俞 晨

（北京市怀柔区消防救援支队，北京 101400）

人工智能技术的应用背景是计算机信息技术，自人工智能技术诞生以来各行各业都在向着智能化方向迈进，利用人工智能技术人类从繁重的劳动中解放出来，人工智能可以代替人们完成那些危险系数高、精确度要求高的工作，提高了劳动效率与工作质量。消防装备是消防救援工作有效开展的重要基础，在运用人工智能技术后消防装备的智能化水平提升，救援效率、救援效果都发生了质的转变，也保障了消防人员与人民群众的生命财产安全。

人工智能属于计算机科学的重要分支，目前在机器人、控制系统、仿真系统中的应用较为广泛。人工智能也可以理解为利用计算机模拟人的思维与行为，比如自主学习、推理、思考、规划等，目前已基本囊括了自然科学和社会科学的全部学科[1]。随着社会的发展，消防在保障人民群众生命财产安全方面发挥的作用越来越重要，消防安全也逐渐成为社会关注的焦点。但是消防救援具有较高的危险性，我国每年都有消防队员在火灾扑救、抢险救援工作中失去宝贵的生命。为有效降低消防救援的危险系数，保障消防人员的个人安全，人工智能技术开始应用于消防救援装备中，消防人员利用智能化消防救援装备从事一些难度系数较高、危险性较大的抢险救援工作，在保障人民生命财产安全的同时消防人员的生命安全也得到了保护。

2.1 消防机器人

目前针对消防机器人的研究已经在世界各地广泛展开，我国在这一领域的研究开始于20 世纪90年代，经过20 多年的发展已经可以在灭火、侦察、救援、排爆等危险工作中替代消防人员完成作业。在消防救援工作中消防机器人往往需要进入有毒、浓烟、高温、缺氧的环境中，因此应具有耐高温、防烟雾等性能。在进入火灾现场后消防机器人通过高清摄像头能够快速精准的识别火场中的物体、确定物体的大小；
利用感应装置实时监测火灾现场的温度、气体，确定着火点位置；
通过图像处理技术、无线通信技术实现人机交互并完成信息的传输。随着人工智能技术的应用与发展，消防机器人的类型也逐步细化，比如灭火机器人可以进入危险区域完成探测、侦察工作，还可通过携带的消防水炮对目标物体进行喷射灭火或者进行冷却降温。第120 页图1 为消防救援中3 种常见的消防机器人。

图1 消防机器人

1）火场温度的监测。消防机器人安装有红外温度传感器，可以接收到来自于火场内物体的红外线辐射，经过信号转化后输送到控制端，消防人员通过发射红外线的强度可以确定物体表面温度。

2）火场可燃气体的检测。消防机器人安装有可燃气体传感器，其原理是利用了金属铂丝高温状态下电阻发生变化的特性。当火灾现场有煤气等可燃气体进入到传感器内接触到铂丝就会形成氧化反应，铂丝在受热状态下表面温度迅速升高，其电阻就会发生变化，可燃气体的浓度越高反应越剧烈，温度升高速度越快，电阻增大也越快。第120 页图2 所示的电路图是当检测到可燃气体时铂丝电阻发生变化情况通过电信号的形式表达出来。

图2 电阻变化转换为电信号的工作电路图

3）机器视觉测距。消防机器人安装有激光测距传感器，能够精准测量目标物体的尺寸以及机器人与目标物体之间的距离，从而更快确定着火点。激光测距的原理是利用了光的传播速度，光的传播速度是一定的，只需要测量激光束从传感器上发出到返回的时间即可计算出距离[2]。计算公式为

式中：d 为机器人与目标物体之间的距离；
c 为激光传播的速度；
t 为激光束往返的时间。

由于火灾现场环境复杂，存在许多危险因素，为了保证消防机器人的安全，还需要在机器人上安装毫米波雷达，能够实时监控机器人周围环境，当有障碍物或者有物体坠落时能够及时避开。

为保证机器人拍摄的图像更加清晰，滤除掉图像中的多余噪点，可采用均值滤波加高斯滤波的方式，这样能够去除图像中大部分的噪点。均值滤波是一种典型的线性滤波算法，以拍摄目标为中心取9 个像素点数值计算平均值，然后替换目标像素点的数值。但均值滤波也存在不足，在图像去噪的时候也对图像本身造成一定的破坏，导致图像清晰度差。而高斯滤波则是一种线性平滑滤波算法，可有效去除高斯滤波噪点，具体做法是用一个模板扫描图像中的所有像素，用模板确定的邻域内像素的加权平均灰度值去替代模板中心像素点的值。二维分布公式为

