通用救援装备是指可应用于不同场景具有一定共性的救援装备,包括生命探测仪器、智能可穿戴装备、通信装备等。
1.5.1 生命探测仪器
生命探测仪器主要用于灾害发生后生命信息的获取,从而指导救援人员准确快速地展开救援,可应用于陆地,空中及水下等领域,在应急救援搜索中起着至关重要的作用。
生命探测仪器种类繁多,较为常见的探测方式包括红外生命探测仪、气敏生命探测仪、生命探测雷达等。
红外生命探测仪主要利用红外辐射来感知人体温度差异,以判断废墟中是否存在幸存者,但该探测器不能有障碍物遮挡,且容易受到环境温度以及周围热源的干扰。
气敏生命探测仪主要是指通过判断周围环境二氧化碳浓度以判断生命信息,但该探测仪无法用于开放空间,因此使用场景受限。
芬兰Environics ChemProHT手持式全功能化学探测器
相比较其他两类生命探测仪,生命探测雷达的应用更为广泛。
生命探测雷达是一种将微功率超宽带雷达技术与生物医学工程技术结合研制而成的救生设备。根据不同的发射信号,生命探测雷达可分为连续波和超宽带两大类,其中基于超宽带体制的生命探测雷达应用较广且较为先进。
超宽带生命探测雷达使用电磁波作为探测媒介来探测呼吸、心跳所引起的人体体表的微动,然后提取所需的生命体征参数,最后判断有无生命体存在。超宽带生命探测雷达具有发射脉冲极窄、高距离分辨率、穿透能力强和较好的抗干扰能力等优点。
对于超宽频探测雷达相关技术,美国 Lawrence Livermore National Laboratory 使用超宽带雷达检测了障碍物后的静止人体,从而开创了超宽带生命探测雷达领域。随着技术的逐渐成熟,超宽频探测雷达在灾害现场逐步得到了应用。通过复杂废墟环境下雷达的穿透性能、抗干扰能力、探测精度等关键技术被突破,相关产品被研制出来,并逐渐在生命搜索中得到了应用。
美国研发的 Lifelocator 3+型生命探测雷达如图 45 所示,尺寸是 45 cm×45 cm×23 cm,质量为11 kg(包括电池),探测角度为 120°。主要采用超宽带无线传输技术,在建筑物坍塌、地震、雪崩和泥石流等灾难现场,无需进入即可帮助救援人员在2~3 min 内探测到被困人员。
不足之处是雷达波不能穿透大面积纯的金属板。德国研发的 BioRadar生命探测雷达如图 46 所示,主要用于探测生命体的移动。该雷达能探测到被困人员包括呼吸和心跳在内的所有的身体移动信息。但该仪器不涉及多目标探测,同时穿透能力较弱(不超过 10 m),且装备质量大,不便于在救援中携带。
为解决生命探测雷达穿透力不足及信息感知精度不高的问题,国内的国防科大、四军医大、电子科大、中科院电子所等科研机构及企业对生命探测雷达进行了深入研究。
为了解决多普勒运动信息的反演本质上存在的非线性问题,浙江大学吕勤毅针对最优多普勒雷达传感架构和线性多普勒相位解调算法开展了一系列研究,逐一解决了此前存在的相关难点,并通过实验演示了基于同一架构的大动态和微弱运动的线性反演,使得多普勒雷达传感在非接触生命信号检测中得到实际应用。
第四军医大学马腾针对对讲机引入的窄带射频干扰(Radio frequency interference, RFI)和风吹草动两种干扰,对超宽带(Ultra wide band, UWB)生物雷达应用中的环境干扰问题及其抑制技术开展了系统性的实验研究,探明了窄带 RFI 和风吹草动干扰对 UWB 生物雷达人体呼吸检测性能的影响,在此基础上提出了UWB 生物雷达环境干扰的应对策略,对 UWB 生物雷达的应用具有重要的指导意义。
此外,中科院电子所在攻克生命探测雷达关键技术的基础上,针对我国反恐维稳和地震灾害生命救援等需求,开发出穿墙成像雷达样机、生命探测雷达样机。
综上所述,国内外众多机构在生命探测雷达的研发上取得了一定的成果,但仍然存在以下问题:
① 生命探测雷达远距离的探测精度不高,这就导致了探测雷达在稍大范围内无法准确探测到生命信息;
② 目前多数产品只能一维或二维测距,且不涉及多目标探测,限制了救援效率;
③ 废墟环境存在大量不同材料的障碍物,复杂障碍物对探测精度影响较大。
上述问题都限制了生命探测雷达在救援中的应用。
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