雷達(dá)生命探測(cè)儀在消防救援中的應(yīng)用研究

秦洪超

【摘 要】本文通過(guò)分析雷達(dá)生命探測(cè)儀工作原理，探討了利用雷達(dá)生命探測(cè)儀多方位搜索被困人員的方法，提出了雷達(dá)生命探測(cè)儀的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá)；生命探測(cè)儀；消防救援

中圖分類號(hào)： D631.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）36-0226-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.098

Application Research of Radar Life Detector in Fire Rescue

QIN Hong-chao

（zhumadian fire brigade，Zhumadian Henan 463000，China）

【Abstract】Based on the analysis of the working principle of radar life detector，this paper discusses the method of using radar life detector to search the trapped people in multiple directions，and puts forward the development prospect of radar life detector.

【Key words】Radar；Life detector；The fire rescue

自21世紀(jì)以來(lái)，各種災(zāi)害事故發(fā)生規(guī)模不斷擴(kuò)大，而災(zāi)害發(fā)生后的72小時(shí)是救援的黃金時(shí)間，第一時(shí)間確定被困人員的位置是救援人員的主要任務(wù)?，F(xiàn)有的搜索方式主要是人工和利用光學(xué)、音頻等生命搜救儀器搜索。人工搜索效率低下，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)；光學(xué)儀器搜索操作空間有限，容易受到障礙物阻擋；音頻儀器搜索對(duì)環(huán)境要求較高，容易受到噪音的干擾。而雷達(dá)生命探測(cè)儀有效克服了上述搜索方式的缺點(diǎn)。

1 雷達(dá)生命探測(cè)儀性能分析

1.1 雷達(dá)生命探測(cè)儀原理

雷達(dá)生命探測(cè)儀的核心科技是超寬帶技術(shù)。它通過(guò)人體運(yùn)動(dòng)或者呼吸對(duì)電磁波產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，從而判斷有無(wú)生命特征。當(dāng)探測(cè)器發(fā)射電磁波后，如果遇到靜止的物體例如墻壁、碎石塊，電磁波返回的信號(hào)沒(méi)有變化；如果遇到生命活動(dòng)例如呼吸或運(yùn)動(dòng)，電磁波返回的頻率會(huì)發(fā)生變化。接受器接受到反饋信號(hào)后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行積累、微分放大過(guò)濾等技術(shù)處理，在接收器上顯示出異常點(diǎn)，就可能是生命體的位置，達(dá)到探測(cè)被困人員的目的。

雷達(dá)生命探測(cè)儀主要通過(guò)探測(cè)物體的呼吸或者移動(dòng)。人體的呼吸頻率大約每秒1到2次，根據(jù)這個(gè)原理可以區(qū)分人的呼吸和其他較高頻率的生命活動(dòng)。對(duì)于移動(dòng)和呼吸，接收器用3分鐘采集反饋信號(hào)并顯示是否有被困者，還可以顯示探測(cè)器與被困者的距離。

1.2 雷達(dá)生命探測(cè)儀搜索能力

由于各個(gè)廠家技術(shù)的不同，對(duì)探測(cè)的距離和深度各有不同，以三種典型雷達(dá)生命探測(cè)儀為例，探測(cè)呼吸和運(yùn)動(dòng)深度見(jiàn)表1。

表1 不同型號(hào)雷達(dá)生命探測(cè)儀探測(cè)深度

表中不同型號(hào)的探測(cè)儀，型號(hào)不同探測(cè)能力略有區(qū)別，探測(cè)移動(dòng)深度比呼吸深度深。但災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，被困者大多身體受到擠壓、行動(dòng)受到限制，移動(dòng)信號(hào)的搜索較少，主要搜索的是呼吸信號(hào)，所以本文以呼吸深度為研究對(duì)象研究雷達(dá)生命探測(cè)儀的性能參數(shù)。以某一款雷達(dá)生命探測(cè)儀為例，該雷達(dá)生命探測(cè)儀能穿透墻體和碎石，可以探測(cè)5米范圍內(nèi)的呼吸信號(hào)和10米范圍內(nèi)的移動(dòng)信號(hào)。該儀器水平放置時(shí)，可以搜索在豎直空間內(nèi)探測(cè)區(qū)域?yàn)閺埥菫?0°的圓錐體區(qū)域，最大探測(cè)深度取可探測(cè)呼吸信號(hào)最深深度5米，則可探測(cè)最大面積為圓錐體的底面積S=π·R2≈3.14×2.882≈26㎡，對(duì)應(yīng)探測(cè)的圓錐體體積約V=1/3·S·h≈1/3×26×5≈43m3如圖1。

