消防机器人的实战化应用分析

摘要：随着国内机器人行业自动化、智能化和无人化的快速发展，与消防相关的机器人也得到了进一步研发，消防机器人在消防救援实战中发挥着越来越重要的作用。对消防机器人的发展背景、关键技术、智能化发展现状三方面进行了介绍，并对消防机器人在实战应用中的优点、缺点及相应的缺点整改措施进行了探索。关键词：消防机器人；发展现状；存在问题；发展趋势1消防机器人发展背景据2022年石化行业经济运行数据显示，截至2022年6月底，全行业规模以上企业数量为28500家，比2021年同期增加了1823家，石化行业占全国工业总量的比重有较大提升。各类石化企业的数量增加、规模扩大，导致危险化学品泄漏、爆炸、火灾事故风险隐患逐年增多。此类灾害具有突发性强、危害巨大、处置过程复杂、防治困难等特点，已经成为消防救援队伍亟须攻克的难题。发生此类火灾事故时，高温、有毒、浓烟等极端恶劣条件会对消防救援人员的人身安全以及救援工作的顺利开展造成极大影响，而消防机器人不仅可以代替消防员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场执行危险的救援任务，而且还能进行数据采集、处理和反馈，有效解决消防员面临的人身安全、数据信息采集不足等问题[1]。自20世纪60年代以来，机器人技术经历了60多年的蓬勃发展及迭代更新，取得了巨大进步。自1986年日本东京消防厅首次在灭火工作中采用“彩虹5”机器人后，消防机器人崭露头角，逐渐广泛应用于灭火和救灾领域，相关技术也得到了快速发展。迄今为止，消防机器人已发展成为第三代高端智能机器人。面对无情的火灾，我国也高度重视消防机器人的相关研究，2002年，由公安部上海消防研究所、上海交通大学、上海市消防局共同研制的中国第一台消防机器人正式诞生，该消防机器人不仅可以行走、爬坡、跨障、喷射灭火，而且还可以火场侦察。2消防机器人的关键技术消防机器人是一种特殊的机器人，在消防和应急救援中发挥着至关重要的作用，其不仅能够进入危险复杂的特殊作战场景，而且具备灭火、排烟、侦测、巡检、预警、通信、危险处理等功能。消防机器人的关键技术如下：2.1

环境适应技术环境适应技术包括：①越障技术。火场的环境复杂多变，需要消防机器人具备跨越障碍的能力，目前应用最多的是履带式越障机器人。②防爆技术。在易燃易爆等石化火灾现场或者燃气泄漏的高危环境下，消防机器人需要具备防爆能力去解决火场中的问题。③防护性技术。在火场救援中，消防机器人应该具备防火、防高温、防灰尘的能力，以避免因上述问题造成的无法工作的情况。2.2

感知探测技术消防机器人采用多相机、多光谱的方式，联合算法通过强大的控制系统或处理器进行精确的感知探测，可以实现目标捕获、噪声消除、特征提取、目标识别和结果输出。消防机器人配有多个摄像头，可以在远距离的情况下进行图像采集与实时监控，帮助消防员了解火灾的情况。摄像头采用多方向摄像头，能够全方位无死角监控，同时具有高清晰度，以便消防员及时准确地了解火情情况。2.3

导航技术一般情况下，消防机器人使用的定位技术主要是北斗、GPS等。面对多源感知的危险作业场景，消防机器人需要具备实现现场信息融合，在复杂动态的环境中进行自主导航与定位的能力，这就需要采用SLAM技术[2]。消防机器人的控制系统通常由硬件、软件、通信等多部分组成，采用智能化、远程操控的控制系统，可进行人手操控或自主遥控操控，有较高的灵敏度，能够实时反映消防机器人的行进、操作等状态，同时，消防机器人具备自主避障、自主规划路线等功能，使得其能够实现远程控制、自主导航，并根据周边地形的变化实时修正自身运动，为消防机器人在操作人员视线以外的地形复杂地域执行任务奠定了基础。2.4

工具快换处置技术消防机器人在火场中作战往往需要使用不同的工具解决问题，所以它的工具不能只是单一的，需要能夠做到快速切换并锁紧，进而解决火场中的各类问题。一般机器人的机器臂通常由多节连接的臂段构成，具备伸缩、旋转、抬升、夹取等功能，可以辅助完成救援、搜救等任务。2.5

