王文浩

（河北省高速公路榮烏管理處，河北 徐水 072550）

1 引言

中國是世界上公路隧道規(guī)模最大、運營里程最長的國家之一。公路隧道作為高速公路建設(shè)的重要組成部分，對道路的通行和經(jīng)濟的發(fā)展起著非常重要的作用[1]。由于隧道長且空間相對封閉，以及能見度低且空氣質(zhì)量差的特點，造成了一系列嚴重影響交通運營安全的問題。作為交通運輸?shù)闹匾M成部分，如何應(yīng)用現(xiàn)代科技給乘客提供最為安全的出行服務(wù)，已經(jīng)成為當前亟待解決的重要問題[2]。一些較為先進的救援設(shè)備，如履帶式、行走式機器人等，這些設(shè)備移動速度較慢，比較昂貴；且設(shè)備受到自身穩(wěn)定性約束，不能承載較重物體，不能多角度對事故點進行救援。本文綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，從檢測感知、作戰(zhàn)指揮、人員安全管理方面對智能機械臂在救援滅火方面進行了分析；從隧道土建結(jié)構(gòu)、內(nèi)部設(shè)施方面對智能機械臂在養(yǎng)護管理方面進行了分析，不僅能滿足日常監(jiān)測與養(yǎng)護需求，還保障了事故發(fā)生的高效救援，同時，對行車人員的生命財產(chǎn)安全大有裨益。

2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

隨著高速公路隧道里程的不斷增加，智能化的公路隧道管理已經(jīng)得到了人們越來越多的關(guān)注[3]。從近年來國內(nèi)外發(fā)生的重特大隧道火災(zāi)事故可知，我國的隧道火災(zāi)發(fā)生概率明顯高于其他國家，形勢不容樂觀[4]。

隨著社會的發(fā)展，對智能化救援方法的研究越來越多。1986 年，日本消防廳首次使用消防機器人進行滅火，卡內(nèi)基梅隆大學WOLF 等研究了一種能夠運動空間大和探測范圍廣的可移動機器人[5]。此后，美國的In Rob Tech 公司研制了FFR-1型消防機器人，該機器人采用遙控控制，可以爬30°的坡度，跨越高度為20 cm 的障礙。

1997 年，我國開始研究了救援消防機器人。2002 年6 月，由上海強師消防裝備有限公司研制的消防滅火機器人JMX-LT50 誕生，其采用輪式行走機構(gòu)[6]。2014 年，沈陽自動化研究所研究了一種能夠折疊變形的履帶式救援機器人。

雖然滅火救援設(shè)備種類繁多，但在處理火災(zāi)、幫助被困人員逃生等方面仍存在諸多不足。例如，高壓脈沖設(shè)備和水消防設(shè)備都需要人工操作，當產(chǎn)生大量煙霧時，救援人員無法確認著火點具體位置，無法在最短的時間內(nèi)使用救援設(shè)備。

綜上所述，目前，對于現(xiàn)代化智能救援機器人的研究發(fā)展迅速，但針對隧道事故特征以及空間特性的智能化救援設(shè)備研究較少，成果不明顯。傳統(tǒng)隧道救援設(shè)備操作容易受到局限，自動化程度不夠高，而救援機器人存在其成本高、無法承受較重物資、移動速度慢不能及時到達救援點、道路堵塞時設(shè)備無法通行等缺點，在隧道救援中效果一般。

3 智能機械臂在公路隧道偵察滅火救援中的應(yīng)用

3.1 全方位的檢測感知

對災(zāi)害現(xiàn)場情況的偵察工作是滅火救援作戰(zhàn)的重要保障，為達到該研究的主要目標，避免軌道移動機械臂與隧道壁上的設(shè)備發(fā)生沖突，實現(xiàn)救援時軌道機械臂能夠第一時間快速移動到突發(fā)事件現(xiàn)場，所以，本文主要研究軌道移動機械臂安裝在隧道頂部上的場景。目前，隧道壁上的檢測工作主要是在機械臂上安裝圖像傳感器（攝像機），利用攝像機通過對隧道進行內(nèi)部觀察，然后，利用一些儀器進行隧道檢測，但這些其實都無法保證對災(zāi)害現(xiàn)場情況的全面掌握。通過在機械臂上布置微型的多功能傳感器，形成隧道的偵察傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 智能的作戰(zhàn)指揮方位

