王永皎

（河南城建學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 平頂山 467036）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ钏降奶岣?，各種交通隧道相應(yīng)涌現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上交通隧道規(guī)模最大和里程最長(zhǎng)的國(guó)家。交通隧道主要指公路隧道、鐵路隧道、地鐵隧道等。交通隧道作為立體交通方式之一，不僅可以緩解城市交通壓力，解決交通干線跨江越海受到的限制，而且可以縮短線路里程，降低對(duì)周圍環(huán)境和人民生產(chǎn)、生活的影響。交通隧道因其在穿越障礙，提高交通能力，節(jié)約土地資源，加強(qiáng)城市防范等方面的巨大優(yōu)勢(shì)，日益受到各國(guó)的青睞。

隨著交通隧道在人們生產(chǎn)、生活中發(fā)揮的作用越來(lái)越大，應(yīng)用越來(lái)越廣，其潛在的災(zāi)害也逐漸得到了更多的重視。在已發(fā)生的各種隧道事故中，隧道火災(zāi)是最嚴(yán)重的一種，造成的人員傷亡和物資損害也是最大的。由于交通隧道環(huán)境的封閉性，火災(zāi)時(shí)，排煙與散熱條件差，溫度高，會(huì)很快產(chǎn)生高濃度的有毒煙霧，致使人員疏散困難、救火難度大，損失程度嚴(yán)重?；馂?zāi)不但會(huì)導(dǎo)致整條線路交通的癱瘓，極大地影響正常的生產(chǎn)和生活的進(jìn)行，導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)的損失，也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的社會(huì)負(fù)面影響，降低公眾對(duì)隧道安全性的信任，特別是對(duì)于各類長(zhǎng)距離隧道，一旦發(fā)生交通火災(zāi)事故，其后果較其他事故更危險(xiǎn)、更嚴(yán)重。

可見，交通隧道在給人們生產(chǎn)、生活帶來(lái)便利的同時(shí)，作為隧道事故主要災(zāi)害的隧道火災(zāi)也給國(guó)家和人民造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此，對(duì)交通隧道采取火災(zāi)在線監(jiān)測(cè)顯得尤其重要。交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)已成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，受到越來(lái)越多的關(guān)注。筆者就當(dāng)前交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)行業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1 隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

目前，現(xiàn)有的交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有如下3種：基于多波長(zhǎng)紅外火焰探測(cè)器的隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)，基于分布式光纖溫度傳感器的隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)及基于光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)器的隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)。

（1）基于多波長(zhǎng)紅外火焰探測(cè)器的隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)［1］。多波長(zhǎng)火焰探測(cè)器運(yùn)用了多紅外傳感技術(shù)，使用2個(gè)以上具有窄帶濾波的不同波長(zhǎng)的紅外傳感器，其中一只傳感器的工作是反映火焰信息的中心波長(zhǎng)，另外的傳感器監(jiān)視環(huán)境中的其他紅外輻射，結(jié)合火焰的閃爍特征，通過特定的微處理器和專用的數(shù)學(xué)算法模型進(jìn)行運(yùn)算分析，使得只有符合火焰特征的輻射頻譜才會(huì)被確認(rèn)為火警。該檢測(cè)技術(shù)主要是針對(duì)隧道內(nèi)的車輛火災(zāi)或汽油火災(zāi)，且必須要產(chǎn)生明火，只要火災(zāi)發(fā)生，檢測(cè)到火焰就產(chǎn)生報(bào)警，這一點(diǎn)與感溫判斷火災(zāi)截然不同，不需要溫度與火災(zāi)的判斷，也不通過溫度趨勢(shì)變化判斷火災(zāi)。該設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成較簡(jiǎn)單，一般包括火災(zāi)報(bào)警控制器和布設(shè)于隧道側(cè)壁的雙波長(zhǎng)火焰探測(cè)器，火焰探測(cè)器間距為50～80 m，所有探測(cè)器檢測(cè)信號(hào)通過一根總線進(jìn)行傳輸。

雙波長(zhǎng)火焰探測(cè)器最明顯的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度高，不受隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流影響。另一方面，容易受到遮擋物、灰塵等的影響，也需要克服其他光源對(duì)火災(zāi)監(jiān)測(cè)的影響。

