消防机器人应用现状及发展趋势

陶杰

摘 要：基于社会经济的高速发展，科学技术不断进步，人工智能（AI）已经成为当前各个行业作为热门的应用技术之一。而在消防领域，通过机器人开展灭火和抢险救援具有较好的优势，可以代替消防员在危险的工作环境中有效处理各种险情，在保障公共安全方面发挥着重要作用。鉴于此，本文主要分析消防机器人的应用现状，并分析其未来发展趋势。旨在为消防机器人在实际中的应用以及改进方向提供借鉴和指导。

关键词：消防机器人;应用现状;发展趋势

分类号：TP242

前言

在高科技产业迅速发展的时代下，机器人的出现极大地提高了人类的生产效率和能力。在消防领域内应用机器人，能够协助或替代人类执行具有一定危险性的工作，在灭火救援、化学事故和易燃易爆等特殊紧急险情中，消防机器人能够发挥良好的作用和功能，尽量减少人员伤亡和财产损失。近年来，随着经济社会发展和消防救援的需求，消防机器人得到了较为广泛的应用，将消防救援工作推向了新发展局面。

一、消防机器人概述

1.消防机器人的技术特征及分类

消防机器人能够凭借自身而产生动力，在预设定程序的控制或实时控制下，实现对工作的有效执行。其属于特种机器人中的一种，可提高消防工作能力，及时排除和解决各类险情。就目前而言，消防机器人可按照控制方式进行分类，包括线控机器人、无线遥控消防机器人、自适应消防机器人等，也可按照智能化程度分为程序化控制机器人、智能控制机器人、具有感觉功能的计算机辅助机器人等。其中对感觉功能进行分类，又包含了视觉消防机器人、嗅觉消防机器人、温感、烟感消防机器人以及触觉消防机器人等。另外按照救援功能划分，则有侦察机器人、灭火排烟机器人、防爆机器人、救援机器人、破拆机器人等[1]。

2.消防机器人的需求分析

由于消防机器人的出现，是在先进制造技术与智能控制算法相结合的条件下而产生的，且具有耐受高温、有毒等各种恶劣环境的优勢，因此在工作中具有超过消防员个人作战能力的优势，当发生险情时，消防员可与灾害现场保持一定的安全距离，通过投放消防机器人可探寻灾害发生原因，实施火源清除、破拆排烟和搜寻被困者等工作，在处理效率和能力上都具有相对较好的作用。并且最近几年，国际和国内的消防机器人在产品性能、功能及稳定性方面都有了较大的提升，能够针对不同的险情采用相应的功能，趋向智能化、高效化。在现阶段我国社会经济建设日益频繁的大环境下，火灾、爆炸等事故的危险系数大、扑灭难度大，通过利用消防机器人则能够高效应对各种复杂环境、处理各类危险源，降低生命财产损失[2]。因此我国各地消防救援队伍纷纷开始配备消防机器人，对其需求是十分巨大的，而且重要性日益凸显。

二、消防机器人的应用现状

1.目前应用的消防机器人类型

就目前阶段，我国消防机器人主要用于灭火救援等消防工作中，比较常见的类型包括以下几种：

（1）消防灭火机器人。国内外具有生产，为全驱动轮式或者履带式，基于液压系统驱动行走机构，可远程遥控消防炮。主要构成包括底盘、环境与内部温度监测系统、水喷雾冷却系统、水击泡沫供给系统和电液控制系统等。适用于火灾扑灭等消防工作。

（2）消防侦察机器人。国内主要对这一类机器人的应用，主要是由我国自主研发，主要特点是体积小、速度快、重量轻，而且能够搭载视频传输系统、有毒气体检测系统以及红外热成像仪等设备，能够进入到易燃易爆、有毒有害、浓烟缺氧环境中，对现场信息进行准确的采集，通过向后场终端传输实时图像、语音、气体测量数据等，可有效提高消防员的人身安全，为现场指挥人员提供解决方案和决策依据[3]。

（3）消防破拆机器人。对这一类机器人的应用多数为自瑞典引进，其外形与挖掘机等设备较为相近，组成结构包含液压机械臂、旋转系统、履带驱动装置、作业工具和控制台等。具有体积小、重量轻、功能强、工作时间较长、运输便捷等透视。在底坑边缘、坑洼不平、斜坡表面等危险作业区域，可利用远距离无线电进行控制，高效开展挖掘、破拆、障碍物清除等消防工作，极大的降低了消防员的危险性，确保消防救援工作有序进行。