智能機械臂是結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于消防應(yīng)急領(lǐng)域，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對無線傳感器及其圖像反饋回來的信息進行分類匯總，并通過監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控站向操作員發(fā)出緊急求助信號，為操作員的滅火救援戰(zhàn)斗提供有效信息。利用已經(jīng)安裝在機械臂上的GPS 定位系統(tǒng)，及時將車輛的位置信息發(fā)送到電腦中，然后，利用事先在機械臂上裝配好的RFID 電子標簽，統(tǒng)計好救援車輛的類型、車輛數(shù)量、救援人員數(shù)量，以及所屬單位和配備的裝備，并且在救援車輛到達之前，預(yù)先為車輛確定?？课恢煤头峙渥鲬?zhàn)任務(wù)。統(tǒng)一有序的管理，不僅能提高救援指揮效率，還能將災(zāi)害損失降到最小。

3.3 智能的人員安全管理

當發(fā)生火災(zāi)時，往往需要救援人員進入現(xiàn)場探查火災(zāi)的情況，但火災(zāi)現(xiàn)場的溫度以及煙霧濃度對救援人員的生命安全產(chǎn)生了嚴重的威脅，智能機械臂為解決這一問題提供了方法。進入火災(zāi)現(xiàn)場的救援人員都會攜帶存儲溫度、煙霧濃度壓力、特定的編號以及姓名等信息的電子標簽。在智能機械臂安裝的隧道地圖可以實時顯示隧道內(nèi)全貌，通過定位功能對救援人員的路線進行跟蹤，以實時確定各種醫(yī)療儀器的使用狀態(tài)和人員位置。一旦當救援人員的生命體征參數(shù)出現(xiàn)異常時，醫(yī)療儀器就會自動震動，提示救援人員趕緊撤離，為保護救援人員產(chǎn)生了極大的作用。

4 智能機械臂在公路隧道管理與養(yǎng)護方面的應(yīng)用

4.1 公路隧道土建結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護管理

土建結(jié)構(gòu)的最主要的養(yǎng)護管理工作首先是清潔、維修和結(jié)構(gòu)檢查；其次是病害處治。公路隧道土建結(jié)構(gòu)的清潔、維修，主要是采用機械臂模仿人的手功能，利用軟布、水槍進行照明燈具擦拭、頂部結(jié)構(gòu)物的臟污及標志牌的清理，保持外觀的干凈。另外，一般在嚴寒地區(qū)春季冰雪融化后，隧道內(nèi)部可能會出現(xiàn)掛冰、漏水的情況，通過在機械臂上安裝超聲波檢測儀和全站儀，進行滲漏水以及結(jié)構(gòu)變形的檢查，以達到保養(yǎng)維修、病害處治的目的。

4.2 公路隧道內(nèi)部設(shè)施的養(yǎng)護管理

公路隧道內(nèi)部設(shè)施的養(yǎng)護主要包括供配電設(shè)施、監(jiān)控設(shè)施、照明設(shè)施、通風設(shè)施及救援設(shè)施的維護。考慮到當前國內(nèi)高速公路的隧道結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且隧道內(nèi)部的機電設(shè)施功能多樣,所以,在進行隧道機電設(shè)施養(yǎng)護時必須首先對隧道的通風通道進行檢查,并借助各類儀器實現(xiàn)對隧道內(nèi)外部環(huán)境的實時監(jiān)控。常用的儀器主要有煙霧傳感器、溫濕度傳感器、光照傳感器、氣體探測器（O2、H2S、CO、CH4）等。

5 結(jié)語

隧道事故救援、管理和維護是保證公路交通安全運行的重要手段。世界上許多國家對公路隧道的安全和健康狀況進行了大量的研究，建立了各種的救援及管養(yǎng)系統(tǒng)，但是，大多數(shù)檢測系統(tǒng)的智能化、自動化程度相對較低。因此，為了實現(xiàn)公路隧道交通事故下的智能、靈活、高效救援，該系統(tǒng)通過在隧道頂部設(shè)置軌道移動智能機械臂，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立了智能化機械臂救援和管養(yǎng)系統(tǒng)。實現(xiàn)運營管理和救援指揮快速反應(yīng)的目標，最大限度降低了隧道運營費用和事故危害。