智能消防車的發展研究現狀

李明璐，尹藝玲

（西華大學機械工程學院，四川 成都610039）

0 引言

在日常生產生活中，火災作為最為常見的突發性災害之一，帶來的人身和財產損失是不可預計的。據中國公安部官方公布的資料表明，2016年，全國共接報火災31.2萬起，亡1582人，傷1065人，直接財產損失37.2億元[1]。傳統的消防滅火依靠消防員配套一些消防設施來完成，在滅火時消防員總是沖到事故第一線，但在與火災的多年斗爭中，人的力量往往是很弱小的，消防員在滅火時要面對諸如高溫、黑暗、有毒和濃煙等高危環境，這往往會危及消防員的生命安全，帶來不必要的人員傷亡[3]。為了更好地解決前述難題，智能消防滅火車應運而生。

智能消防車的功能需求不同于一般的智能小車，甚至可以稱為消防機器人，它要求對環境的感知靈敏而準確，能夠及時避開障礙處理險情。中國第一代消防機器人能夠實現自主行走、翻越障礙、噴射滅火和環境偵查等功能[4，5]。消防機器人融入了機械、電子、計算機、控制和人工智能等眾多先進技術，作為特種機器人的一種，不僅能幫助獲取火災的各項信息，更能協助或代替消防救援人員進入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險事故現場，快速準確地進行數據采集、處理及反饋[6]。

隨著工業4.0時代的到來，各國工業迎來了飛速發展的黃金時期。目前國內外都開展了智能消防車的研究，并取得了一些成果[1]。隨著中國制造2025的提出，在2016年印發的《機器人產業發展規劃（2016-2020）》中，消防機器人被列為十大重點推動的產品。在國家政策的支持和各行業多年技術積累的推動下，我國消防機器人行業發展形勢大好。

1 國外發展現狀

1.1 國外發展歷史

國外智能消防車的發展研究可追溯到上世紀80年代，美國和原蘇聯較早開始了對智能消防滅火車的應用研究，隨后，英、日、德、法等國家也對該類技術進行了大量的研究，目前已有多種不同功能的智能消防車用于救災現場。國外對智能消防車的研究總體可分為三個階段，第一代消防車主要是通過編寫程序來控制消防車的實際作業，第二代消防車加入了一定的感知功能，第三代則被稱為智能化消防車。

智能消防車帶有多種傳感器，而且能將傳感器得到的信息進行融合，具備很強的自適應能力和學習能力。但目前發達國家研制的智能消防車的智能化水平并不太高，只能說是智能消防車的初級階段。高級智能消防車作為高新技術被很多國家和地區列為國家技術發展規劃，作為保證經濟快速發展的一個重要手段[11]。

1.2 國外市場上具有代表性的產品

（1）美國研制的履帶式TAF20多功能消防滅火車。FAT20由遠程操作控制，能實現在危險復雜事故現場進行數據采集、處理、反饋，如圖1所示。

圖1 F AT20消防滅火車

（2）美國研制的薩邁特遙控消防車。薩邁特體型小、運動靈活、爬坡能力出眾，適應大部分復雜路面，可將火場高清圖像傳送到后方，如圖2所示。

圖2 薩邁特遙控消防車

（3）美國InRob Tech公司神產的FFR-1型消防車。采用遙控控制，在高溫環境中具有頑強的生命力。

（4）英國智能化保安公司生產的RO-VEH遙控消防車。該消防車配置為履帶式或輪式行駛機構，采用有線控制方式。

（5）德國施密茨公司生產的LUF60型雪炮消防車。LUF60具有排煙、滅火、稀釋、冷卻等功能，可在300 m距離內進行遙控操作[7]。

（6）英國研發的消防機器人QinetiQ，裝載有高壓輸水開關和熱成像儀，能隨意進入高度危險區域。

（7）日本消防研究所研發的小型消防車FLYGO。配置驅動輪或履帶式行駛機構，有較好的爬坡和跨障能力，能進入危險場所收集信息，幫助救災。

（8）日本 Sohgo公司生產的‘Guardrobo D1’消防安全機器人。該款機器人裝有滅火裝置，能自動滅火并及時將拍攝圖像發給操作人員。

（9）俄國國立大學研發的移動消防車。用于火災救援和各種特殊情況下的消防偵察滅火。

除了上述產品外，其他國家也有多種功能各異的消防智能消防車，且逐步向第三代高端智能化發展。但總的來說，由于生產成本高，維護難度高，很難實現大規模在消防部門配備使用。

