消防機器人的實戰(zhàn)化應用分析

王衛(wèi)俊 丁淋鈞

摘要：隨著國內(nèi)機器人行業(yè)自動化、智能化和無人化的快速發(fā)展，與消防相關的機器人也得到了進一步研發(fā)，消防機器人在消防救援實戰(zhàn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。對消防機器人的發(fā)展背景、關鍵技術、智能化發(fā)展現(xiàn)狀三方面進行了介紹，并對消防機器人在實戰(zhàn)應用中的優(yōu)點、缺點及相應的缺點整改措施進行了探索。

關鍵詞：消防機器人；發(fā)展現(xiàn)狀；存在問題；發(fā)展趨勢

1 消防機器人發(fā)展背景

據(jù)2022年石化行業(yè)經(jīng)濟運行數(shù)據(jù)顯示，截至2022年6月底，全行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量為28500家，比2021年同期增加了1823家，石化行業(yè)占全國工業(yè)總量的比重有較大提升。各類石化企業(yè)的數(shù)量增加、規(guī)模擴大，導致危險化學品泄漏、爆炸、火災事故風險隱患逐年增多。此類災害具有突發(fā)性強、危害巨大、處置過程復雜、防治困難等特點，已經(jīng)成為消防救援隊伍亟須攻克的難題。發(fā)生此類火災事故時，高溫、有毒、濃煙等極端惡劣條件會對消防救援人員的人身安全以及救援工作的順利開展造成極大影響，而消防機器人不僅可以代替消防員進入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險災害事故現(xiàn)場執(zhí)行危險的救援任務，而且還能進行數(shù)據(jù)采集、處理和反饋，有效解決消防員面臨的人身安全、數(shù)據(jù)信息采集不足等問題[1]。

自20世紀60年代以來，機器人技術經(jīng)歷了60多年的蓬勃發(fā)展及迭代更新，取得了巨大進步。自1986年日本東京消防廳首次在滅火工作中采用“彩虹5”機器人后，消防機器人嶄露頭角，逐漸廣泛應用于滅火和救災領域，相關技術也得到了快速發(fā)展。迄今為止，消防機器人已發(fā)展成為第三代高端智能機器人。面對無情的火災，我國也高度重視消防機器人的相關研究，2002年，由公安部上海消防研究所、上海交通大學、上海市消防局共同研制的中國第一臺消防機器人正式誕生，該消防機器人不僅可以行走、爬坡、跨障、噴射滅火，而且還可以火場偵察。

2 消防機器人的關鍵技術

消防機器人是一種特殊的機器人，在消防和應急救援中發(fā)揮著至關重要的作用，其不僅能夠進入危險復雜的特殊作戰(zhàn)場景，而且具備滅火、排煙、偵測、巡檢、預警、通信、危險處理等功能。消防機器人的關鍵技術如下：

2.1? 環(huán)境適應技術

環(huán)境適應技術包括：①越障技術?；饒龅沫h(huán)境復雜多變，需要消防機器人具備跨越障礙的能力，目前應用最多的是履帶式越障機器人。②防爆技術。在易燃易爆等石化火災現(xiàn)場或者燃氣泄漏的高危環(huán)境下，消防機器人需要具備防爆能力去解決火場中的問題。③防護性技術。在火場救援中，消防機器人應該具備防火、防高溫、防灰塵的能力，以避免因上述問題造成的無法工作的情況。

2.2? 感知探測技術

消防機器人采用多相機、多光譜的方式，聯(lián)合算法通過強大的控制系統(tǒng)或處理器進行精確的感知探測，可以實現(xiàn)目標捕獲、噪聲消除、特征提取、目標識別和結(jié)果輸出。消防機器人配有多個攝像頭，可以在遠距離的情況下進行圖像采集與實時監(jiān)控，幫助消防員了解火災的情況。攝像頭采用多方向攝像頭，能夠全方位無死角監(jiān)控，同時具有高清晰度，以便消防員及時準確地了解火情情況。

2.3? 導航技術

一般情況下，消防機器人使用的定位技術主要是北斗、GPS等。面對多源感知的危險作業(yè)場景，消防機器人需要具備實現(xiàn)現(xiàn)場信息融合，在復雜動態(tài)的環(huán)境中進行自主導航與定位的能力，這就需要采用SLAM技術[2]。消防機器人的控制系統(tǒng)通常由硬件、軟件、通信等多部分組成，采用智能化、遠程操控的控制系統(tǒng)，可進行人手操控或自主遙控操控，有較高的靈敏度，能夠?qū)崟r反映消防機器人的行進、操作等狀態(tài)，同時，消防機器人具備自主避障、自主規(guī)劃路線等功能，使得其能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制、自主導航，并根據(jù)周邊地形的變化實時修正自身運動，為消防機器人在操作人員視線以外的地形復雜地域執(zhí)行任務奠定了基礎。

