智能消防车的发展研究现状

李明璐，尹艺玲

（西华大学机械工程学院，四川 成都610039）

0 引言

在日常生产生活中，火灾作为最为常见的突发性灾害之一，带来的人身和财产损失是不可预计的。据中国公安部官方公布的资料表明，2016年，全国共接报火灾31.2万起，亡1582人，伤1065人，直接财产损失37.2亿元[1]。传统的消防灭火依靠消防员配套一些消防设施来完成，在灭火时消防员总是冲到事故第一线，但在与火灾的多年斗争中，人的力量往往是很弱小的，消防员在灭火时要面对诸如高温、黑暗、有毒和浓烟等高危环境，这往往会危及消防员的生命安全，带来不必要的人员伤亡[3]。为了更好地解决前述难题，智能消防灭火车应运而生。

智能消防车的功能需求不同于一般的智能小车，甚至可以称为消防机器人，它要求对环境的感知灵敏而准确，能够及时避开障碍处理险情。中国第一代消防机器人能够实现自主行走、翻越障碍、喷射灭火和环境侦查等功能[4，5]。消防机器人融入了机械、电子、计算机、控制和人工智能等众多先进技术，作为特种机器人的一种，不仅能帮助获取火灾的各项信息，更能协助或代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险事故现场，快速准确地进行数据采集、处理及反馈[6]。

随着工业4.0时代的到来，各国工业迎来了飞速发展的黄金时期。目前国内外都开展了智能消防车的研究，并取得了一些成果[1]。随着中国制造2025的提出，在2016年印发的《机器人产业发展规划（2016-2020）》中，消防机器人被列为十大重点推动的产品。在国家政策的支持和各行业多年技术积累的推动下，我国消防机器人行业发展形势大好。

1 国外发展现状

1.1 国外发展历史

国外智能消防车的发展研究可追溯到上世纪80年代，美国和原苏联较早开始了对智能消防灭火车的应用研究，随后，英、日、德、法等国家也对该类技术进行了大量的研究，目前已有多种不同功能的智能消防车用于救灾现场。国外对智能消防车的研究总体可分为三个阶段，第一代消防车主要是通过编写程序来控制消防车的实际作业，第二代消防车加入了一定的感知功能，第三代则被称为智能化消防车。

智能消防车带有多种传感器，而且能将传感器得到的信息进行融合，具备很强的自适应能力和学习能力。但目前发达国家研制的智能消防车的智能化水平并不太高，只能说是智能消防车的初级阶段。高级智能消防车作为高新技术被很多国家和地区列为国家技术发展规划，作为保证经济快速发展的一个重要手段[11]。

1.2 国外市场上具有代表性的产品

（1）美国研制的履带式TAF20多功能消防灭火车。FAT20由远程操作控制，能实现在危险复杂事故现场进行数据采集、处理、反馈，如图1所示。

图1 F AT20消防灭火车

（2）美国研制的萨迈特遥控消防车。萨迈特体型小、运动灵活、爬坡能力出众，适应大部分复杂路面，可将火场高清图像传送到后方，如图2所示。

图2 萨迈特遥控消防车

（3）美国InRob Tech公司神产的FFR-1型消防车。采用遥控控制，在高温环境中具有顽强的生命力。

（4）英国智能化保安公司生产的RO-VEH遥控消防车。该消防车配置为履带式或轮式行驶机构，采用有线控制方式。

（5）德国施密茨公司生产的LUF60型雪炮消防车。LUF60具有排烟、灭火、稀释、冷却等功能，可在300 m距离内进行遥控操作[7]。

（6）英国研发的消防机器人QinetiQ，装载有高压输水开关和热成像仪，能随意进入高度危险区域。

（7）日本消防研究所研发的小型消防车FLYGO。配置驱动轮或履带式行驶机构，有较好的爬坡和跨障能力，能进入危险场所收集信息，帮助救灾。

（8）日本 Sohgo公司生产的‘Guardrobo D1’消防安全机器人。该款机器人装有灭火装置，能自动灭火并及时将拍摄图像发给操作人员。

（9）俄国国立大学研发的移动消防车。用于火灾救援和各种特殊情况下的消防侦察灭火。

除了上述产品外，其他国家也有多种功能各异的消防智能消防车，且逐步向第三代高端智能化发展。但总的来说，由于生产成本高，维护难度高，很难实现大规模在消防部门配备使用。