1.3 國外技術發展情況

80年代，日本投入研發及應用了不少于5種型號的智能消防車。該類智能消防車以電動機或內燃機為動力驅動系統，配置履帶式或金屬輪行駛機構，具有爬坡、越障等功能，裝有消防水槍炮、熱像儀、氣體檢測裝置和工業電視攝像機設備；通過電纜或自身攜帶蓄電池供電；采用有線控制的控制方式，控制最大距離為100 m。

另一種投入使用的為消防偵察、搶險所用。采用電機或者內燃機作為動力供應源，配置履帶車輪驅動平臺；搭載各種傳感器組成的檢測系統；通信方式采用射頻無線通信方式，同時裝有機械手，能通過遙控控制機械手啟閉閥門、搬移物品等。

2 國內發展現狀

2.1 國內發展歷史

我國自上世紀90年代開始著手研制智能消防車，該研制課題被列入863高科技計劃研究發展項目，并由多方單位共同開展研發工作[2]。目前已有30多家高校和科研機構從事智能滅火消防車的技術研發，尤其是近幾年，智能消防車的研制得到了國家有關部門的大力支持。1995年，由上海市科學技術委員會批準公安部上海消防科學研究所研制的我國第一臺消防智能車，即自行式消防炮誕生，標志著我國對于智能消防車的研制進入了戰略發展階段，填補了我國在消防機智能車領域的空白。

2.2 國內市場上具有代表性的產品

（1）上海強師消防裝備有限公司生產的JMXLT50型滅火消防車。主要由底盤、遙控裝置、環境檢測系統、水噴霧供給系統和電液控制系統組成[9]。

（2）上海消防研究所研制的JZX-GL/A消防偵察機器人。作為我國首臺防爆消防偵察機器人，該機器人具有體積小、重量輕、速度快的特點[8]。

（3）沈陽市消防支隊、天津鼎力機電有限公司和大連連美消防設備有限公司聯合研制的智能遙控消防車。該車利用東風8 t載重汽車底盤，配備大功率遠射程水炮和無線傳輸攝像系統。操作人員通過控制器控制車輛在500 m的距離之內運動[10]。

（4）山東國泰科技有限公司研發的RXD-M40D-GT02消防滅火車。適用于消防人員無法靠近的危險場所，進行火場環境偵查與檢測。

（5）由山東省公安消防總隊濰坊支隊、山東安華智能股份有限公司及山東大學合作研發的“智能空間”消防機器人。該機器人可以在連續高溫下作業，具有防水、防爆等功能。

（6）由上海海倫哲國際消防裝備公司生產的消防車。該消防車具有滅火、排煙、降溫、除塵、搶險救援、偵察檢測、圖像采集等功能。

（7）中信重工開誠智能裝備有限公司研制的防爆消防滅火偵察機器人，該機器人具有自主避障、現場救援等功能。

我國研制的智能消防車可在大型復雜火災中提高消防部隊的作戰效能。它的投入使用，將有效地避免參戰消防官兵的傷亡，是傳統消防車的一次重大技術革新。

2.3 國內技術發展情況

我國研發的第一代多功能智能消防車已通過驗收并順利進入產業化階段，第一代智能消防車擁有完整的消防智能控制系統，該系統由車體、控制系統和供電系統組成，動力來自外部供電系統，在高壓噴水的基礎上配置了冷凝劑，可完成車體控制、災情檢查、滅火、冷卻、稀釋等工作。

我國研制的智能消防車可分為消防滅火和消防偵察兩種。這兩種都采用履帶式的行駛機構，可上下樓梯、爬坡和原地轉彎；通過配備熱像儀、攝像頭、測溫儀等傳感器設備，消防車可進入災害現場進行環境數據、語音信號、圖像信號的采集，并將采集的信號實時處理后通過無線傳輸的方式送到控制室，為救援決策提供依據。

