挽救抢险人员生命的传感器 用科技对抗火灾：一线抢险人员的生命体征和环境监测

在抢险人员执行抢险任务时，他们所处的环境可能威胁到他们自己的生命，同时也威胁着被救助者的生命。消防员常常置身于极端高温、容易吸入烟雾和空气颗粒物的环境。急救员还可能接触到危险麻醉品或有毒化学物质，这些物质可以通过皮肤或呼吸进入人体，有时甚至难以察觉（直至开始出现症状才会意识到）。建筑物倒塌或者房屋、公寓起火时，消防员和医务人员常常需要进入摇摇欲坠的建筑物和大楼里工作。许多复杂情况都是抢险人员需要面对的，他们在工作时需要敏捷的思维和随机应变。所以，他们不会很快被智能机器人取代，但技术仍然可以让他们更安全、更有效地拯救生命。

生命体征监测仪（包括心率、血压和血氧传感器）可以让抢险人员及其指挥员知道他们什么时候需要医疗救助。在倒塌的建筑物或结构里，万一抢险人员摔倒或被砸晕，身体运动和定位传感器可以让指挥员第一时间获悉这些情况。

环境传感器可以测量当地的温度和湿度，以及是否存在有毒气体、挥发性有机化合物和颗粒物等空气污染物，因为这些污染物可能会对健康产生严重的短期和长期影响。分析传感器在边缘收集的各种数据有助于优化未来的应急响应计划，让应急人员更好地应对现场的具体挑战和场景。本文中，我们将探讨一些通过技术让应急响应更安全、更有效的方法。

生命体征监测

便携式心脏和血压监测仪并不是什么新技术，医生日常开出来的处方中就能见到它们，用来在临床环境之外监测患者的健康状况。许多市售的智能手表和健身追踪器也都具备这些功能。它们通常将数据从用户随身佩戴的设备传递到中央处理中心（以及智能手机上的应用程序），用来监测生命体征，以发现任何可能表明用户处于某种医疗困境的异常活动。为应急响应人员设计的生命体征传感器也有类似功能，但必须能够承受更恶劣的潜在条件。抢险人员需要在极端高温、积水甚至可能接触有毒化学品或物质的环境中工作，他们佩戴的设备必须能够耐受这样的环境。

健康监测不仅限于心率和血压。特别是对于抢险人员和消防员而言，监测体温和血氧水平也同样至关重要。一线作战的消防员不仅容易发生热射病，而且易出现其他与热暴露有关的身体情况；监测体温可以告诉抢险人员及其指挥员什么时候需要降温。吸入烟雾是消防员工作中的另一项危险，其不良反应通常在烟雾吸入几个小时甚至几天后才被注意或检测到。脉搏血氧仪通过将光穿过皮肤照射到血管来测量血液中的氧含量；血液吸收的光量即可表明其氧合程度。低血氧水平可能表明由于吸入烟雾而导致血液中二氧化碳含量过高，因此基于血氧仪的烟雾吸入预警系统可以挽救生命。

身体定位传感器，就如同健身追踪器中用来计算步数的传感器一样，还可以在抢险人员处于俯卧或不自然姿势时，第一时间将情况告知指挥员。这在建筑物或结构倒塌场景中尤其有用：一旦抢险人员被掉落的瓦砾击倒，指挥员可以立即知晓，这有助于挽救抢险人员以及被救助者的生命。

环境监测

测量环境温度和湿度以及监测空气质量（气体、毒素或颗粒物）是工业和制造环境中的常见做法。某些运输热敏性材料（尤其是危险材料）的车辆也可能安装环境传感器，以确保其货物安全到达目的地。为抢险人员设计环境传感器所面临的挑战是，既要尽可能轻便、不显眼，又要能够在恶劣条件下保持耐用性。

位置固定的温度和湿度传感器相对简单，但在移动作业中监测空气质量则更为复杂。通常，固定设备通过光折射来检测空气中的气体和颗粒物，其中设备发出的激光被反射到设备上的二极管上（图1）。

图1：便携式气体检测仪，用于进入炼油厂前检测气体状况。（图源：Nattawit/Stock.Adobe.com）

二极管接收到的光强度和质量，反映的就是激光“照亮”的空气中存在的物质。一些气体的反射光与另一些气体不同，较大的颗粒物比较小的颗粒物反射更多的光。光发射和光接收机构可能非常精密；传感器需要使用特定的材料和结构才能适应在恶劣环境中工作，从而保护它们免受极端高温和坠落瓦砾的损害。

实时数据分析

分析来自不同来源（如个体抢险人员携带自己的环境传感器和生命体征监测设备）的数据可以帮助指挥员协调应急响应计划，从而优化安全性和效率。直接来自应急一线的信息往往在传递到现场指挥员之前就已经发生了变化（图2）。

图2：消防员评估实时情况，以确定灭火行动方案。（图源：Gorodenkoff/Stock.Adobe.com）

在多房间或多层建筑的火灾场景中，建筑物不同的部分存在环境温度差异，这种差异可告诉消防员哪里火势最猛，有助于他们规划疏散路线，避开这些致命地点。在局部空气中存在危险毒素或其他污染物的情况下（如化学品泄漏或工业事故），现场的抢险人员可以利用空气质量监测技术来助其辨别浓度最大的位置。这也可帮助他们确定受害者的可能接触情况，甚至可能在受害者开始出现症状之前加速治疗。如果现场的抢险人员失去反应或无法沟通，身体定位传感器可立即告知指挥员，他们是否有危险或需要医疗救助。

从灾害现场和其他应急响应行动中收集和分析的数据也可以帮助指挥员规划未来的响应方案。监测森林火灾现场抢险人员的生命体征有助于确定在极端高温和恶劣空气质量下轮班的最佳时长，优化消防和救援行动，并保护消防员的长期健康和福祉。关于暴露于空气中大量毒素或颗粒物的短期和长期影响的数据，可以促进开发更有效的保护手段，以保护人员免遭类似污染物的侵害。

结语

抢险人员必须先行一步；紧急情况发生得很快，并不总有时间先收集信息和评估风险再来采取行动。抢险人员及其指挥员获得的实时环境数据越多，他们就越能更安全、更有效地完成工作。环境监测有助于保护抢险人员的安全，并有助于为接触有毒物质的受害者制定治疗计划。监测抢险人员的生命体征可以使他们保持健康并有效地工作。这一过程还可以提供相关数据，帮助医疗专业人员确定工作相关危害（如烟雾吸入）的长期影响，并为抢险人员开发更好的保护系统和治疗方案。

在一线实现应急响应完全自动化尚不可行，因为大多数应急响应场景需要太多的随机应变和敏捷的思维，这些工作无法很快移交给机器来完成。就算我们无法利用技术让人们完全脱离危险，我们至少可以用它让那些在危机时刻帮助我们的人尽可能安全。有了针对生命体征和环境的移动监测技术，我们就能做到这一点。