所以該雷達(dá)生命探測(cè)儀在搜索呼吸信號(hào)時(shí)可一次搜索約43立方米的區(qū)域，一次完整的搜索需要3分鐘。在不受外界干擾情況下，一個(gè)小時(shí)內(nèi)最多可以搜索520平方米，860立方米的區(qū)域。

1.3 雷達(dá)生命探測(cè)儀持續(xù)工作能力

雷達(dá)生命探測(cè)儀發(fā)射器由可拆卸電池供電。三款型號(hào)的雷達(dá)生命探測(cè)儀電池連續(xù)工作時(shí)間及塊數(shù)見(jiàn)表2。

表2 不同型號(hào)雷達(dá)生命探測(cè)儀電池持續(xù)時(shí)間及數(shù)量

當(dāng)災(zāi)害事故發(fā)生時(shí)，一般事故區(qū)域電源會(huì)中斷，需要工作設(shè)備的自主供電能力。以某型號(hào)1雷達(dá)生命探測(cè)儀為例，該設(shè)備配備三塊可拆卸電池，每塊電池充滿電可連續(xù)工作6個(gè)小時(shí)，在不充電情況下發(fā)射器的連續(xù)工作時(shí)間可達(dá)18個(gè)小時(shí)。PDA掌上電腦由一個(gè)10.8伏的鋰離子電池提供電量，在充滿電情況下可連續(xù)工作12個(gè)小時(shí)。對(duì)于救援人員來(lái)講，在外界電源無(wú)法接入救援現(xiàn)場(chǎng)的情況下，雷達(dá)生命探測(cè)儀無(wú)法支持連續(xù)幾十個(gè)小時(shí)的工作，在連續(xù)工作能力上有一定的局限性，將影響救援的效率。在接入外部電源的情況下，由于探測(cè)器電池可拆換充電，可以保證雷達(dá)生命探測(cè)儀不間斷工作。所以救援人員在進(jìn)入災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)前，可以考慮攜帶供電設(shè)備一起進(jìn)去，以增強(qiáng)儀器的持續(xù)工作能力。

1.4 雷達(dá)生命探測(cè)儀影響因素分析

雷達(dá)生命探測(cè)儀利用超寬帶技術(shù)，在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)發(fā)射信號(hào)可以穿透建筑物障礙、鋼筋混泥土、積雪等物質(zhì)，雖然此類物質(zhì)會(huì)影響探測(cè)器的探測(cè)深度，但是不影響探測(cè)器的準(zhǔn)確性。但是電磁波在遇到金屬物質(zhì)時(shí)會(huì)被吸收和反射，不能顯示正常的位置，對(duì)雷達(dá)生命探測(cè)儀的性能造成影響。

2 雷達(dá)生命探測(cè)儀救援效能的實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)雷達(dá)生命探測(cè)儀的實(shí)用性能，爭(zhēng)取救援黃金時(shí)間，必須將探測(cè)儀發(fā)揮最大效率。以某品牌雷達(dá)生命探測(cè)儀為例，該探測(cè)儀可探測(cè)5m深度的呼吸信號(hào)，10m深度的移動(dòng)信號(hào)，在不接電源的情況下可連續(xù)工作18個(gè)小時(shí)，探測(cè)一次面積為26㎡，對(duì)應(yīng)探測(cè)圓錐體的區(qū)域?yàn)?3m3，一次探測(cè)所需時(shí)間為3分鐘。

2.1 災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)雷達(dá)生命探測(cè)儀使用方法和搜索效率

災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)事故復(fù)雜、人員雜亂。在救援人員準(zhǔn)備用雷達(dá)生命探測(cè)儀搜索時(shí)，需要將探測(cè)區(qū)域內(nèi)所有活動(dòng)人員清除，以排除現(xiàn)場(chǎng)人員帶來(lái)的干擾。為了使救援展開(kāi)更有效率，需要?jiǎng)澏ㄌ綔y(cè)范圍，如圖2所示