3 國產智能消防車發展面臨的問題

（1）智能化程度不夠

國內智能消防車研究起步較晚，且多由傳統機械類、消防設備類公司從事這方面的研發工作，更多地是在原有消防車上增加控制系統，對于在感覺、智能化等方面缺乏研究。目前國內智能消防車多處于第一代的程序控制階段，控制、決策多依賴消防人員，協同能力較弱。近年來，陸續有專家學者開始第二、第三代智能消防車的研究。

（2）可靠性不高

國產智能消防車使用的關鍵零部件在性能、可靠性、使用壽命等方面難以滿足要求，需要長期依賴進口，尤其是減速器、伺服電機和驅動器、控制器、傳感器、執行機構這五大關鍵零部件。由于智能消防車研究的系統較為復雜，國內生產的廠家沒有統一的標準，質量參差不齊，正常使用和維護保養均需一定的費用。

（3）環境識別能力弱

在實際應用中，國內現有的智能消防車難以與消防人員形成良好的配合。人機交互性不夠，消防車往往只能對單一因素進行判斷，對環境的變化情況不能完全掌握，研制出的智能消防車往往只針對某一特定的危險狀況，通用性不夠。

4 對我國智能消防車發展的建議

無論消防車技術如何發展，消防車都必須從滅火救援的實際出發，即滿足部隊滅火救援的實際需要，再進一步挖掘智能消防車在實戰中的應用潛力。

（1）解決導航和定位技術。在自主移動消防車導航中，無論是局部實時避障還是全局路線規劃，都需要精確知道消防車或障礙物的當前狀態及位置，以完成導航、避障等任務[16]。

（2）尋求最優路徑規劃。依據某個性能指標或優化準則，在消防車工作空間中找到一條從起點終點、可以避開障礙物的最優路徑。

（3）加快消防車本身核心技術和關鍵部件的掌握。運用聯合作戰法，提升消防車作戰聯動性。

（4）多傳感器耦合技術。如采用GPS技術可實現消防車的定位；采用陀螺儀測定消防車的速度、位置、姿態信息等；采用火焰傳感器來判別火焰位置等[13]。

5 我國智能消防車發展趨勢

（1）自主智能化

隨著智能控制技術的迅速發展，在今后的發展中自主決策、自主行動、自我保護將成為高級智能化消防車的發展趨勢[14]。

（2）功能集成化

智能消防車作為救援滅火的有效工具，應集偵察、破拆、搬運、滅火、冷卻等多功能于一身[15]。消防車的技術集成度高，涵蓋了機器人控制器、傳感器、移動技術、遠程通信等部件和領域在內的多項核心技術，一旦取得進步，必將對我國智能消防車產業起到巨大的提升作用。

（3）傳感技術融合化

消防車既要對外部環境進行監測，又要對內部方位信息進行判斷。通過綜合多個傳感器的感知數據，產生更可靠、準確、全面的信息，經過融合的多傳感器系統能夠更加完善、精確地反映檢測對象的特性，消除信息的不確定性，提高信息的可靠性。

（4）高效節能化

優良的消防器材的開發往往對產品的高效、節能、環保等性能指標提出較高要求，智能消防車也會朝著靈活輕便、高效節能的方向發展。

6 結束語

智能消防車是一個綜合性交叉學科研究項目，主要涉及材料、機械、控制、環境科學和安全工程等多個學科。近年來，中國智能消防車的研制工作得到了政府有關部門的支持，已有越來越多的消防指戰員認識到其重要性，市場需求正在逐步形成。

隨著科學技術的不斷發展，我國目前的智能消防車技術水平也有了很大的提高，但是我們應在結合現有工業和技術基礎，充分利用有關研究所、學校、企業及使用部門技術力量的同時，加強國際技術交流與商務合作，盡可能多采用成熟技術，注意配套技術（如運載底盤、監控等），確保使用智能消防車的可靠性與實用性。