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茂縣救援中的生命探測儀
來源:賽斯維傳感器網 發(fā)表于 2017/10/25

6月24日5點45分,四川省阿壩州茂縣疊溪鎮(zhèn)新磨村新村組富貴山山體突發(fā)高位垮塌?逅搅烤薮螅s800萬立方米,堵塞河道約2公里。 有62戶120余人被掩埋。經專家現場踏勘初步分析,這是一起降雨誘發(fā)的高位遠程崩滑碎屑流災害。

災難前后現場對比圖:

阿壩消防支隊指揮中心接到茂縣疊溪鎮(zhèn)的報警后,隨即調集了茂縣周邊的松潘、理縣、汶川、黑水等縣消防隊以及支隊特勤中隊官兵趕赴現場。并同時迅速報告省消防總隊,啟動應急預案,調動600名官兵抵達事故現場,求援分成6個點,分別用搜救犬和生命探測儀開展搜救。

救援人員用生命探測儀尋找生命跡象:

生命探測技術是近代發(fā)展的一項新技術,主要用于廢墟中發(fā)現存活者及尋找清理戰(zhàn)場時的傷員。在2008年四川汶川強烈地震災害后,在歷時十余天的艱苦救援過程中,生命探測儀經歷了嚴峻的性能考驗,在整個救援過程中先后確定了近三十處廢墟中具有生命信息的報告,經過消防官兵的奮力搶救,成功救出被困人員二十一名,為挽救受災群眾生命作出了重大貢獻。

生命探測技術

生命探測技術是一項用來探測人類生命體并確定其狀態(tài)的新技術,一般要求能過穿透遮擋物,能夠探測人類生命特征。現在國際上“生命探測技術”按探測原理主要可分為音頻探測、視頻探測、雷達式探測等。而雷達式生命探測技術因其具有非接觸、穿透力強、能精確定位探測的特點,使其成為目前最具活力和潛力的生命探測技術之一。

生命體中存在許多種可被外界感知的生命信號,這些信號通常以特定能量形式出現在人體外部,如聲音信號、紅外信號、光信號以及電磁信號等。這些頻率不同的信號會以波的形式向外傳播,生命探測儀正是通過探測這些不同形式的波,進而判斷不同生命形式及其所在 的具體位置。

根據是否發(fā)射波形,生命探測技術可以分為:有源生命探測技術和無源生命探測技術。

有源生命探測技術通過主動發(fā)射電磁波,根據人的呼吸、心跳等生理特點,從反射回來的電磁波中探測是否存在生命,如雷達生命探測儀。

無源探測主要是根據人體輻射的能量與背景能量的差異,或者人體發(fā)出的聲波或震動波等進行被動的式的探測,如紅外生命探測、音頻生命探測等。

無論是有源生命探測技術還是無源生命探測技術,都是將生命信息(如心跳,脈搏,呼吸等)以各種能量的形式外化,如聲波、電波、光波、紅外輻射等,所以生命探測裝置一般框圖為:

因此,生命探測儀按探測功能分類,可分為直接生命探測儀、間接生命探測儀;按探測方法分類可分為有源生命探測儀、無源生命探測儀;按探測環(huán)境分為陸地探測、水下探測生命探測儀等。

生命探測儀的種類

1、音頻生命探測儀

聲波是在彈性介質中傳播的壓力振動,是一種球形的陣面波,它能在空氣、水、金屬、木材等彈性介質中傳遞。音頻生命探測儀應用其傳播原理,采用振動傳感器和微電子處理器,對災害現場進行全方位振動信息收集,可探測空氣、水、金屬、木材等介質的振動幅度,并排除周圍環(huán)境引起噪音干擾波,快速判定被困人員位置。音頻生命探測儀探頭內裝有高靈敏度傳感器,用于探測振動頻率為1~4000Hz的振動信號,音頻探頭內部裝設有頻率放大器,可增強接收到的外部信號強度,主處理器對接收到的放大信號再次進行放大增強,這樣大大增強了探測靈敏度,可發(fā)現微弱的振動信號。音頻生命探測系統(tǒng)主要包括信號采集、 數理建模、信號檢測與選取、聲源定位和音頻輸出等幾個模塊。

2、紅外生命探測儀

正常情況下,物體都會產生紅外輻射,每種物體產生的紅外輻射具有自身的特點。人 體產生的紅外輻射與周圍環(huán)境產生的紅外輻射是有明顯區(qū)別的,利用這點可以以成像的方式把人體與周圍環(huán)境區(qū)別開。紅外生命探測儀就是利用這一點來探測生命體的存在。人體紅外輻射的中心波長約為9.4μm,皮膚的紅外輻射范圍約為3-5μm,8-14μm波段紅外輻射能量占人體全部輻射總量的46%,紅外生命探測儀正是根據這個技術參數進行設計的。紅外生命探測儀配備熱紅外探頭,通過探頭采集被困人員的身體熱輻射能量,然后利用光學系統(tǒng)將采集到的能量聚焦在紅外傳感器上,紅外信號轉變成電信號后進行數據分析處理,最后,處理結果經過圖像合成,再經顯視器輸出紅外熱像圖,進而給搜救隊員指出壓埋人員的大致位置。