1.3 国外技术发展情况

80年代，日本投入研发及应用了不少于5种型号的智能消防车。该类智能消防车以电动机或内燃机为动力驱动系统，配置履带式或金属轮行驶机构，具有爬坡、越障等功能，装有消防水枪炮、热像仪、气体检测装置和工业电视摄像机设备；通过电缆或自身携带蓄电池供电；采用有线控制的控制方式，控制最大距离为100 m。

另一种投入使用的为消防侦察、抢险所用。采用电机或者内燃机作为动力供应源，配置履带车轮驱动平台；搭载各种传感器组成的检测系统；通信方式采用射频无线通信方式，同时装有机械手，能通过遥控控制机械手启闭阀门、搬移物品等。

2 国内发展现状

2.1 国内发展历史

我国自上世纪90年代开始着手研制智能消防车，该研制课题被列入863高科技计划研究发展项目，并由多方单位共同开展研发工作[2]。目前已有30多家高校和科研机构从事智能灭火消防车的技术研发，尤其是近几年，智能消防车的研制得到了国家有关部门的大力支持。1995年，由上海市科学技术委员会批准公安部上海消防科学研究所研制的我国第一台消防智能车，即自行式消防炮诞生，标志着我国对于智能消防车的研制进入了战略发展阶段，填补了我国在消防机智能车领域的空白。

2.2 国内市场上具有代表性的产品

（1）上海强师消防装备有限公司生产的JMXLT50型灭火消防车。主要由底盘、遥控装置、环境检测系统、水喷雾供给系统和电液控制系统组成[9]。

（2）上海消防研究所研制的JZX-GL/A消防侦察机器人。作为我国首台防爆消防侦察机器人，该机器人具有体积小、重量轻、速度快的特点[8]。

（3）沈阳市消防支队、天津鼎力机电有限公司和大连连美消防设备有限公司联合研制的智能遥控消防车。该车利用东风8 t载重汽车底盘，配备大功率远射程水炮和无线传输摄像系统。操作人员通过控制器控制车辆在500 m的距离之内运动[10]。

（4）山东国泰科技有限公司研发的RXD-M40D-GT02消防灭火车。适用于消防人员无法靠近的危险场所，进行火场环境侦查与检测。

（5）由山东省公安消防总队潍坊支队、山东安华智能股份有限公司及山东大学合作研发的“智能空间”消防机器人。该机器人可以在连续高温下作业，具有防水、防爆等功能。

（6）由上海海伦哲国际消防装备公司生产的消防车。该消防车具有灭火、排烟、降温、除尘、抢险救援、侦察检测、图像采集等功能。

（7）中信重工开诚智能装备有限公司研制的防爆消防灭火侦察机器人，该机器人具有自主避障、现场救援等功能。

我国研制的智能消防车可在大型复杂火灾中提高消防部队的作战效能。它的投入使用，将有效地避免参战消防官兵的伤亡，是传统消防车的一次重大技术革新。

2.3 国内技术发展情况

我国研发的第一代多功能智能消防车已通过验收并顺利进入产业化阶段，第一代智能消防车拥有完整的消防智能控制系统，该系统由车体、控制系统和供电系统组成，动力来自外部供电系统，在高压喷水的基础上配置了冷凝剂，可完成车体控制、灾情检查、灭火、冷却、稀释等工作。

我国研制的智能消防车可分为消防灭火和消防侦察两种。这两种都采用履带式的行驶机构，可上下楼梯、爬坡和原地转弯；通过配备热像仪、摄像头、测温仪等传感器设备，消防车可进入灾害现场进行环境数据、语音信号、图像信号的采集，并将采集的信号实时处理后通过无线传输的方式送到控制室，为救援决策提供依据。

