国外一种新型搜救寻路系统在消防救援中的应用

2014年，国际应急救援人员创新促进论坛成立。该论坛是一个由全球各国政府领导人组成的组织，其重点是加强和扩展为全球应急救援人员开发经济适用的创新技术。该论坛目前由13个不同国家和欧洲委员会（EC）成员组成，包括澳大利亚、加拿大、芬兰、德国、以色列、日本、荷兰、新西兰、新加坡、西班牙、瑞典、英国和美国。法国和墨西哥也即将加入。

由于缺乏对全球能力差距的统一认识，应急救援领域市场的创新发展受到局限。全世界应急救援人员有一个共同使命，那就是确保其保护公民的安全。他们需要经常处置类似墨西哥灣的漏油事件（英国石油公司漏油事件）和日本福岛第一核电站的核灾难等这类复杂的事件。为此，全世界应急救援人员亟需技术先进的工具和设备，以便更有效、安全地应对各类大、小紧急事件。然而，却没有一个集中的途径可以确定并探讨救援人员共同的需求或“能力差距”。加之应急救援机构往往购买救援工具和设备数量较少。这两项事实对私营企业开发新技术几乎没有什么激励作用，致使该领域技术创新水平不足，最终造成应急救援市场技术研发水平不足。为改善这一状况，国际应急救援人员创新促进论坛力求寻找并填补这一技术差距，从而扩展全球应急救援市场。

2016年，该论坛明确并商定了四项共同的全球能力差距，本文介绍的内容即针对第一项差距。

能力差距1：实时了解救援人员位置及其接近危险程度的能力。

能力差距1：定义了实时了解应急救援人员位置及其接近危险程度的能力。要填补这项能力差距，要求在各种环境下开发应急救援人员定位装置，以及配套的支持显示救援人员精确位置的软件或装置。

论坛与会者审查了各自国家内部的差距，各国应急救援人员一致认同有必要实时准确地确定救援人员的位置。事件指挥官（IC）和救援组长表示，需要一种工具来显示救援人员的位置及其接近潜在威胁的程度。在各种环境下对应急救援人员地理定位的能力，加上实时对事件风险和危害的感知能力，可能会增强应急救援人员的安全，并提高救援效率。

美国的灭火救援理念与欧洲及国际消防员理念不同。造成这些差异的因素有很多。例如，欧洲的城市人口密度、社区密度和住宅建筑密度都与美国非常不同。但消防员在搜救过程中迷失方向的问题却并非美国独有，全世界的消防员都被此困扰。

根据Don Abbott 的“Mayday项目”（www.projectmayday.net）研究，迷路或迷失方向是消防员发出求救信号的三大原因之一。从2006年1月到2015年12月，仅美国就有115名消防员因在燃烧的建筑物内被困或迷失方向而丧生。

搜救寻路系统的提出

在国际论坛正式确定这一问题之前，来自爱尔兰的两名年轻人Martin Patrick Trainor和Paddy O'Boyle就已经在研究解决“消防员在搜救过程中迷失方向”这一问题。他们研发了一种Pathfinder（搜救寻路系统）来解决能力差距1提出的挑战。

Pathfinder系统是一种虚拟的电子“搜索绳”，它采用面包屑概念帮助消防员在能见度很低或接近于零的浓烟条件下进行室内灭火和搜救作业，而不会在建筑物内迷失方向。同时也有助于防止消防员在离开相同作业状况的建筑时迷路、迷失方向或与其他人员走散。该系统还能帮助快速干预小组（RIT）更快地找到昏倒的消防员——这是救援技术的一项巨大进步。

图1：Pathfinder搜救寻路系统的寻路器约有一个小型感烟探测器那么大。它采用智能技术跟踪建筑物内消防员的移动轨迹。每个消防员的头盔内都安装有一个约1/4硬币大小的跟踪传感器，该传感器可与寻路器进行通信。

Pathfinder系统每个寻路器的尺寸与一个小型感烟探测器相当，形似“冰球（puck）”。它采用智能技术跟踪建筑物内消防员的移动轨迹。不像GPS技术无法穿透建筑物内部，这种智能技术可穿透建筑物及地下室，且不受高度影响，因而可用于高层消防作业。寻路器使用一种特殊的粘合剂，几乎可粘在火灾环境中的任何物体上。当消防员进入建筑内进行灭火或搜救时，他们还会采用标准的搜索模式，但不是用搜索绳以特定的间隔打结——因为在黑暗的浓烟中戴着手套在绳索上打结非常耗时，这无疑会减缓搜索速度——现在他们只需将寻路器拍在门上、墙上或其他物体上即可。随着搜救小组进一步深入建筑内时，他们可以在任何认为关键的间隔处再放一个寻路器。与有特定长度的搜索绳不同，搜救小组只受其能携带的寻路器数量的限制，所以只要携带数量足够多，就能覆盖更远的距离。每个寻路器都像一个无线电信标和发射器，有效地为消防员留下一条“面包屑 ”踪迹，帮助消防员寻迹撤退。