（4）多功能消防机器人。当前我国对这一类机器人的应用，有两种型号。一种是从德国引进的“陆虎60”消防机器人，其可实现陆地和轨道两种行驶模式，借助安装的大功率喷嘴实现灭火酒宴，最大流量能够达到400L/min，将水很赞化为大量水雾，降低周围环境，有利于改变烟道的气流方向，从而驱散有毒有害气体，在地铁、隧道、化工厂等相对密闭的环境中具有良好运用。另外一种为国产“格拉曼MP60”消防机器人和意大利进口“战斧”消防机器人，在前一种机器人基础上，减小了喷嘴的直径，增设液压破拆臂以及视频采集装置或直流水炮等，能够实现冷却、灭火、排烟以及破拆清障、信息采集等多功能，适用于各种复杂环境的消防救援工作[4]。

2.消防机器人应用范围现状

首先，在高层建筑中发生意外火情时，由于建筑层数较多、并且存在部分功能设置对灭火救援产生阻碍，如不采取有效控制手段，就会导致大火蔓延。此时应用消防机器人，则能够打破消防员进入现场的限制性，并提高安全性，快速进入火灾现场针对火源进行扑灭，控制火灾发展形势。

其次，在隧道和地铁等空间内突发火情，可利用消防机器人，进入封闭和狭小区域，对起火点进行有效控制和扑灭。同时地铁或隧道内的电气和动力设备要求具有较高的绝缘性能，并确保照明设备、屏蔽封闭门等得到较好的完善。通过应用消防机器人，可实现定期检查、维护和更新设备设施，避免发生火灾、爆炸等安全事故。

最后，消防机器人可应用于地下建筑或者其他密闭空间内的作业。当地下建筑发生火情时，很容易出现大量的烟气聚集，在持续高温的情况下，如果消防员亲身进入现场进行灭火则会很容易出现意外事件。而利用消防机器人能够避免这一问题，凭借其自身优势进入到火场进行灭火救援，可有效控制火情，规避人员伤亡[5]。

3.消防机器人应用的优势与缺陷

我国现阶段对于消防机器人的应用，存在一定的优势和不足，需要消防救援队伍加强认识，整理运用其优势、正确认识其不足，发挥其作为灭火和抢险救援有效工具的作用。

其中应用优势体现在两个方面。一是消防机器人的研发是多种现代化科学技术的融合，比如利用电子技术、人工智能技术等，能够在灭火救援中开展有效的数据处理工作，对救援方案的制定和完善具有积极价值。二是由于机器人的高度智能化和抗损伤性等，具有重复利用效率高等特点，相比于其他设备，在火灾频发、救援环境复杂的形势下，优势更加明显。由此在我国多数消防救援队伍中，均配备有应对各种险情的消防机器人，以便于处理灾情更为快速、有效。

消防机器人在我国应用存在的不足，一是研发研制耗费时间较长，对资金需求较大，而且研发制造的过程相对复杂，对机器人的更新速度较慢，且在使用场景上具有局限性，在社会日益发展的进程中，难以充分满足灭火救援的实际需求。二是在对消防机器人开展操作、维修和保养工作时，对使用者和维护者的专业知识以及技能水平要求较高，并且使用和维护的成本相对较高，除重大火灾事故外，对消防机器人的应用频率仍较小，消防员的救援安全问题仍然十分严峻。

三、消防机器人在灭火救援中的应用建议

消防机器人实际上是特种机器人类别中的一种，在应用过程中，必须要保障其符合具体的救援需求。为充分挖掘消防机器人的实战能力，提高工作效率，则需要从以下几个方面入手。

1.实施联合作战操作方法

近年来我国各地区的消防救援队伍大力加强装备建设，所配备的消防机器人数量开始大幅增长，但在配备种类上侧重灭火类机器人，实战中往往是单一的开展灭火救援，出现作用点孤立、救援工作有效性难以发挥的情况。因此在实战中，为有效提高救援任务的完成效率、降低损失程度，消防救援队伍应当探究消防机器人的联合作战操作方法，针对当前“全灾种、大应急”的任务需求，配备多种应用场景消防机器人，制定具有针对性和联动性的机器人救援方案，深入挖掘机器人的高效配合机制，快速对灾情进行控制和处理，进一步提高消防救援能力。

2.制定合理的消防机器人调动方案

根据我国当前对消防机器人应用的现状来看，虽然其对于灭火救援等险情处理具有较好的作用，但其存在成本高、维护难等问题。为保障其重复利用效率得到提升，应当结合火灾现状，制定合理的消防机器人调动方案。当发生重大火灾事故，比如商厦起火、高层火灾以及大跨度厂房失火等，需要在最短时间内调动消防机器人，成立灭火攻坚组，提高灭火作战能力，尽可能将损失控制到最低。而对于一般危险性较小、初期小型火灾、现场灭火条件较好的情况，则应当以消防员尽快灭火为原则，以保障损失程度最小。