3 国产智能消防车发展面临的问题

（1）智能化程度不够

国内智能消防车研究起步较晚，且多由传统机械类、消防设备类公司从事这方面的研发工作，更多地是在原有消防车上增加控制系统，对于在感觉、智能化等方面缺乏研究。目前国内智能消防车多处于第一代的程序控制阶段，控制、决策多依赖消防人员，协同能力较弱。近年来，陆续有专家学者开始第二、第三代智能消防车的研究。

（2）可靠性不高

国产智能消防车使用的关键零部件在性能、可靠性、使用寿命等方面难以满足要求，需要长期依赖进口，尤其是减速器、伺服电机和驱动器、控制器、传感器、执行机构这五大关键零部件。由于智能消防车研究的系统较为复杂，国内生产的厂家没有统一的标准，质量参差不齐，正常使用和维护保养均需一定的费用。

（3）环境识别能力弱

在实际应用中，国内现有的智能消防车难以与消防人员形成良好的配合。人机交互性不够，消防车往往只能对单一因素进行判断，对环境的变化情况不能完全掌握，研制出的智能消防车往往只针对某一特定的危险状况，通用性不够。

4 对我国智能消防车发展的建议

无论消防车技术如何发展，消防车都必须从灭火救援的实际出发，即满足部队灭火救援的实际需要，再进一步挖掘智能消防车在实战中的应用潜力。

（1）解决导航和定位技术。在自主移动消防车导航中，无论是局部实时避障还是全局路线规划，都需要精确知道消防车或障碍物的当前状态及位置，以完成导航、避障等任务[16]。

（2）寻求最优路径规划。依据某个性能指标或优化准则，在消防车工作空间中找到一条从起点终点、可以避开障碍物的最优路径。

（3）加快消防车本身核心技术和关键部件的掌握。运用联合作战法，提升消防车作战联动性。

（4）多传感器耦合技术。如采用GPS技术可实现消防车的定位；采用陀螺仪测定消防车的速度、位置、姿态信息等；采用火焰传感器来判别火焰位置等[13]。

5 我国智能消防车发展趋势

（1）自主智能化

随着智能控制技术的迅速发展，在今后的发展中自主决策、自主行动、自我保护将成为高级智能化消防车的发展趋势[14]。

（2）功能集成化

智能消防车作为救援灭火的有效工具，应集侦察、破拆、搬运、灭火、冷却等多功能于一身[15]。消防车的技术集成度高，涵盖了机器人控制器、传感器、移动技术、远程通信等部件和领域在内的多项核心技术，一旦取得进步，必将对我国智能消防车产业起到巨大的提升作用。

（3）传感技术融合化

消防车既要对外部环境进行监测，又要对内部方位信息进行判断。通过综合多个传感器的感知数据，产生更可靠、准确、全面的信息，经过融合的多传感器系统能够更加完善、精确地反映检测对象的特性，消除信息的不确定性，提高信息的可靠性。

（4）高效节能化

优良的消防器材的开发往往对产品的高效、节能、环保等性能指标提出较高要求，智能消防车也会朝着灵活轻便、高效节能的方向发展。

6 结束语

智能消防车是一个综合性交叉学科研究项目，主要涉及材料、机械、控制、环境科学和安全工程等多个学科。近年来，中国智能消防车的研制工作得到了政府有关部门的支持，已有越来越多的消防指战员认识到其重要性，市场需求正在逐步形成。

随着科学技术的不断发展，我国目前的智能消防车技术水平也有了很大的提高，但是我们应在结合现有工业和技术基础，充分利用有关研究所、学校、企业及使用部门技术力量的同时，加强国际技术交流与商务合作，尽可能多采用成熟技术，注意配套技术（如运载底盘、监控等），确保使用智能消防车的可靠性与实用性。