地震救援机器人在芦山7.0级地震中的应用

中国地震应急搜救中心 刘亢 尚红

国外研发的地面和空中救援机器人

近年来，全球范围的地震灾害频发，给当前的现场救援工作带来了巨大的挑战。大多数情况下，地震现场存在的诸多不确定因素影响了救援人员快速、高效、安全地开展工作。因此，辅助人类进行地震搜救工作的机器人成为地震应急救援技术发展的一个重要方向。

随着“9·11”恐怖袭击之后，许多国家都从军事和应急角度，开始了反恐、防化、救援等特种机器人的研发。日本、美国和中国等自然灾害频发国家，都投入了大量的人力和物力，根据各自国家的研究特点和灾害类型，进行救援机器人研发。尤其是日本“3·11”地震及海啸引起的核污染灾害，敲响了全球范围地震搜索救援工作的警钟，地震救援行动如何在有毒或核辐射环境下工作，也成为了研究的热点，地震救援机器人的研制势在必行。

中国地震搜救中心与中国科学院沈阳自动化研究所等科研单位在“863”计划“救灾救援危险作业机器人”项目的支持下，共同研制和开发了地震废墟搜索与辅助救援系列机器人样机；同时，机器人样机在国家地震紧急救援训练基地模拟地震废墟环境下开展功能测试。通过对实验的相关数据进行分析，并在防震减灾演练与国际重型救援队分级测评(IEC)中获得肯定，初步验证了我国自主研发的地震辅助救援机器人的可靠性。2013年芦山7.0级地震发生后，项目组成员第一时间携带废墟搜索机器人与旋翼飞行机器人赶赴灾区，协同中国国家救援队开展搜救工作。

两款地震辅助救援机器人

地震辅助救援机器人的研制是一个模块功能集成化的过程。该系列机器人相对于传统的人工搜索具有多种优势。首先，机器人可以通过履带爬行和螺旋桨飞行，其行进速度快于在废墟上行走的救援队员；其次，机器人负重能力强，可以携带多种传感器，实现废墟内图、声、气、温等多种检测，可以更有效地发现被困者的位置；再有，机器人的机动性和搬运破拆能力都强于人类，而且通过电池补给可以连续工作，提高搜救效率；最后，机器人救援的形式，提高了救援队员的安全系数，可以避免二次倒塌所带来的伤亡。未来通过不断提高机器人的性能与感知能力，以及开展大规模的救援人员操作培训，该系列地震救援机器人便可以广泛应用于现有国家地震应急救援队的现场工作之中。

废墟搜索机器人

废墟搜索机器人可以根据任务的类型及环境而改变自身的构型，适应多样化地震废墟环境。进入危险或救援人员无法进入的废墟；搜索幸存者及可能有幸存者的空间；随时监视废墟的变化，防止发生倒塌危及救援人员；提供幸存者周围环境信息及救援通道的信息，方便施救。

废墟搜索机器人可利用自身携带的红外摄像机、声音传感器将废墟内部的图像、语音等信息实时传回后方控制台，供救援人员快速确定幸存者的位置及周围环境，为实施救援提供救援通道的信息。

旋翼飞行机器人

地震灾难发生之后，在救援的“黄金72小时”内，开展并完成救援工作能最大限度地抢救幸存者的生命，减少灾害造成的损失。因此，及时了解地震现场情况对救援工作的有效完成具有重要意义。

目前研制的旋翼飞行机器人最大任务载荷为40千克，最大巡航距离可达到120千米，最高可在高度3000米高空（海拔）飞行，最大巡航时间1.5小时，抗风能力不小于6级。与无人驾驶飞机相比，旋翼飞行机器人有两大优势：可以较长时间定点悬停，获取目标地的详细影像资料；能够垂直起飞降落，不需要跑道。

小型旋翼无人机主要功能是提供房屋损毁及倒塌、画面场景精确位置、搜救人员地面线路、救援人员现场作业等实时信息，并协助救援队完成危楼建筑排查工作。

地震救援机器人在芦山地震中的应用

芦山地震发生后，项目组迅速启动应急预案，北京、沈阳、成都三地进行联动，迅速落实赴灾区机器人小组成员人选。地震发生当天，地震辅助救援机器人由沈阳出发，次日下午抵达芦山县城抗震指挥部，途中花费29小时。

