生命探测仪的技术原理与应用改进措施

张兰相

生命探测仪的技术原理与应用改进措施

张兰相

(上海市消防总队 宝山战勤保障大队，上海 201901)

生命探测仪被消防部队广泛应用于各类抢险救灾中，特别是在地震、建筑物倒塌等重大抢险救灾工作中，生命探测仪扮演着十分重要的角色。就生命探测仪的基本原理、设备自身的优缺点和消防部队在生命探测仪应用与管理中存在的问题进行分析，进而有针对性地提出生命探测仪的改进措施和发展前景，以期能够推动消防救援与生命搜救工作的进一步发展。

消防；生命探测仪；技术原理；改进措施

在人类的长期发展历史进程中，自然灾害成为威胁人类生存与和平生活的重要影响因素，尤其是在地震、海啸以及其他重大地质灾害面前，生命显得极其的脆弱与渺小。当自然灾害发生之时，如何竭尽所能以最快的速度抢救危险之中的生命，无疑成了最为关键的任务。随着现代救援技术的不断发展，越来越多的高新技术成果开始应用于消防救援工作之中，生命探测仪就是其中具有代表性的设备之一。例如，在2008年5月12日的四川汶川地震、2010年4月14日的青海玉树地震、2010年8月7日的甘肃舟曲泥石流、2016年11月24日江西丰城电厂发生的倒塌事故等救援工作中[1]，生命探测仪都发挥了重要作用。

一、生命探测仪的类型及原理

生命探测仪是重大灾害事故之后生命搜救工作的重要组成部分，也是当前世界各国救援工作领域中最为专业与先进的搜救检测工具，在定位、探索与搜寻生命体方面发挥着不可替代的作用[2]。由于生命探测仪的构造存在差异，仪器的类型分类也呈现出多样化发展，这就需要在救援活动之前进行有针对性的选择。在目前的消防救援领域，生命探测仪主要有以下几种类型：

(一)音频生命探测仪

音频生命探测仪目前已发展到第四代产品。通过两个或多个极灵敏的音频震动探测仪，能够识别在空气或固体中传播的微小震动，适合搜寻被困人员，并可通过音频传输系统与被掩埋的人员建立联系。它的特点是使用两个音频滤波器，可以将周围的背景噪音作过滤处理，能够有效屏蔽来自救援现场的重型卡车或者其他重型机械所产生的噪音[3]。主要应用于被困在混凝土、瓦砾或其他固体下的幸存者，能准确识别来自幸存者的声音如呼喊、拍打、划刻或敲击等。音频生命探测仪优点是灵敏性高，缺点是由于其自身是一种被动接收音频声波的仪器，因此容易受到现场噪音的影响，探测速度较慢。在市场上较常见的有法国雷德尔公司及加拿大DELSAR公司生产的音频生命探测仪。

(二)视频生命探测仪

视频生命探测仪也叫光学生命探测仪，俗称“蛇眼生命探测仪”。主要是利用摄像头进行可视性探测，可形象地理解为“胃镜”。其特点是探头可以伸入灾害现场细小缝隙，利用可见光，通过CCD传感器摄像传送到显示屏成像，可以直观地发现被困人员。主要应用于对难以到达的地方进行快速的定性检查，广泛应用于矿山、地震、塌方救援中[4]。视频生命探测仪的优点在于可以直观看到受害者，操作简单。缺点是视频生命探测仪必须要求现场有或大或小的孔洞、裂缝等，才能将探头伸入观察到内部的情况，光纤探头容易被泥土等污染而造成图像不清，而且一旦碰到障碍物便无法前行，因此在使用中也受到一定的限制。视频生命探测仪多与音频生命探测制成一体，综合使用，一般用于确定已发现幸存者的具体位置情况。比较常见的有日本YONE公司、法国雷德尔公司、美国ZISTOS公司、加拿大DELSAR公司生产的光学生命探测仪。

(三)雷达生命探测仪

雷达生命探测仪的原理是感应人体所发出超低频电波产生的电场(由心脏产生)来找到“活人”的位置。超宽谱雷达检测人体的生命参数与连续波雷达的原理有所不同，它以脉冲形式的微波束照射人体，由于人体生命活动(呼吸、心跳、肠蠕动等)的存在，使得被人体反射后的回波脉冲序列的重复周期发生变化，从而对人体进行搜救[5]。其特点是能够探测到微弱的呼吸和运动，且不受环境温度和声音干扰，也不影响其他无线设备。其缺点为雷达电磁波无法穿透实心金属屏蔽墙而探测到墙后的被困人员，这在大跨度钢结构建筑倒塌救援中受到很大限制，并且在操作过程中要确保掌上电脑与无线探测发射器之间的距离在规定范围内[6]。雷达生命探测仪在国内市场出现最早的为美国超视公司的“莱福”，现在随着救援行业的兴起，国内逐渐出现了一些以研究震动技术为主的专业生产厂家，如西安必肯科技发展有限公司生产的雷达生命探测仪在国内应用广泛。