排烟喷雾技术火场救援中，烟雾是阻碍救援的因素之一，消防机器人需要具备能够有效排烟、喷雾的能力来解决烟雾问题。消防机器人的主要任务是灭火，因此配备有消防水枪，能够喷出高压的水流，远距离灭火。3消防机器人发展现状为顺应经济体系区块化、工业化和一体化发展的趋势，石化、能源、仓储和物流等多类型大规模公司集中布局，大大增加了大型复杂火灾事故发生的风险。在灭火救援工作中，为了减少人员生命财产损失的可能性，一方面需要掌握更详细的火灾现场信息，另一方面也需要更加注重消防员生命安全的保护。为了响应消防救援工作的实际需求，在“机器换人”和“智能制造2025”等指导方针的推动下，一种专门用于消防救援的机器人——消防机器人开始出现在消防行业。作为一种集成了众多先进技术的特种机器人，消防机器人不仅可以帮助人们获取火灾现场的各种信息，还可以取代消防员进入危险区域进行信息收集，以快速实现灭火的目标并确保消防员的生命安全。随着科学技术的快速发展，消防机器人广泛应用于消防救灾领域，消防机器人灭火技术也得到了快速发展。我国研发机器人技术不仅提升了消防装备的现代化水平，而且还提高了我国消防员应对大型复杂火灾的水平，提高了我国消防员的战斗力和自我保护能力，但我国消防机器人在无线遥控领域与技术发达国家仍有差距。根据中研普华研究院撰写的《2022—2027年中国消防机器人行业市场全景调研与发展前景预测报告》显示：我国消防机器人行业市场规模持续增长，2018年我国消防机器人市场规模为8亿元，2019年约为16.5亿元，较2018年增加了8.5亿元。截至2020年，我国消防机器人市场规模为15.7亿元，2015—2020年市场规模复合增长率为38.33%，2021年市场规模达到18.1亿元。4消防机器人在实战化应用中的优点4.1

可执行高风险任务消防机器人可以执行一些高风险的任务，比如在火场内搜索和救援被困人员，或者控制火势等。高速公路隧道内发生着火事故，救援人员无法进入火灾事故现场时，可远程操控消防机器人进行快速灭火、生命探测等作业。4.2

可减少人力成本消防机器人同时具备灭火、排烟、侦测、巡检、预警、通信、危险处理等功能，可以取代人力执行多项任务，不但能减少人力成本，同时也可以保障消防救援人员的安全。4.3

可提高灭火救援效率消防机器人可以进入消防员无法安全工作的地方进行灭火，可以在火场内进行快速的搜索和救援工作，提高灭火救援效率，缩短救援时间。消防机器人还可以通过传感器等设备获取火场内的信息，从而辅助指挥人员更好地指导救援工作。几个消防机器人可以作为小组半自动工作，通过相机附接时，消防员可以观察到环境并引导机器人，以控制火势。少数高端消防机器人可以自主工作，如使用红外传感器进行探测，使用超声波传感器进行避障，并使用水或二氧化碳灭火。在路径规划时，使用有效的路径规划算法来规划消防机器人的路径，可以有效减少消防机器人检测火灾所需的时间，提高救援效率。4.4

可提高安全性随着科技的发展，消防灭火机器人的出现大大提高了救援的安全性，减少了人员伤亡。消防机器人可以在火场内执行任务，避免了人员在高温、高压、有毒烟雾的环境中工作。火灾现场本身就存在着特殊性，要是遇到地形复杂的火灾环境更是会成倍增加灭火工作难度，这时就可以利用消防机器人进行灭火。5消防机器人在实战化应用中的缺点及整改措施5.1

技术成本高消防机器人的技术成本高主要体现在：首先，消防机器人的购买和后续维护保养成本较高，需要投入大量的资金，这对于一些财政资金不充裕的地区来说可能难以承受。其次，部分高精尖技术仍然依赖进口，而进口基本上与高价挂钩。最后，消防机器人技术的研发和应用需要投入大量的资金和人力资源。针对技术成本高这一问题，可以采用多种方式进行解决，如降低材料成本、优化设计并且通过优化设计改变材料配比、寻找替代材料等。5.2

技术难度大制造消防机器人的技术难度大，需要相关工作人员具备较高的技术水平和扎实的专业知识。为了解决技术难度大这一问题，首先，需要加强技术培训和知识普及，优化设计和制造流程，进而降低制造难度和成本。其次，通过加强研发和创新，探索新的技术和方法，提高技术水平和创新能力。最后，从多个方面入手，通过与其他企业、科研机构、高校等建立合作关系，加强合作和交流，共同推动消防机器人技术的发展和应用。5.3

适用场景有限消防机器人的使用范围有限。为了解决这个问题，可以加强消防机器人在行进方式、救援工具等方面的多功能性设计，使其可以在地震、洪涝等灾害救援中多场景应用。同时，消防机器人的智能化设计，也可使其进行自主决策和（下转第53页）（上接第32页）任务规划，适应不同的应用场景。此外，还应加强宣传和推广，提高公众对消防机器人的认识和了解，从而扩大其应用范围。5.4

可靠性和稳定性有待提高提高消防机器人的可靠性和稳定性，能夠保证在火场内的任务得到准确无误的执行，避免发生不可预知的后果。针对消防机器人的可靠性和稳定性有待提高这一问题，在机器人的设计和制造过程中，应该注重质量控制，确保机器人的各个部件都符合标准要求，并且能够承受长时间的使用和高强度的工作负荷。在机器人的研发过程中，应该进行充分测试和验证，包括模拟测试、实验测试和现场测试等，以确保机器人的性能和稳定性符合要求。提高机器人的自适应能力，使其能够根据环境和任务的变化自动调整自身的运行状态和参数。强化机器人的维护和保养，包括清洁、润滑、更换零部件等，以确保机器人的各个部件都处于良好的工作状态。机器人在执行任务时，需要考虑安全因素，包括机器人的防护措施、安全传