图2：寻路器使用特殊的粘合剂，几乎可粘在任何物体上，例如门、墙、某个物体、楼梯顶、出口门或者其他关键位置上，而无需使用搜救绳以特定间隔打结。搜救绳长度有限，但使用Pathfinder寻路器，只要带进建筑物中的寻路器数量足够多，就能在相当大的范围内进行搜救。

每个消防员的头盔内都装有一个约1/4硬币大小的跟踪传感器。这样可以识别并跟踪在建筑物内移动的每名消防员。传感器可与Pathfinder的寻路器通信，并通过声警报和亮闪的可视提示向消防员发出警示，以帮助其识别建筑物出口。寻路器可发出几种特定的语音信息。目前有四种：“地标”、“门”、“已搜索”和“危险”。目前正在研究如何根据本地协议及可用的语种来自定义寻路器的语音信息。下面将简要介绍这些术语在系统中的应用。

Pathfinder装置可将实时信号传输到建筑物外指挥室的监视器屏幕上。事件指挥官（IC）可根据这些实时信号跟踪建筑物内消防员的移动和搜救进展情况。诚然指挥官了解战况还需监视其他电脑屏幕，但这一显示屏的作用是检查建筑内救援队的进展情况，因为一旦接到消防员晕倒的求救信号时，任何可以利用资源的工具都不再多余。

图3：传感器可与Pathfinder寻路器通信，并通过警报声和亮闪的可视提示向消防员发出警报，以帮助消防员找到建筑出口。该寻路器装置可发出四种语音信息：地标、门、已搜索和危险。Pathfinder寻路器还可用作热电偶，记录周围的温度并将数据实时传输到事件指挥官的监控器屏幕上。

搜救寻路系统的工作原理

以下举例说明，请参考图4、5和6。这三张图片中的信息彼此关联。

图4一层和图5二层的平面图解释了面包屑的概念，可有助于直观了解在搜救过程中如何在建筑物内放置Pathfinder的寻路器。“红色”搜救小组正沿大楼左侧进行左侧搜索。他们先放了六个Pathfinder寻路器。需要注意的是，红色小组的搜索路线被称为路线A。“蓝色”搜救小组正沿大楼右侧进行右侧搜索。蓝色小组的搜索路线被称为路线B。这两条搜索路线都会显示在事件指挥官的监控器上。蓝色小组在一层放置了两个Pathfinder寻路器，然后开始上楼。在图5中，他们在楼梯顶部放置了三个寻路器装置，然后在二层继续沿右侧进行搜索。他们将在线路B上共放置五个Pathfinder寻路器。

图4：一层。每个Pathfinder寻路器都像一个无线电信标和发射器，可为消防员留下“面包屑”踪迹，帮助消防员寻找出来的路径。这张图可有助于直观了解搜救过程中如何在建筑物内放置Pathfinder寻路器。

图5：二层楼，路线B。在事件指挥官的监控器上无法判断寻路器1和2是否位于一层，以及寻路器3、4和5是否位于二层。线性图仅能显示路线B上有5个寻路器。这一补充信息必须通过无线电传输给事件指挥官。寻路器3的位置上发生的具体危险情况也需通过无线电进行交流。事件指挥官的监控器上仅在寻路器3的位置显示一个危险图标。

传输到事件指挥官监视器的信息实际上条直线——而不是像建筑平面图那样显示。在图6中，路线A表示左侧搜索，路线B表示右侧搜索。线路B不会在事件指挥官监视器上显示两个单独的楼层。这不是一个独立的系统;某些信息需要通过无线电传输来澄清。无论发生什么情况，监控器显示的线性图始终表示地下室和一层、一层和二层，或甚至高楼层（如23层和24层）。当消防员进入建筑内并启动固定的Pathfinder寻路器时，图表上就会出现一个新的点，从1开始编号。只需要按下电源键并轻敲寻路器即可启动。启动后装置即被点亮。寻路器有四个敲击位置，会给出不同的语音提示，并在事件指挥官的监控器上生成相应图标，因而无需记住语音对应的位置。

例如，轻敲寻路器一次，会发出“地标”语音提示，线性图上会生成一个位置标记图标（与谷歌地图的图标类似）。“地标”的用法如同搜索绳上的标记结。轻敲二次寻路器，会提示“门”，监控器上以一个小的阴影矩形代表即将被搜索的房间门。轻敲三次，会提示“已搜索”，并将编号为白色的小点更改为绿色，表示该房间已搜索过。门的图标保持不变。第四次轻敲探路器会提示“危险”，并在编号的探路器图标旁边的红色三角形图标中放置一个感叹号。圆点变成红色，表示该寻路器位置处存在危险。所有寻路器启动都会留下一个时间标记。