(四)超低频电磁生命探测仪

超低频电磁生命探测仪是利用人体心肌跳动产生的超低频电磁能，来进行生命探测，可有效区分人与其他动物[7]。其特点是采用被动工作方式，工作时自身无声，难以被对方发现，可穿过金属、墙壁和深水等对人体定位。主要应用于采空区探测、含水层探测、巷道探测等领域。

(五)静电场生命探测仪

静电场生命探测仪是利用人体能够产生静电场以及两个极性相反的静电场之间存在吸引力的原理。它的特点是设备较轻，仅有0.45 kg，使用时天线弯折的方向就是被困人员方向。缺点是由于操作方法的不同，以及每个人的静电场不同，探测效果的差距比较大。比较典型的有美军为特种部队研制的静电场隔墙探测仪。

(六)气敏生命探测仪

气敏生命探测仪的原理是测量现场人类呼出二氧化碳气体的浓度，当现场二氧化碳的浓度上升到1 100 ppm以上时，气敏生命探测仪就可以探测到人体的存在信号。特点是操作和维修都比较方便，不足之处是其对环境的要求比较高，只能在密闭环境、无风的地方应用。主要用于建筑物等倒塌灾害现场的人员搜寻。

二、生命探测仪的应用

我国地域广阔，地形、地质复杂，自然灾害多发。2008年5月12日四川汶川地震救援工作中，全国各地公安消防部队赶赴现场，携带大量的救援装备，其中国内的生命探测仪共分三大类：热红外生命探测仪、视频生命探测仪和雷达生命探测仪。特别是雷达生命探测仪，以其自身的科技优势，在生命搜救工作中发挥了突出作用。2016年11月24日江西丰城电厂发生的倒塌事故救援工作中，江西省公安消防总队迅速调集大量救援力量及装备赶赴现场，其中生命探测仪就带了12台，在救援工作中起到了重要作用。哪里有倒塌类事故，哪里就能发现各类生命探测仪的身影，在各类事故灾害发生时，生命探测仪已经成为救援工作的一部分。

三、生命探测仪的改进措施

生命探测仪的应用非常广泛，但是各类生命探测仪本身存在的缺陷也是明显的，上文已经介绍和分析了各类生命探测仪的优点与缺点。笔者认为，在今后，生命探测仪还可以从以下几个方面进行改进和提高。

(一)开发研制综合性生命探测仪

目前我们所使用的生命探测仪，基本上都是利用单一工作原理，如声音、图像或气体等，缺少综合性的检测设备，即便是有，也只有两种功能合并。北京凌天公司生产的YSR消防雷达生命探测仪，可以集雷达探测、呼吸二氧化碳气体探测、红外热成像探测功能于一体，理论上讲，已经属于综合性生命检测设备。综合性的检测设备研制与开发难度较大，之所以会出现这种情况，一方面是技术方面的限制，另一方面综合性的检测设备相对比较笨重，携带及操作不便。但是，综合性的生命探测仪实用性还是比较强的。

(二)提高单一检测能力

目前，我国的生命探测仪开发研制工作已取得长足进步，主要还是研发单一检测产品，从各类设备的名称上基本上就能看出来。现在，高科技公司不断涌现，功能更强大的生命探测仪不断被制造生产出来。西安必肯科技发展有限公司自行研制的新型生命探测仪器“SJ-3000搜救雷达”属于超宽谱脉冲雷达探测仪，能够在12 m深、60度的扇形区域进行搜寻。使用该仪器，搜救人员可以在100 m外进行搜救。必肯公司的SJ系列生命探测仪目前在穿透距离、遥控距离、定位精度等主要技术参数上都保持世界领先水平。即便如此，该设备也只能穿透24 cm砖墙厚度，与实际救援工作要求距离还是很远，提升的空间依然很大。

(三)提升智能化程度

我们现在使用的生命探测仪，比如视频生命探测仪，需要把探头放入搜救空间，根据终端视频，调整探头角度观察其他方向情况。但是，在碰到有物体遮挡住探头前伸的方向的情况下，就无法绕过障碍物继续开展救援，这整个过程几乎全是人为操作，体现不出智能化。如果把探头放入搜救空间，它能够自动判定角度并展开搜索，上传视频至终端设备，也就是常说的“机器人”，再进一步，如果它能够绕开一些障碍物，搜救工作将进行得更加彻底。

