茂县救援中的生命探测仪

6月24日5点45分，四川省阿坝州茂县叠溪镇新磨村新村组富贵山山体突发高位垮塌。垮塌方量巨大，约800万立方米，堵塞河道约2公里。 有62户120余人被掩埋。经专家现场踏勘初步分析，这是一起降雨诱发的高位远程崩滑碎屑流灾害。

灾难前后现场对比图

阿坝消防支队指挥中心接到茂县叠溪镇的报警后，随即调集了茂县周边的松潘、理县、汶川、黑水等县消防队以及支队特勤中队官兵赶赴现场。并同时迅速报告省消防总队，启动应急预案，调动600名官兵抵达事故现场，求援分成6个点，分别用搜救犬和生命探测仪开展搜救。

救援人员用生命探测仪寻找生命迹象

生命探测技术是近代发展的一项新技术，主要用于废墟中发现存活者及寻找清理战场时的伤员。在2008年四川汶川强烈地震灾害后，在历时十余天的艰苦救援过程中，生命探测仪经历了严峻的性能考验，在整个救援过程中先后确定了近三十处废墟中具有生命信息的报告，经过消防官兵的奋力抢救，成功救出被困人员二十一名，为挽救受灾群众生命作出了重大贡献。 

生命探测技术是一项用来探测人类生命体并确定其状态的新技术，一般要求能过穿透遮挡物，能够探测人类生命特征。现在国际上“生命探测技术”按探测原理主要可分为音频探测、视频探测、雷达式探测等。而雷达式生命探测技术因其具有非接触、穿透力强、能精确定位探测的特点，使其成为目前最具活力和潜力的生命探测技术之一。

生命体中存在许多种可被外界感知的生命信号 ， 这些信号通常以特定能量形式出现在人体外部 ， 如声音信号、 红外信号 、 光信号以及电磁信号等． 这些频率不同的信号会以波的形式向外传播 ， 生命探测仪正是通过探测这些不 同形式的波 ， 进而判断不 同生命形式及其所在 的具体位置。

根据是否发射波形，生命探测技术可以分为：有源生命探测技术和无源生命探测技术。

有源生命探测技术通过主动发射电磁波，根据人的呼吸、心跳等生理特点，从反射回来的电磁波中探测是否存在生命，如雷达生命探测仪。

无源探测主要是根据人体辐射的能量与背景能量的差异，或者人体发出的声波或震动波等进行被动的式的探测，如红外生命探测、音频生命探测等。

无论是有源生命探测技术还是无源生命探测技术，都是将生命信息（如心跳，脉搏，呼吸等）以各种能量的形式外化，如声波，电波，光波，红外辐射等，所以生命探测装置一般框图为：

生命探测仪原理图

因此，生命探测仪按探测功能分类，可分为直接生命探测仪、间接生命探测仪；按探测方法分类可分为有源生命探测仪、无源生命探测仪；按探测环境分为陆地探测、水下探测生命探测仪等。

生命探测仪的种类

1、音频生命探测 仪
声波是在弹性介质中传播的压力振动， 是一种球形的阵面波 ，它能在空气 、 水 、 金 属 、 木材等弹性介质中传递。音频生命探测仪应用其传播原理， 采用振动传感器和微电子处理器 ， 对灾害现场进行全方位振动信息收集 ， 可探测空气 、 水、 金属、 木材等介质的振动幅度 ， 并排除周 围环境引起噪音干扰波 ， 快速判定被困人员位置。音频生命探测仪探头内装有高灵敏度传感器 ， 用于探测振动频率为 1～4 000 H z 的振 动信号 ， 音频探头内部装设有频率放 大器 ， 可增强接收到的外部信号强度 ， 主处理器对接收到的放大信号再次进 行放大增 强 ， 这样大大增强了探测灵敏度 ， 可发现微弱的振动信号。音频 生命探 测系统主要包括信号采集 、 数理建模 、 信号检测与选取、 声源定位和音频输出等几个模块。

2、红外生命探测仪

正常情况下 ，物体都会产生红外辐射 ，每种物体产生的红外辐射具有自身的特点。人 体产生的红外辐射与周围环境产生的红外辐射是有明显区别的 ，利用这 点可以以成像的方式把人体与周围环境区别开。红外生命探测仪就是利用这一点来探测生命体的存在。人体红外辐射的中心波长约为9.4µm，皮肤的红外辐射 范围约为3 ～5 µm， 8 ～ 1 4 µm 波段红外辐射能量占人体全部辐射总量的4 6%，红外生命探测仪正是根据这个技术参数进行设计的。红外生命探测仪配备热红外探头，通过探头采集被困人员的身体热辐射能量 ，然后利用光学系统 将采集到的能量聚焦在红外传感器上 ，红外信号转变成电信号后进行数据分析处理 ，最后 ，处理结果经过图像合成 ，再经显视器输出红外热像图 ，进而给搜救队员指出压埋人员的大致位置。

