ENVIRONMENT / TOXIC-GAS
缺氧与有毒气体:让无人机先于人进入
下水道检查井、储罐、综合管廊、矿山巷道。在缺氧或存在硫化氢、一氧化碳的空间里,人吸一口气就可能倒下。无人机不仅能看,还能测。以下介绍如何利用这一点,以及它的局限在哪里。
本页内容
实际发生了什么
正常空气含氧约21%。在封闭空间里,锈蚀、微生物分解、发酵和惰性气体吹扫会在无人察觉的情况下消耗或置换氧气。日本法规将氧含量低于18%定义为缺氧,硫化氢超过 10 ppm 也受管制。另一种危险是有毒气体:来自污水和污泥的硫化氢,来自燃烧和排气的一氧化碳。两者少量即可使人丧失行动能力。
| 气体/状况 | 出现于何处 | 相对空气的密度 | 对无人机的影响 |
|---|---|---|---|
| 缺氧 | 储罐、竖井、地下室、吹扫后的容器 | — | 电动飞行器照常飞行;人会倒下 |
| 硫化氢(H₂S) | 下水道、污泥池、部分矿井和火山地区 | 略重(聚集在低处) | 腐蚀金属和电子设备 |
| 一氧化碳(CO) | 燃烧设备、排气口、火灾之后 | 大致相同(易于混合) | 直接影响很小 |
| 二氧化碳(CO₂) | 发酵罐、干冰、通风不良的地下室 | 较重(聚集在低处) | 直接影响很小 |
| 甲烷(CH₄) | 下水道、污泥、煤矿 | 较轻(聚集在高处) | 易燃:属于爆炸性环境问题 |
有帮助的技术
| 方法 | 工作原理 | 优势 | 弱点 |
|---|---|---|---|
| 携带气体探测器进入 | 在飞行器上安装 O₂、H₂S、CO 和可燃气体传感器,在内部测量 | 在任何人进入之前获得深处或远处的读数 | 传感器响应慢;螺旋桨下洗气流会搅动气体 |
| 通过管子采样 | 由飞行器或长杆把管子送进去;泵和探测器在外面测量 | 探测器留在外面,保持清洁且便于读数 | 延迟与管长成正比;作业范围有限 |
| 只进去看 | 用相机和 LiDAR 检查状况和障碍物 | 人员进入的次数更少、时间更短 | 相机看不见气体本身 |
| 远距离看见气体 | 携带光学气体成像(OGI)相机或激光甲烷探测器,在室外查找泄漏 | 快速覆盖大范围 | 气体种类有限;在封闭空间内效果弱 |
| 固定传感器 + 无人机 | 固定探测器发出警报;无人机前往现场查看 | 全天候监测,并能快速目视确认 | 安装和维护工作量 |
多旋翼机的下洗气流会打散气体分层,把其他高度的空气带到传感器处,因此读数可能比实际偏低或偏高。悬停并等待数十秒,把传感器进气口放在受下洗影响最小的位置,并把数字视为参考值。
在哪里会遇到
您会在下水道和检查井、综合管廊、储罐内部和矿山中遇到缺氧和有毒气体。这些地方入口狭窄、通风不良、内部黑暗,因此受限空间、黑暗和GNSS 拒止这几堵墙通常会一起出现。
选择机型与流程
- 先派无人机进去,人后进:在任何人进入之前核查状况和气体读数。这样也能发现根本无需有人进入的空间。
- 在多个高度测量:在近地面、中间高度和近顶部分别停下来测量。H₂S 和 CO₂ 聚集在低处;甲烷聚集在高处。
- 与通风配合:测量、通风、再测量——并预料到通风一停,状况就会恶化。
- 为腐蚀做好准备:在富含 H₂S 的空间里,电路板和接插件会退化。把飞行后的检查和清洁写进程序。
- 先定好救援程序:如果无人机掉在里面,没有人会进去捡。只有在重新通风、重新检测之后,才按既定程序回收。
安全与规则
在日本,《缺氧症等防止规则》(酸欠則)规范下水道、储罐等有缺氧风险场所的作业(哪些场所属于此类,由《劳动安全卫生法施行令》的附表规定)。它要求作业前测量氧气(某些场所还包括硫化氢)、通风、指定作业主任并配备防护装备。无人机测量有助于在人工测量之前揭示危险,但如何满足法定测量要求,应对照法规和主管部门的意见来决定。
在国外,例如美国 OSHA 对须许可的受限空间加以管制,要求进入前进行气体检测并在外部安排监护人。相关:爆炸性环境、受限空间、世界各国法规。
尚未跨越的壁垒
- 对机载读数的信任:响应滞后、下洗气流、温度和湿度意味着不能假定机载传感器与地面手持探测器一样准确。
- 深入长管道内部:在下水道深处,无线电和续航都会耗尽;许多现场只能测量距入口最初几十米的范围。
- 气体可视化:室外找漏正在进步,但封闭空间内的浓度测绘基本上仍处于研究阶段。
- 腐蚀与污损:H₂S 和污泥飞溅会缩短飞行器和传感器的寿命。
2035年:无人倒下的地下
检查井一打开,小型机体先行下降,把按高度分布的气体读数和内部三维视图发送到作业主任的平板上。读数会自动与固定传感器的记录交叉核对,并给出“今天请通风 N 分钟”之类的建议。人只在真正需要时才进入,施救者遭受二次伤害的事故已变得罕见。这是编辑部的展望。
会遇到这种环境的资产
查看来源
规则、数字和案例均基于下列来源。未来情景与设计建议是编辑部的观点。
- 厚生劳动省:2025年缺氧症及硫化氢中毒工伤事故(2026年8月)厚生劳动省 · 已读全文
- e-Gov 法令检索:缺氧症等防止规则(1972 年劳动省令第 42 号)日本数字厅(e-Gov) · 已读全文
- OSHA: Confined SpacesU.S. Occupational Safety and Health Administration · 已读全文
- OSHA: 29 CFR 1910.146 Permit-required confined spacesU.S. Occupational Safety and Health Administration · 已读全文
来源已核对: 2026-10-22