2.4? 工具快換處置技術

消防機器人在火場中作戰(zhàn)往往需要使用不同的工具解決問題，所以它的工具不能只是單一的，需要能夠做到快速切換并鎖緊，進而解決火場中的各類問題。一般機器人的機器臂通常由多節(jié)連接的臂段構成，具備伸縮、旋轉(zhuǎn)、抬升、夾取等功能，可以輔助完成救援、搜救等任務。

2.5? 排煙噴霧技術

火場救援中，煙霧是阻礙救援的因素之一，消防機器人需要具備能夠有效排煙、噴霧的能力來解決煙霧問題。消防機器人的主要任務是滅火，因此配備有消防水槍，能夠噴出高壓的水流，遠距離滅火。

3 消防機器人發(fā)展現(xiàn)狀

為順應經(jīng)濟體系區(qū)塊化、工業(yè)化和一體化發(fā)展的趨勢，石化、能源、倉儲和物流等多類型大規(guī)模公司集中布局，大大增加了大型復雜火災事故發(fā)生的風險。在滅火救援工作中，為了減少人員生命財產(chǎn)損失的可能性，一方面需要掌握更詳細的火災現(xiàn)場信息，另一方面也需要更加注重消防員生命安全的保護。為了響應消防救援工作的實際需求，在“機器換人”和“智能制造2025”等指導方針的推動下，一種專門用于消防救援的機器人——消防機器人開始出現(xiàn)在消防行業(yè)。作為一種集成了眾多先進技術的特種機器人，消防機器人不僅可以幫助人們獲取火災現(xiàn)場的各種信息，還可以取代消防員進入危險區(qū)域進行信息收集，以快速實現(xiàn)滅火的目標并確保消防員的生命安全。

隨著科學技術的快速發(fā)展，消防機器人廣泛應用于消防救災領域，消防機器人滅火技術也得到了快速發(fā)展。我國研發(fā)機器人技術不僅提升了消防裝備的現(xiàn)代化水平，而且還提高了我國消防員應對大型復雜火災的水平，提高了我國消防員的戰(zhàn)斗力和自我保護能力，但我國消防機器人在無線遙控領域與技術發(fā)達國家仍有差距。

根據(jù)中研普華研究院撰寫的《2022—2027年中國消防機器人行業(yè)市場全景調(diào)研與發(fā)展前景預測報告》顯示：我國消防機器人行業(yè)市場規(guī)模持續(xù)增長，2018年我國消防機器人市場規(guī)模為8億元，2019年約為16.5億元，較2018年增加了8.5億元。截至2020年，我國消防機器人市場規(guī)模為15.7億元，2015—2020年市場規(guī)模復合增長率為38.33%，2021年市場規(guī)模達到18.1億元。

4 消防機器人在實戰(zhàn)化應用中的優(yōu)點

4.1? 可執(zhí)行高風險任務

消防機器人可以執(zhí)行一些高風險的任務，比如在火場內(nèi)搜索和救援被困人員，或者控制火勢等。高速公路隧道內(nèi)發(fā)生著火事故，救援人員無法進入火災事故現(xiàn)場時，可遠程操控消防機器人進行快速滅火、生命探測等作業(yè)。

4.2? 可減少人力成本

消防機器人同時具備滅火、排煙、偵測、巡檢、預警、通信、危險處理等功能，可以取代人力執(zhí)行多項任務，不但能減少人力成本，同時也可以保障消防救援人員的安全。

4.3? 可提高滅火救援效率

消防機器人可以進入消防員無法安全工作的地方進行滅火，可以在火場內(nèi)進行快速的搜索和救援工作，提高滅火救援效率，縮短救援時間。消防機器人還可以通過傳感器等設備獲取火場內(nèi)的信息，從而輔助指揮人員更好地指導救援工作。幾個消防機器人可以作為小組半自動工作，通過相機附接時，消防員可以觀察到環(huán)境并引導機器人，以控制火勢。少數(shù)高端消防機器人可以自主工作，如使用紅外傳感器進行探測，使用超聲波傳感器進行避障，并使用水或二氧化碳滅火。在路徑規(guī)劃時，使用有效的路徑規(guī)劃算法來規(guī)劃消防機器人的路徑，可以有效減少消防機器人檢測火災所需的時間，提高救援效率。

4.4? 可提高安全性

隨著科技的發(fā)展，消防滅火機器人的出現(xiàn)大大提高了救援的安全性，減少了人員傷亡。消防機器人可以在火場內(nèi)執(zhí)行任務，避免了人員在高溫、高壓、有毒煙霧的環(huán)境中工作?；馂默F(xiàn)場本身就存在著特殊性，要是遇到地形復雜的火災環(huán)境更是會成倍增加滅火工作難度，這時就可以利用消防機器人進行滅火。