(四)设计小巧轻便的生命探测仪

与科技含量成正比，生命探测仪精准度越高，探测能力越强，设备的“个头”越大分量也越重。音频生命探测仪、视频生命探测仪与雷达生命探测仪相比较，整体性能没有雷达生命探测仪强，但是雷达生命探测仪的重量也远超过前者。搜救人员在展开作业时，往往要一个人专门携带探测主机，其他人操作掌上电脑。我国西安生产的SJ600型雷达生命探测仪探测效果不错，但是其前置设备相对较大且有一定重量，要把它应用于不停的搜寻工作中需要花费不少力气。因此，如果能在制造材料上下功夫，把雷达生命探测仪的重量降下来，又能保障产品的质量，这将会节省搜救人员的体力。

(五)做到保养简单，维修方便

消防部队配备生命探测仪之后，每隔一定时间要对设备进行维护保养。但是，生命探测仪属于精密设备，在维护与保养中有特殊的要求，如AG-4438型红外热视仪，镜头严禁用水或其他清洁剂清洗，甚至不得用湿布擦拭；E116型音频生命探测仪平时即使不用，也要每两个月通电预热一次，每次通电30 min；BVA6型视频生命探测仪要注意保护显示器防止摩擦受损；SJ600型雷达生命探测仪每周要进行电量检查，以保证临警好用。如果不是非常专业的人员，很难正确对这些昂贵的设备保养，甚至有可能损坏设备。因此，生命探测仪的保养要简单些，一般的问题维修时要方便些。如果任何问题都要找厂家专业人员，很难保证设备的正常、及时维护保养。

(六)对操作者和被困人员要更安全

现在研发的生命探测仪，对操作人员的辐射危害性已经大大降低，甚至远低于一部手机的危害，控制方式也从有线到无线、蓝牙或WiFi控制方式。但是，再小的危害也要充分认识到，不能忽视一名救援人员长期从事这项工作时可能带来的后果。超宽谱雷达生命探测仪穿透能力强，能探测到被埋生命体的呼吸、体动等生命特征，并能精确测量被埋生命体的距离深度，具有较强的抗干扰能力，已经成为目前研究的热点探测仪。毋庸置疑，该设备也必定具有辐射性，只有随着设备技术水平的提高，对操作人员的危害性逐步降低，才是真正的提高。

四、生命探测仪的发展前景

伴随着我国社会的不断发展，生命探测仪的运用更加广泛，在特定的领域，生命探测仪发挥了不可替代的作用，可以预见它的广阔前景。应用方面，除了地震、建筑物倒塌、泥石流等现场救援外，还可用于港口、船舱、货柜、空屋等非法偷渡者可能藏匿地点的排查；警方人员可用它侦测到歹徒与人质的位置，供攻坚时参考；可用于公安、武警、军事危险区域及各种复杂障碍区域的搜索和跟踪，可及早发现目标，减少伤亡；长距离天线侦搜距离达500 m，可协助海岸巡防人员侦测偷渡人员上岸位置。甚至可在监狱门口对过往车辆进行排查，预防犯人非法偷逃。由此可见，生命探测仪有广阔的应用前景。

五、结束语

综上所述，生命探测仪作为现代消防救援工作的重要技术手段和组成部分，在当前的自然灾害与事故救援工作之中发挥着不可替代的重要作用，在生命探测仪的使用过程中，只有不断总结实践经验，不断提升科技含量，开发研制新产品，才能发挥生命探测仪的最大效能，形成人与装备完美结合，不断提升消防救援队伍的战斗力，为我国各项建设事业保驾护航。

[1] 李浩.汶川大救援:高新技术临危受命[J].发明与创新(综合版),2008(6):5-6.

[2] 刘忻.生命探测仪[J].现代班组,2008(6):19.

[3] 张进良.国外消防抢险救援器材装备与工具[J].消防技术与产品信息,2007(6):80-84.

[4] 王淼.生命探测器[J].物理教学,2008(10):64.

[5] 路国华,杨国胜,王健琪,等.雷达式生命探测仪中人体数量识别技术的研究[J].北京生物医学工程,2005,24(1):29-32.

[6] 马伟光.中国消防手册:第十二卷 消防救生装备[M].上海：上海科学技术出版社，2006.

[7] 游林儒,吴庆家,文小琴.基于超低频电磁波的穿墙生命探测技术[J].传感器与微系统，2008,27(6):24-26.

(责任编辑 陈 华)

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

张兰相(1979— )，男，山东临沂人，助理工程师。

TP73;D631.6

A

1008-2077(2017)04-0036-04