3、雷達波生命探測儀

生物醫(yī)學工程技術與雷達技術相融合形成了雷達生命探測設備。根據HAETC ( 休斯高級電磁技術中心 ) 對電磁波在多種介質中穿透特性的測量研究可知:頻率介于l~10GHz的電磁波在穿過混凝土墻體時衰減很小,而且電磁波頻率越低,衰減越少。頻率為8GHz的電磁波穿過普通混凝土墻體后衰減大約為10dB,頻率為2GHz的電磁波穿過普通混凝土墻體后衰減低于5dB。因此,利用頻率低于10GHz的電磁波可對磚塊和混凝土構筑的墻體進行穿透探測,該頻段的電磁波穿透墻體后仍可探測數十米距離范圍內被困人員的呼吸、心跳和移動等生命體征信息口。雷達生命探測儀主要利用電磁波的反射原理制成,由雷達天線定向集中地發(fā)射電磁波;該電磁波能穿透混凝土墻體、碎石、瓦礫等障礙物,與人體接觸后,反射電磁波的波形產生變化,波形變化程度受人的身體移動、呼吸運動和心臟跳動的影響;波形畸變的反射電磁波被接收器接收, 再經過濾波、解調、積分、放大等信號處理,排除周圍環(huán)境對探測系統(tǒng)的干擾,可得到與被測人體生命特征相關的參數;最后把特有頻段的波形在顯示器上顯示,就可斷被探測區(qū)域是否有被困人員。

4、性能比較

音頻生命探測儀的優(yōu)劣主要取決于探頭傳感器的靈敏度、振動數理建模合理性和信號處理及定位準確性。由于救援現場環(huán)境比較復雜,其他振動干擾比較強烈,為了提高音頻生命探測儀的定位準確性和精度,往往需要讓探測器探頭深入建筑廢墟的間隙,所以探測速度較慢。

紅外生命探測儀在能見度較低的環(huán)境如濃煙、大火和黑夜中有較好的應用前景。經過多年發(fā)展,紅外生命探測技術日趨成熟的同時,儀器成本價格低廉,擁有較高的性價比,因此在世界各國的救援隊伍中應用廣泛。隨著計算機與圖像處理技術的不斷發(fā)展,紅外生命探測技術也將不斷完善,擁有一定的應用前景。

與音頻生命探測儀和紅外生命探測儀相比,雷達生命探測儀特別是超寬譜雷達生命探測儀 ,其探測距離超過30m并可穿透厚度2m以上的墻壁,同時具有抗外界干擾能力強、能精確測量被困人員的掩埋深度,并可對多個被掩埋目標進行探查等特點,但是需要注意,在雷達生命探測儀系統(tǒng)開發(fā)中,對強直接反射信號的處理尤為重要,因為混凝土墻體對發(fā)射信號的強直接反射會造成探測儀接收機的飽和,使接收機無法正常工作,直接影響系統(tǒng)的探測靈敏度。

通過對音頻、紅外及雷達三種生命探測儀的技術分析和性能比較,可以看出,雷達生命探測儀特別是超寬譜雷達生命探測儀 ,以其特有的多種優(yōu)勢成為最具應用潛力的生命探測儀器,具有廣泛的應用前景。

生命探測技術的改良方向

著名地球物理學家,麻省理工學院博士大衛(wèi)席思地將雷達超寬頻技術應用于安全救生領域,從而解決了更多的生命搜救難題。使生命探測技術更加成熟,能夠比較精確和迅速的搜救待救生命。

對于生命探測技術實施過程的改良期望:

1、在搜救便利性方面,生命探測儀器應該朝更加小巧輕便的方向發(fā)展,以降低搜救人員的工作負擔,便于他們輕裝上陣。如果探測儀器可以達到絕對輕便,可以將它直接置于搜救犬的項圈上,讓搜救犬代為進行搜救。

2、增強各類生命探測儀器的抗干擾性。避免儀器對于干擾信號的分辨能力,比如對于目前使用的搜救儀器,應該提高音頻生命探測儀對周圍環(huán)境中各種噪聲的干擾的分辨,提高視頻生命探測儀成像單元的像素,使其更加精確清晰,方便工作人員的搜救排查等。

3、呼吁搜救技術的進一步智能化。這也是對生命探測技術改良的重點期望。

(1)在改良搜救儀器的同時,也要對工作人員(包括搜救犬)的安全做出更多的保障,如果一旦搜救人員在現場搜救時由于各種原因脫離了隊友,被困或遇難,儀器能夠擁有“黑匣子”記憶功能,記錄下整個搜救過程的相應信息。(如:音頻探測儀記錄下音頻記錄等)且每種探測儀在長時間(可人為規(guī)定)未接受指令時(這時人員可能已經遇難或被困)都要能夠自動發(fā)送求救信號,以便搜救中心快速檢測,并實施搜救。

(2)向全智能機器人方向發(fā)展。對于未來的生命探測儀器,希望能夠完全擺脫人類或者搜救犬的控制,實行全智能自動搜索。遇到生命跡象時向探測員發(fā)出信號,再組織營救。這樣可以進一步提高搜救效率,減少搜救人員的工作量。

隨著生命探測技術的不斷提高各種生命探測技術的產物—生命探測儀也將產生。那時的生命探測儀將具有微型化,智能化,多功能化,無線網絡化發(fā)展,使用起來將更方便,操作起來更快捷,對外界環(huán)境的依賴性更弱。為國家安全提供有效的技術資源具有重要意義,同時也將給人們日常生活帶去福音。

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