5 消防機器人在實戰(zhàn)化應用中的缺點及整改措施

5.1? 技術成本高

消防機器人的技術成本高主要體現(xiàn)在：首先，消防機器人的購買和后續(xù)維護保養(yǎng)成本較高，需要投入大量的資金，這對于一些財政資金不充裕的地區(qū)來說可能難以承受。其次，部分高精尖技術仍然依賴進口，而進口基本上與高價掛鉤。最后，消防機器人技術的研發(fā)和應用需要投入大量的資金和人力資源。針對技術成本高這一問題，可以采用多種方式進行解決，如降低材料成本、優(yōu)化設計并且通過優(yōu)化設計改變材料配比、尋找替代材料等。

5.2? 技術難度大

制造消防機器人的技術難度大，需要相關工作人員具備較高的技術水平和扎實的專業(yè)知識。為了解決技術難度大這一問題，首先，需要加強技術培訓和知識普及，優(yōu)化設計和制造流程，進而降低制造難度和成本。其次，通過加強研發(fā)和創(chuàng)新，探索新的技術和方法，提高技術水平和創(chuàng)新能力。最后，從多個方面入手，通過與其他企業(yè)、科研機構、高校等建立合作關系，加強合作和交流，共同推動消防機器人技術的發(fā)展和應用。

5.3? 適用場景有限

消防機器人的使用范圍有限。為了解決這個問題，可以加強消防機器人在行進方式、救援工具等方面的多功能性設計，使其可以在地震、洪澇等災害救援中多場景應用。同時，消防機器人的智能化設計，也可使其進行自主決策和（下轉(zhuǎn)第53頁）（上接第32頁）任務規(guī)劃，適應不同的應用場景。此外，還應加強宣傳和推廣，提高公眾對消防機器人的認識和了解，從而擴大其應用范圍。

5.4? 可靠性和穩(wěn)定性有待提高

提高消防機器人的可靠性和穩(wěn)定性，能夠保證在火場內(nèi)的任務得到準確無誤的執(zhí)行，避免發(fā)生不可預知的后果。針對消防機器人的可靠性和穩(wěn)定性有待提高這一問題，在機器人的設計和制造過程中，應該注重質(zhì)量控制，確保機器人的各個部件都符合標準要求，并且能夠承受長時間的使用和高強度的工作負荷。在機器人的研發(fā)過程中，應該進行充分測試和驗證，包括模擬測試、實驗測試和現(xiàn)場測試等，以確保機器人的性能和穩(wěn)定性符合要求。提高機器人的自適應能力，使其能夠根據(jù)環(huán)境和任務的變化自動調(diào)整自身的運行狀態(tài)和參數(shù)。強化機器人的維護和保養(yǎng)，包括清潔、潤滑、更換零部件等，以確保機器人的各個部件都處于良好的工作狀態(tài)。機器人在執(zhí)行任務時，需要考慮安全因素，包括機器人的防護措施、安全傳感器、緊急停止裝置等，以確保機器人的安全性和穩(wěn)定性[3]。

6 結(jié)語

綜上所述，隨著技術的不斷進步和消防救援職能的不斷完善，消防機器人定會在未來的消防救援中扮演更為重要的角色。目前消防機器人的研發(fā)和應用已經(jīng)有了很大的進步，消防隊伍列裝配備的覆蓋面越來越大，消防隊伍要充分利用消防機器人在保護人員生命安全方面的特殊優(yōu)勢，不斷總結(jié)成熟經(jīng)驗、研發(fā)新型戰(zhàn)法，逐步完善消防機器人在多環(huán)境、多場所的實戰(zhàn)應用，切實提升整體應急救援能力。

參考文獻：

[1]劉方波.消防機器人在化工區(qū)滅火救援中的應用[J].化纖與紡織技術，2022，51（11）：74-76.

[2]王子幼，胡斌.消防機器人導航控制技術研究[J].消防科學與技術，2022，41（9）：1263-1267.

[3]黃淵，劉弘毅.多模消防機器人在應急領域的設計和應用[J].消防界（電子版），2023，9（1）：37-39.

Analysis of practical application of fire robot

Wang Weijun，Ding Linjun

（Shaoxing Municipal Fire and Rescue Brigade， Zhejiang Shaoxing 310000）

Abstract： With the rapid development of automation， intelligence and unmanned in the domestic robot industry， fire-related robots have also been further developed， and fire robots are playing an increasingly important role in actual fire and rescue. The development background， key technology and intelligent development situation of fire robots are introduced. The advantages， disadvantages and corresponding rectification measures of fire robots in practical combat applications are explored.

Keywords： fire robot; development situation; existing problem; development trend