間內(nèi)的作業(yè)。當(dāng)?shù)叵陆ㄖl(fā)生火情時，很容易出現(xiàn)大量的煙氣聚集，在持續(xù)高溫的情況下，如果消防員親身進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行滅火則會很容易出現(xiàn)意外事件。而利用消防機(jī)器人能夠避免這一問題，憑借其自身優(yōu)勢進(jìn)入到火場進(jìn)行滅火救援，可有效控制火情，規(guī)避人員傷亡[5]。

3.消防機(jī)器人應(yīng)用的優(yōu)勢與缺陷

我國現(xiàn)階段對于消防機(jī)器人的應(yīng)用，存在一定的優(yōu)勢和不足，需要消防救援隊伍加強(qiáng)認(rèn)識，整理運用其優(yōu)勢、正確認(rèn)識其不足，發(fā)揮其作為滅火和搶險救援有效工具的作用。

其中應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在兩個方面。一是消防機(jī)器人的研發(fā)是多種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的融合，比如利用電子技術(shù)、人工智能技術(shù)等，能夠在滅火救援中開展有效的數(shù)據(jù)處理工作，對救援方案的制定和完善具有積極價值。二是由于機(jī)器人的高度智能化和抗損傷性等，具有重復(fù)利用效率高等特點，相比于其他設(shè)備，在火災(zāi)頻發(fā)、救援環(huán)境復(fù)雜的形勢下，優(yōu)勢更加明顯。由此在我國多數(shù)消防救援隊伍中，均配備有應(yīng)對各種險情的消防機(jī)器人，以便于處理災(zāi)情更為快速、有效。

消防機(jī)器人在我國應(yīng)用存在的不足，一是研發(fā)研制耗費時間較長，對資金需求較大，而且研發(fā)制造的過程相對復(fù)雜，對機(jī)器人的更新速度較慢，且在使用場景上具有局限性，在社會日益發(fā)展的進(jìn)程中，難以充分滿足滅火救援的實際需求。二是在對消防機(jī)器人開展操作、維修和保養(yǎng)工作時，對使用者和維護(hù)者的專業(yè)知識以及技能水平要求較高，并且使用和維護(hù)的成本相對較高，除重大火災(zāi)事故外，對消防機(jī)器人的應(yīng)用頻率仍較小，消防員的救援安全問題仍然十分嚴(yán)峻。

三、消防機(jī)器人在滅火救援中的應(yīng)用建議

消防機(jī)器人實際上是特種機(jī)器人類別中的一種，在應(yīng)用過程中，必須要保障其符合具體的救援需求。為充分挖掘消防機(jī)器人的實戰(zhàn)能力，提高工作效率，則需要從以下幾個方面入手。

1.實施聯(lián)合作戰(zhàn)操作方法

近年來我國各地區(qū)的消防救援隊伍大力加強(qiáng)裝備建設(shè)，所配備的消防機(jī)器人數(shù)量開始大幅增長，但在配備種類上側(cè)重滅火類機(jī)器人，實戰(zhàn)中往往是單一的開展滅火救援，出現(xiàn)作用點孤立、救援工作有效性難以發(fā)揮的情況。因此在實戰(zhàn)中，為有效提高救援任務(wù)的完成效率、降低損失程度，消防救援隊伍應(yīng)當(dāng)探究消防機(jī)器人的聯(lián)合作戰(zhàn)操作方法，針對當(dāng)前“全災(zāi)種、大應(yīng)急”的任務(wù)需求，配備多種應(yīng)用場景消防機(jī)器人，制定具有針對性和聯(lián)動性的機(jī)器人救援方案，深入挖掘機(jī)器人的高效配合機(jī)制，快速對災(zāi)情進(jìn)行控制和處理，進(jìn)一步提高消防救援能力。

2.制定合理的消防機(jī)器人調(diào)動方案

根據(jù)我國當(dāng)前對消防機(jī)器人應(yīng)用的現(xiàn)狀來看，雖然其對于滅火救援等險情處理具有較好的作用，但其存在成本高、維護(hù)難等問題。為保障其重復(fù)利用效率得到提升，應(yīng)當(dāng)結(jié)合火災(zāi)現(xiàn)狀，制定合理的消防機(jī)器人調(diào)動方案。當(dāng)發(fā)生重大火災(zāi)事故，比如商廈起火、高層火災(zāi)以及大跨度廠房失火等，需要在最短時間內(nèi)調(diào)動消防機(jī)器人，成立滅火攻堅組，提高滅火作戰(zhàn)能力，盡可能將損失控制到最低。而對于一般危險性較小、初期小型火災(zāi)、現(xiàn)場滅火條件較好的情況，則應(yīng)當(dāng)以消防員盡快滅火為原則，以保障損失程度最小。