白色三角形表示建筑内真实的消防员。当消防员与探路器之间的距离小于1.5米（4英尺9英寸）时，事件指挥官的监视器上会出现该三角形图标。在消防员启动下一个寻路器或进入下一个寻路器的范围内之前，该三角形图标会一直附着在那个寻路器上。这些三角形图标还指示消防员沿着直线图行进的方向，以指示消防员是否即将进入或离开建筑。这是一个很有价值的特性，可将每位消防员姓名的缩写及人员识别号预先编入传感器标签中。

现在就可以很好地读取并理解事件指挥官监控器上的图形了，见图6。线路A上放置了6个Pathfinder寻路器。#1有一扇门已搜索过。#2位置是一个地标。#3位置已搜索过。#4位置有一扇门，#5位置有一个地标，#6位置有一扇门。4号和6号房间还需搜查。两名消防员正从3号寻路器位置向建筑内推进。有三名消防员正处于4号寻路器位置，他们正准备从建筑内撤离，也许是因为空气补给不足。

在路线B上，已放置了5个Pathfinder寻路器。#1和#2房间已经搜查过了。#3位置楼梯顶部有危险，必须通过无线电将此处的危险情况告知给事件指挥官，并通知所有在火场内的消防员。此处的危险可能指地板上有洞或有一部分楼梯已塌垮。#4房间已搜过，3名消防员在#5位置放置了一个地标。他们仍在向楼体深处行进，已进入建筑超过12分钟。此时，最好让消防员们检查下空气供应情况，并建议撤退。

图6： 传输到事件指挥官监视器的信息会以直线显示——而不是以建筑物平面图显示。事件指挥官监控器显示的线性图可以表示地下室和一层、一层和二层，或甚至高层（如23层和24层）。白色三角形表示建筑物内的消防员。当消防员与探路器之间的距离小于1.5米（4英尺9英寸）时，事件指挥官监视器上会出现该三角形图标。这些三角形图标还指示消防员沿着直线图行进的方向，以指示消防员是否进入或撤离建筑。

根据这个示例和线路B的图，我们可以创建一个场景。假设三名消防员必须迅速撤离到安全区，他们都通过了#5和#4寻路器位置。突然，在楼梯顶部（即#3位置的危险区域）发生一些情况。姓名缩写为“PO”的消防员（Paddy O'Boyle）失踪，他与其他两名队员走散。剩余两名消防员返回#3寻路器位置，事件指挥官监控器在#3处显示两个三角形。但是，代表“PO”（Paddy O'Boyle）的三角形仍然位于#4寻路器位置。虽然系统无法跟踪消防员的确切位置，但它会记录失踪消防员最后经过的位置。在这种情况下，事件指挥官可以知道O'Boyle失踪的位置介于#3和#4探路器之间，快速干预小组即可从#3寻路器位置开始搜寻倒下的消防员。这样就节省了大量宝贵的时间。再次说明，Pathfinder不是一个独立的系统，也不是完全替代无线电进程汇报方式。所有遇险消防员求救无线电协议仍然有效。该寻路系统只是事件指挥官的另一种工具，有助于更全面地了解失火建筑内消防员的实时动态，并增强了消防员在紧急情况下的责任。

还可通过另一个例子说明Pathfinder系统在搜救过程中的应用。在图4所示一层图中，搜救小组从进入建筑物到折返，只放置了6个Pathfinder寻路器。第二小组可以快速行进到第6个寻路器的位置，并继续进行左侧搜索。在这个例子中，第二小组又放置了4个寻路器，寻路器总数达到10个。

Pathfinder寻路器还可用作热电偶，记录并传输寻路器周围区域的内部温度到事件指挥官的监控器上。研究人员甚至考虑将Pathfinder智能技术嵌入到搜索绳中，这样便能将消防员的行动路线通过一条引线传回事件指挥官的监控器上。

后记

笔者认为Pathfinder系统的面包屑概念并不适用于小型住宅或微型公寓火灾，但是，在楼梯顶部以及建筑物出口处放置一到两个寻路器，对处于浓烟条件下救援的消防员将有极大的帮助，甚至可以帮助到那些可能突然出屋想逃离失火大楼却在烟雾弥漫的走廊里迷失方向的普通人。

該Pathfinder系统已经在大范围搜索、大型迷宫式地下场所、大型商业综合体以及地震或恐怖主义爆炸导致建筑倒塌中得以应用。在这些情况下，救援队会发现这个寻路系统特别有用。目前，研究人员正在积极寻求来自国际消防界的反馈和意见，以协助完善该产品。

选自：《International Fire Fighter》2018年9月期

（文/Raul A. Angulo 翻译/蒋玲 译者单位：应急管理部沈阳消防研究所信息研究室 ）

译者简介：

蒋玲（1982-），女，应急管理部沈阳消防研究所信息研究室助理研究员，主要从事国外消防科技信息情报研究。