3、雷达波生命探测仪

生物医学工程技术与雷达技术相融合形成了雷达生命探测设备。根据HAETC ( 休斯高级电磁技术中心 ) 对电磁波在多种介质中穿透特性的测量研究可知 ：频率介于 l ～1 0   G Hz 的 电磁波在穿过混凝土墙体时衰减很小 ，而且电磁波频 率越低 ，衰减越少。频率为8 GHz的电磁波穿过普通混凝土墙体后衰减大约为 1 0   d B ，频 率为2 GH z 的电磁波穿过普通混凝土墙体后衰减低于5 d B。因此 ，利用频率低于1 0 G Hz 的电磁波可对砖块和混凝土构筑的墙体进行穿透探测 ，该频段的电磁波穿透墙体后仍可探测数十米距离范围内被困人员的呼吸 、心跳和移动等生命体征信息口。雷达生命探测仪主要利用电磁波的反射原理制 成 ，由雷达天线定向集中地发射电磁波 ；该 电磁波能穿透混凝土墙体 、碎石 、瓦砾等障碍物 ，与人体接触后 ，反射电磁波的波形产生变 化 ，波形变化程 度受人的身体移动 、呼吸运动和心脏跳动的影响 ；波形畸变的反射电磁波被接 收器接收 ， 再经过滤 波 、解调 、积分 、放大等信号处理 ，排除周围环境对探测系统的干扰 ，可得到与被测人体生命特征相关的参数 ；最后把特有频段的波形在显示器上显示 ，就可断被探测区域是否有被困人员。 

4、性能比较

音频生命探测仪的优劣主要取决于探头传感器的灵敏度 、振动数理建模合理性和信号处理及定位准确性。由于救援现场环境比较复杂，其他振动干扰比较强 烈 ，为了提高音频生命探测仪的定位准确性和精度，往往需要让探测器探头深 入建筑废墟的间隙，所以探测速度较慢。

红外生命探测仪在能见度较低的环境如浓烟 、大火和黑夜中有较好的应用前景。经过多年发展 ，红外生命探测技术日趋成熟的同时，仪器成本价格低廉，拥有较高的性价比 ，因此在世界各国的救援队伍中应用广泛。随着计算机与图像处理技术的不断发展 ，红外生命探测技术也将不断完善 ，拥有一定的应用前景。

与音频生命探测仪和红外生命探测仪相比，雷达生命探测仪特别是超宽谱雷达 生命探测仪 ，其探测距离超过 3 0 m 并可穿透厚度 2 m 以上的墙壁 ，同时具有抗外界干扰能力强 、能精确测量被困人员的掩埋深度，并可对多个被掩埋目标进行探查等特点，但是需要注意 ，在雷达生命探测仪系统开发中 ，对强直接反射信号的处理尤为重 要 ，因为混凝土墙体对发射信号的强直接反射会造成探测仪接收机的饱和 ，使接收机无法正常工作 ，直接影响系统的探测灵敏度。

通过对音频 、红外及雷达三种生命探测仪的技术分析和性能比较 ，可以看出，雷达生命探测仪特别是超宽谱雷达生命探测仪 ，以其特有的多种优势成为最具应用潜力的生命探测仪器 ，具有广泛的应用前景。

生命探测技术的改良方向

著名地球物理学家，麻省理工学院博士大卫席思地将雷达超宽频技术应用于安全救生领域，从而解决了更多的生命搜救难题。使生命探测技术更加成熟，能够比较精确和迅速的搜救待救生命。 

对于生命探测技术实施过程的改良期望：

1、在搜救便利性方面，生命探测仪器应该朝更加小巧轻便的方向发展，以降低搜救人员的工作负担，便于他们轻装上阵。如果探测仪器可以达到绝对轻便，可以将它直接置于搜救犬的项圈上，让搜救犬代为进行搜救。

2、增强各类生命探测仪器的抗干扰性。避免仪器对于干扰信号的分辨能力，比如对于目前使用的搜救仪器，应该提高音频生命探测仪对周围环境中各种噪声的干扰的分辨，提高视频生命探测仪成像单元的像素，使其更加精确清晰，方便工作人员的搜救排查等。

3、呼吁搜救技术的进一步智能化。这也是对生命探测技术改良的重点期望。

（1）在改良搜救仪器的同时，也要对工作人员（包括搜救犬）的安全做出更多的保障，如果一旦搜救人员在现场搜救时由于各种原因脱离了队友，被困或遇难，仪器能够拥有“黑匣子”记忆功能，记录下整个搜救过程的相应信息。（如：音频探测仪记录下音频记录等）且每种探测仪在长时间（可人为规定）未接受指令时（这时人员可能已经遇难或被困）都要能够自动发送求救信号，以便搜救中心快速检测，并实施搜救。

（2）向全智能机器人方向发展。对于未来的生命探测仪器，希望能够完全摆脱人类或者搜救犬的控制，实行全智能自动搜索。遇到生命迹象时向探测员发出信号，再组织营救。这样可以进一步提高搜救效率，减少搜救人员的工作量。