3.提高消防機(jī)器人的機(jī)動性能

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，在最短時間內(nèi)解決火源及控制蔓延趨勢是十分重要的，因此需要提高消防機(jī)器人的機(jī)動性能，即是快速將機(jī)器人運輸?shù)交馂?zāi)現(xiàn)場。其是當(dāng)前我國消防救援隊伍在實戰(zhàn)應(yīng)用中存在的重要問題，所以在未來應(yīng)用過程中，需要加快消防機(jī)器人的途中運輸，既要加快運輸速度，又要保障機(jī)器人的性能，可在現(xiàn)有消防設(shè)施基礎(chǔ)上，增加常用消防機(jī)器人存放區(qū)，接到火災(zāi)警情后，按照火災(zāi)通報信息，明確所需消防機(jī)器人的種類及型號，隨車出發(fā)到達(dá)火場以便于及時開展滅火救援。另外一方面，還要與生產(chǎn)廠家聯(lián)合攻關(guān)，對消防機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行不斷優(yōu)化和完善，保障其具有較好的攀爬越障能力，快速達(dá)到起火點，實施滅火作業(yè)。

四、消防機(jī)器人的發(fā)展趨勢

目前我國消防部門所配備的消防機(jī)器人，多是第二代產(chǎn)品，為更好的應(yīng)對未來突發(fā)火情和日益復(fù)雜的火場情況，應(yīng)當(dāng)注重提升其智能化水平。因此按照滅火救援的新形勢和新要求，消防機(jī)器人的發(fā)展將側(cè)重以下幾個要點。

1.注重機(jī)器人行走技術(shù)研發(fā)

機(jī)器人生物行走技術(shù)是新時代最為重要的突破技術(shù)之一，通過仿生學(xué)等理論和實踐，促使機(jī)器人在行走過程中，具有更好的平衡性以及靈巧性。為充分適應(yīng)未來災(zāi)情解決的需要，則會更加注重對機(jī)器人行走技術(shù)的研發(fā)，確保其可在崎嶇不平的地面奔跑和行走，提高機(jī)器人在實際救援工作中的應(yīng)用，發(fā)揮良好作用，美國波士頓動力學(xué)工程公司研發(fā)的大狗機(jī)器人已經(jīng)具備了此類能力。基于此，在消防機(jī)器人未來研發(fā)過程中，也應(yīng)當(dāng)注重對其行走平衡性的研究以及實踐，如可以開發(fā)運輸機(jī)器人，用于地震救援最后一公里的器材裝備運輸?shù)?，促使其在各類環(huán)境中，快速穩(wěn)定執(zhí)行任務(wù)。

2.提高消防機(jī)器人的透視技術(shù)

基于人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)初步實現(xiàn)“透視”功能，其是通過在兩個機(jī)器人之間釋放無線信號，并對信號的衰減情況進(jìn)行有效測量，能夠得到比較清晰的視覺效果圖，用于展示探測區(qū)域內(nèi)的具體情況，誤差可控制在5cm以內(nèi)。該項技術(shù)一經(jīng)問世，得到了業(yè)內(nèi)廣泛的關(guān)注，將其合理運用在消防機(jī)器人，則能夠在地震災(zāi)難、重大火災(zāi)、毒氣泄漏等救援工作中發(fā)揮巨大作用，可有效了解危險環(huán)境的實際狀況、為搜尋和營救工作提供科學(xué)依據(jù)，提高救援效率，降低人員傷亡和財產(chǎn)損失。

3.加強(qiáng)現(xiàn)代化人機(jī)交互技術(shù)

消防機(jī)器人是人工智能技術(shù)實現(xiàn)的重要表現(xiàn)，而為保障其在各類消防救援工作中得到有效利用，則應(yīng)當(dāng)注重強(qiáng)化人機(jī)交互技術(shù)的應(yīng)用。所以在未來消防機(jī)器人的研發(fā)和優(yōu)化過程中，將會更加側(cè)重機(jī)器人與控制終端的對接，加強(qiáng)控制臺的遙控性能，基于遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)無線遙感控制，促使操作者可根據(jù)現(xiàn)場具體情況進(jìn)行操作，實現(xiàn)由人類思維控制機(jī)器人來完成險情處理工作，在滅火救援、地震救援、水下及地下救援等方面，有利于開展高效的偵察和搜救任務(wù)，提高救援效率。

五、結(jié)束語

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)含量不斷提升的新時代下，機(jī)器人在消防領(lǐng)域中的應(yīng)用作用越來越突出，有利于解決現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、危險系數(shù)大等難題，加快各類險情的處理效率。因此結(jié)合我國當(dāng)前對消防機(jī)器人應(yīng)用的現(xiàn)狀，則應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究其聯(lián)合作戰(zhàn)操作方法、制定科學(xué)的調(diào)動方案以及提高消防機(jī)器人的機(jī)動性能。在未來發(fā)展進(jìn)程中，應(yīng)加大對機(jī)器人行走技術(shù)、透視技術(shù)以及新一代人機(jī)交互技術(shù)的探究實踐，從而加深消防機(jī)器人的應(yīng)用效果，提高消防救援工作實效，最大限度的保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

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（無錫市消防救援支隊，江蘇 無錫 214100）