當(dāng)我們確定搜索區(qū)域后，我們可以將該區(qū)域劃分為規(guī)則的等大小的正方形如圖3所示；

把雷達(dá)生命探測(cè)儀放到每個(gè)正方形區(qū)域的中間，每隔3分鐘后把探測(cè)器移到下一個(gè)方格的中間，通過(guò)這種方式可以最大限度地減少未被搜索到靠近表面的區(qū)域。在探測(cè)結(jié)束后，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)幸存者，在方格中噴上黑漆標(biāo)記。如果發(fā)現(xiàn)可能的幸存者，用紅色噴漆表明深度，這樣能夠后續(xù)救援人員提供決策依據(jù)。這樣可以最高效的探測(cè)完整個(gè)區(qū)域，節(jié)約了大量的救援時(shí)間。正方形區(qū)域的大小由儀器性能確定。在上文雷達(dá)生命探測(cè)儀搜索能力上講到，雷達(dá)生命探測(cè)儀的探測(cè)區(qū)域是成圓錐型的，對(duì)呼吸信號(hào)的搜索深度為5m，直徑為5.6m。如圖4所示。

由圖4幾何關(guān)系，搜索底面積直徑剛好為正方形區(qū)域的對(duì)角線長(zhǎng)，根據(jù)計(jì)算正方形區(qū)域長(zhǎng)為4m，也就是表明該雷達(dá)生命探測(cè)儀一次能夠完整搜索的最大區(qū)域?yàn)?m×4m的正方形區(qū)域，一個(gè)小時(shí)內(nèi)可以搜索320㎡的區(qū)域。

2.2 利用多方位搜索確定人員位置方法

雷達(dá)生命探測(cè)儀探測(cè)區(qū)域成圓錐型，在探測(cè)過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)被困者，在接受器上會(huì)顯示被困者距探測(cè)器的距離。但是我們即使知道被困者距探測(cè)器的垂直距離，由于災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)材質(zhì)不同，探測(cè)儀“視角”會(huì)隨著材質(zhì)的不同而變寬或者變窄，并不能直接確定被困者的準(zhǔn)確位置。所以為了獲得被困者的準(zhǔn)確位置，可以在原垂直方向探測(cè)后，將雷達(dá)生命探測(cè)儀豎直放置轉(zhuǎn)換為水平放置，在距離被困者等深度的位置進(jìn)行多方位的探測(cè)。這樣探測(cè)區(qū)域不變，探測(cè)深度變換成了探測(cè)距離，這樣可以更加精準(zhǔn)確定被困者的位置。如果為了增加探測(cè)的準(zhǔn)確度，在同一水平方向多次探測(cè)，但這樣要消耗現(xiàn)場(chǎng)救援時(shí)間。

2.3 雷達(dá)生命探測(cè)儀與搜救犬結(jié)合搜索

雷達(dá)生命探測(cè)儀對(duì)搜索區(qū)域內(nèi)有無(wú)生命活動(dòng)的判定可信度可達(dá)到80%以上。盡管我們可以通過(guò)來(lái)回移動(dòng)探測(cè)器和利用多方位定位法來(lái)獲得被困者的位置，但由于時(shí)間緊迫，與其不停的探測(cè)確定準(zhǔn)確位置，不如直接開(kāi)始救援效果明顯。搜救犬搜索可信度也很高，并能找到準(zhǔn)確位置。在實(shí)際災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，利用雷達(dá)生命探測(cè)儀搭配搜救犬交替搜索效率更高。進(jìn)入災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)后，利用雷達(dá)生命探測(cè)儀進(jìn)行搜索，如果確定有可疑目標(biāo)后，可讓搜救犬進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，在可疑目標(biāo)位置進(jìn)行搜索，對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行確認(rèn)，也可先行使用搜救犬搜索，在搜救犬確定可疑目標(biāo)的地方利用雷達(dá)生命探測(cè)儀進(jìn)行探測(cè)，確定被困目標(biāo)真實(shí)性和被困者的大概位置，方便救援。

3 結(jié)束語(yǔ)

雷達(dá)生命探測(cè)儀目前的發(fā)展研究方向主要是設(shè)備便攜化、小型化，以及如何利用先進(jìn)的科技手段提高搜索救援的效率。國(guó)內(nèi)某公司研制出的二維雷達(dá)生命探測(cè)儀，在確定探測(cè)深度的基礎(chǔ)上進(jìn)而探測(cè)角度，這樣可以將被困者的位置確定在一個(gè)點(diǎn)上，極大的提高了搜索救援的效率，爭(zhēng)取了救援的黃金時(shí)間。目前市面上雷達(dá)生命探測(cè)儀探測(cè)深度不夠，穿透墻體的能力有待提高，搜索時(shí)間可以縮短等等，對(duì)雷達(dá)生命探測(cè)儀實(shí)戰(zhàn)操作，搜索方式還有待提高。

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