式中：x2与y2为图像中邻域内其他像素点与中心像素点之间的距离；
σ2为方差。

4）火场中贵重物品的抢救。当火灾发生后被困人员应在第一时间考虑如何快速逃生，但现实中人们往往想到的是如何快速抢救自己的贵重物品，最终导致自己身陷火海。在使用了消防机器人后可以帮助人们快速搜寻火场中的贵重物品并完成抢救。消防机器人通过自身的温度传感器监测到火场内环境的温度以及物体的温度，通过高清摄像头获取到清晰的图像，通过分析物体大小尺寸判断机器人的机械手臂能否拿起。完成这一系列操作后消防救援机器人可以进入火场中，在绕开危险区域以及躲避高处坠物后找到需要抢救的贵重物品并成功带出。这样既减少受灾人员的经济损失，又保障了被困人员与消防人员的生命安全[3]。

5）火场排烟控制灾情。有些场所发生火灾后会产生大量烟雾，比如隧道、地下建筑等场所。烟雾中含有大量有毒有害气体，会造成大量人员伤亡，并且能见度过低也会影响消防人员的救援行动。消防排烟机器人可以通过外设高压水驱动马达带动风扇高速旋转，将着火点周围的烟雾快速吹散，高压水经过风扇后还起到了雾化的效果，既可以起到降温的作用，还能够洗涤烟雾减少毒气的生成，从而有效控制和减弱灾情。

2.2 消防无人机

现阶段我国已经有很多地区的消防部门使用了消防无人机，用于火场侦查、目标搜索、抛投救援物资、通信中继等，在消防救援工作中发挥着非常重要的作用。无人机的机身全部采用了高强度、高模量的碳纤维材料，具有耐高温、抗摩擦、导热好、耐腐蚀、体量轻等优良性能，安装了防火等级较高的动力系统，搭配云数字平台、GPS 定位系统、高清摄像头。消防部门利用无人机可以实现高空火情侦查、精确定位、空中消防灭火、特殊环境下的搜救等任务，尤其是高层建筑灭火救援、有毒有害环境侦查与搜救等，图3 为无人机火场侦查流程图。消防部门可同时出动消防无人机和消防机器人，两者相互配合，形成空中与地面协同的立体式消防作战体系。

图3 无人机火场侦查流程图

消防无人机的具体应用主要包括以下几个方面[4]。

1）监控火势的发展。当野外或森林发生火灾后在风的影响下火势会向着不可预知的方向蔓延，搭载了热成像仪与高清摄像头的无人机可以在高空进行观察，不会受到浓烟的影响，快速识别与定位，减少烟雾与热量对消防队员带来的风险。

2）实现快速灭火。在确定火灾着火点、火势发展方向后，无人机可以搭载干粉灭火罐、水龙带、专用灭火弹等装备，不受复杂地形的影响，与地面消防人员配合，实现高空与低空的立体化作业，快速扑灭大火。

3）完成快速搜救。当前危险发生后被困人员会遇到各种不可预知的风险，比如在野外会受到低温、跌落、动物侵袭等，救援人员也会受到地形、天气等环境因素的影响。消防无人机无惧地形、天气因素的影响，使搜救工作更快捷、更安全，通过搭载的传感器实现快速识别、定位，还可以实现向偏远地带输送医疗物资等[5]。

2.3 智能烟火识别

目前在预防火灾方面智能烟火识别系统发挥了非常重要的作用，当智能视频分析系统监测到环境内发生烟雾、火苗时就会快速进行识别与分析，并及时发出警报，同时将获取的报警信息、视频以及视频截图存储在数据库中或者上传到云端，以备查验。工作人员可以随时获取并查看报警记录与报警视频，做出相应的处理措施。

在智能烟火识别系统中，通过安装的智能视频监控系统对监控区域内产生的浓烟、烟火等现象进行识别，通过智能分析与人工智能算法进行有效识别，对于复杂状况下的识别率可以达到80%，利用智能监控摄像头就可以准确识别，并不再需要其他类型的传感设备。

在智能烟火识别系统中运用了无线通信技术，当前5G 技术的快速发展对智能烟火识别系统起到了助推作用，尤其是当前林业部门的护林防火，逐步推进智能监控系统的建设与布局。目前我国已经有很多省份的林业站已经建立了无线网络远程高清视频监控系统，可有效降低森林火灾发生的概率，对于大面积的森林，也可以通过在高处搭建监控球机来实现全天候防火监控。智能视频烟火识别系统可以24 小时无人不间断进行识别分析，针对异常情况及时报警，节约了大量人力、物力，提高了工作效率，实现了防火防灾的智能化管理[6]。

综上所述，人工智能技术的应用大大提高了消防装备的实战能力，消防人员通过消防机器人、消防无人机可以及时有效地应对各种复杂的情况，为快速制定救援方案提供参考。消防机器人、消防无人机能够快速定位着火点、快速排烟、判断火势发展、快速定位受困人员、完成贵重物品的抢救、实现快速灭火等，成为消防救援行动的第一大助力。相信随着人工智能技术的发展，将有更多先进技术被应用到消防装备当中，大幅度提高消防救援的安全性与可靠性，减少救援物资的消耗。

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