废墟搜救机器人结构

废墟搜索机器人开展搜救工作

进入灾区后，废墟搜索机器人全程配合救援队进行废墟排查工作。龙门乡乡政府所在地受灾较重，街道上多处门店受地震破坏严重，主承重墙受损，有随时倒塌的可能。加之震后余震不断，极大地威胁到搜救队员的人身安全。此刻，废墟搜索机器人的作用凸显而出。在研发人员的熟练操作下，该款机器人顺利进入严重破坏的建筑物中，由楼梯爬上二楼，传送回实时清晰画面。对整个楼层进行搜索，确定无人员受困之后，机器人安全返回，完成对该栋危楼的排查工作。

在救援队工作期间，有村民告诉救援队，在龙门乡红星村有一处废墟，原来是一栋“7”字型的二层楼房，地震发生前二个月，住在楼内的一对夫妻带小孩外出打工，村民不知道地震时家里是否有人居住。经废墟搜索机器人进入废墟搜索，经过排查，未发现被埋压人员。

小型旋翼无人机在救援工作中的应用

小型旋翼无人机可以作为30～40人规模的救援分队装备，作业范围为乡级（约50平方千米），需配备操作人员3人，可进行自主/遥控飞行模式自由切换。

在指挥部下达废墟搜索命令后，该机器人成功完成自主起飞、空中悬停、航迹点跟踪飞行、超低空信息获取、自主降落等科目，实现了对地震废墟区域的快速信息获取与实时影像回传。在震中龙门乡、清仁乡等6个乡镇开展了交通情况勘查、宏观灾情采集、废墟搜索、危楼排查等工作，为搜救行动效率的提升贡献了力量，为救援队有针对性地调度和部署提供了决策依据，相关信息也为当地政府抗震救灾决策提供了帮助。

机器人参与芦山地震救援的思考

地震救援辅助机器人参与芦山7.0级地震救援行动是其第一次真正进入实战。通过该次救援行动，这两款机器人根据所处废墟环境，充分发挥自身特点，为地震救援工作提供了帮助。

归纳起来，芦山地震中使用的两款机器人具有如下优点：体积相对比较小巧，可以抵达废墟现场；设备性能稳定，未出现异常，可以正常工作；小飞机获取的实时图像清晰，提供画面场景位置信息精确，可完全满足应急救援需求。

然而，在实战应用中，也暴露了一些实验室测试中未发现的问题。

小型旋翼机器人工作照片

首先，从机器人出发到抵达指挥部，途中花费29小时，时间太长。必须反思如何提高机器人的运送效率。产品设计要合理，如果存在运输中违禁的配件等要提早发现，妥善处置。平时要建立起可行的联动机制，一旦发生地震，就要有多方面力量联动，以保证救援机器人快速、安全抵达灾区。

其次，相对而言，废墟搜索机器人在芦山7.0级地震救援中并未充分发挥出其功能。主要是由于震区位于山区，损坏的建筑物多以土木结构、砖木结构构造的民宅为主，房屋倒塌后，很难形成适合该款机器人工作的废墟环境。通过该次救援行动说明，它更适合能形成较宽阔空间的城市地区震后的废墟环境救援。

再次，建立救援辅助机器人与救援队的协同工作机制，提高搜救效率，需要在救援队日常训练中加入救援机器人，逐步建立起救援辅助机器人与救援队的联动机制，全面发挥救援辅助机器人的巨大潜力。

最后，这两款救援机器人的体积、重量还是稍大，如遇交通堵塞或通道中障碍物，则无法进入目标废墟开展工作。同时，还需要进行人机交互技术优化，提高其操控性，这也是未来该系列地震搜索救援机器人能广泛推广的重要环节。如何让操作方式简便、易学，实现良好的人机交互技术是未来研究的关键环节。

结语

综合上述分析，救援辅助机器人第一时间参与芦山7.0级地震救援行动，并在废墟排查、获取震区交通信息、确定建筑物破坏等方面取得了一些成绩，为救援队提供了有用的信息。然而，在实战应用中也发现了救援辅助机器人存在的一些问题。为此，还需要不断地强化和完善在地震救援联动机制以保证机器人有效地开展工作，以及进一步优化人机交互技术，提高其操控性等方面努力。随着机器人技术的不断发展，有理由相信，在不久的将来，可以实现机器人智能废墟搜索，以及水、陆、空机器人协同救援人员进行地震灾区大面积、立体式搜索救援。这将极大地提高地震救援效率。