3.提高消防机器人的机动性能

当火灾发生时，在最短时间内解决火源及控制蔓延趋势是十分重要的，因此需要提高消防机器人的机动性能，即是快速将机器人运输到火灾现场。其是当前我国消防救援队伍在实战应用中存在的重要问题，所以在未来应用过程中，需要加快消防机器人的途中运输，既要加快运输速度，又要保障机器人的性能，可在现有消防设施基础上，增加常用消防机器人存放区，接到火灾警情后，按照火灾通报信息，明确所需消防机器人的种类及型号，随车出发到达火场以便于及时开展灭火救援。另外一方面，还要与生产厂家联合攻关，对消防机器人的行走机构进行不断优化和完善，保障其具有较好的攀爬越障能力，快速达到起火点，实施灭火作业。

四、消防机器人的发展趋势

目前我国消防部门所配备的消防机器人，多是第二代产品，为更好的应对未来突发火情和日益复杂的火场情况，应当注重提升其智能化水平。因此按照灭火救援的新形势和新要求，消防机器人的发展将侧重以下几个要点。

1.注重机器人行走技术研发

机器人生物行走技术是新时代最为重要的突破技术之一，通过仿生学等理论和实践，促使机器人在行走过程中，具有更好的平衡性以及灵巧性。为充分适应未来灾情解决的需要，则会更加注重对机器人行走技术的研发，确保其可在崎岖不平的地面奔跑和行走，提高机器人在实际救援工作中的应用，发挥良好作用，美国波士顿动力学工程公司研发的大狗机器人已经具备了此类能力。基于此，在消防机器人未来研发过程中，也应当注重对其行走平衡性的研究以及实践，如可以开发运输机器人，用于地震救援最后一公里的器材装备运输等，促使其在各类环境中，快速稳定执行任务。

2.提高消防机器人的透视技术

基于人工智能技术的发展，机器人已经初步实现“透视”功能，其是通过在两个机器人之间释放无线信号，并对信号的衰减情况进行有效测量，能够得到比较清晰的视觉效果图，用于展示探测区域内的具体情况，误差可控制在5cm以内。该项技术一经问世，得到了业内广泛的关注，将其合理运用在消防机器人，则能够在地震灾难、重大火灾、毒气泄漏等救援工作中发挥巨大作用，可有效了解危险环境的实际状况、为搜寻和营救工作提供科学依据，提高救援效率，降低人员伤亡和财产损失。

3.加强现代化人机交互技术

消防机器人是人工智能技术实现的重要表现，而为保障其在各类消防救援工作中得到有效利用，则应当注重强化人机交互技术的应用。所以在未来消防机器人的研发和优化过程中，将会更加侧重机器人与控制终端的对接，加强控制台的遥控性能，基于远程传输系统实现无线遥感控制，促使操作者可根据现场具体情况进行操作，实现由人类思维控制机器人来完成险情处理工作，在灭火救援、地震救援、水下及地下救援等方面，有利于开展高效的侦察和搜救任务，提高救援效率。

五、结束语

综上所述，在科学技术含量不断提升的新时代下，机器人在消防领域中的应用作用越来越突出，有利于解决现场环境复杂、危险系数大等难题，加快各类险情的处理效率。因此结合我国当前对消防机器人应用的现状，则应当进一步研究其联合作战操作方法、制定科学的调动方案以及提高消防机器人的机动性能。在未来发展进程中，应加大对机器人行走技术、透视技术以及新一代人机交互技术的探究实践，从而加深消防机器人的应用效果，提高消防救援工作实效，最大限度的保障人民群众的生命财产安全。

参考文献：

[1]管永贺.消防机器人灭火救援应用技术的分析[J].消防界（电子版），2020，6（22）：57-58.

[2]贾佳.基于多传感器的智能自主灭火机器人的设计[J].自动化与仪表，2020，35（12）：35-39.

[3]李峰，李伟，刘恒.城市地下综合管廊智能消防机器人设计[J].青岛职业技术学院学报，2020，33（6）：77-81.

[4]蓝恺.体感远程控制人形消防机器人应用初探[J].消防界（电子版），2018，4（2）：75-78.

[5]彭小清.消防机器人在我国灭火救援中的應用现状和前景分析[J].今日消防，2019，4（12）：18-19.

（无锡市消防救援支队，江苏 无锡 214100）