（2）基于分布式光纖溫度傳感器的隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)［2］。光纖分布式溫度檢測(cè)系統(tǒng)工作原理為將激光光源發(fā)出的光脈沖注入光纖中，拉曼散射光會(huì)沿著光纖反射回來(lái)，光纖各處反射回來(lái)的拉曼散射光的強(qiáng)度會(huì)隨著光纖長(zhǎng)度上的溫度變化而變化，通過對(duì)反射回來(lái)的拉曼散射光進(jìn)行分析處理，可以判斷整條光纖方向的溫度分布與變化情況。據(jù)此，結(jié)合分析應(yīng)用軟件系統(tǒng)，可以判斷隧道內(nèi)是否發(fā)生火災(zāi)。

該檢測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)方案簡(jiǎn)單，控制設(shè)備少，檢測(cè)距離長(zhǎng)，且不中斷，無(wú)中繼設(shè)備，光纖即是感溫元件，又是信號(hào)傳輸媒體，不受周圍環(huán)境中電磁波干擾。另一方面，硬件系統(tǒng)屬于微弱信號(hào)檢測(cè)，復(fù)雜的信號(hào)檢測(cè)和處理技術(shù)。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的預(yù)警、火災(zāi)趨勢(shì)分析及火災(zāi)報(bào)警的智能化預(yù)警控制功能；火災(zāi)報(bào)警控制方式可通過溫度值，也可通過溫升速率進(jìn)行監(jiān)控，該檢測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)靈活，安裝方便，并可對(duì)光纖損壞、設(shè)備故障等進(jìn)行自檢。

（3）基于光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)器的隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)［3］。光纖光柵探測(cè)器采用光纖光柵作為溫度敏感元件，對(duì)波長(zhǎng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字式測(cè)量，采用先進(jìn)解調(diào)技術(shù)進(jìn)行波長(zhǎng)檢測(cè)。當(dāng)信號(hào)處理器檢測(cè)到光纖光柵的反射波長(zhǎng)出現(xiàn)異常，它會(huì)發(fā)送報(bào)警信號(hào)給火災(zāi)報(bào)警控制器，火災(zāi)報(bào)警控制器再發(fā)出采取措施的信號(hào)。

該系統(tǒng)采用光柵進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，信號(hào)數(shù)字化，不受光強(qiáng)起伏變化干擾，檢測(cè)精度高，響應(yīng)速度快，適用于各種惡劣環(huán)境下長(zhǎng)距離、高精度的溫度監(jiān)測(cè)。同時(shí)具備檢測(cè)速度快，檢測(cè)靈敏度高的特點(diǎn)。

2 隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

（1）智能化。隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化是其發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化是指系統(tǒng)對(duì)采集的環(huán)境溫度、濕度、灰塵、光波等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算及綜合分析，通過對(duì)各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比判斷，判斷火災(zāi)信號(hào)真?zhèn)危瑥亩鴾?zhǔn)確地預(yù)報(bào)和探測(cè)火災(zāi)，避免環(huán)境因素的干擾，解決目前交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法解決的誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象。同時(shí)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、管理系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，服務(wù)隧道交通的管理。

（2）網(wǎng)絡(luò)化。目前交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在著通信協(xié)議不一致，網(wǎng)絡(luò)化程度低，自我封閉，無(wú)法互聯(lián)互通的不足。采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、開放的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)資源與信息共享，是交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，也是交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與城市消防信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的需要。

（3）技術(shù)多樣化。目前交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)采用多種監(jiān)測(cè)技術(shù)與手段，如：光電感煙探測(cè)器、紅外對(duì)射式感煙探測(cè)器、線型感溫電纜、智能型感溫探測(cè)器，雙波長(zhǎng)火焰火災(zāi)探測(cè)器、分布式光纖感溫探測(cè)器和光纖光柵感溫火災(zāi)探測(cè)器等。將多種監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行融合及研制新型交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)成為交通隧道火災(zāi)探測(cè)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用研究的方向。

總體來(lái)看，考慮到不同技術(shù)的特點(diǎn)，將光纖感溫和紅外火焰探測(cè)技術(shù)相結(jié)合，組合成綜合性的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)該是今后的發(fā)展趨勢(shì)。交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖見圖1。

圖1 交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)市場(chǎng)需求分析

我國(guó)現(xiàn)有公路大型隧道1 000余個(gè)，總長(zhǎng)1 000多k m；鐵路隧道5 300多個(gè)，總長(zhǎng)2 500余k m；地下鐵路885 k m，我國(guó)是世界上隧道數(shù)量最多、建設(shè)規(guī)模最大、發(fā)展速度最快的國(guó)家之一。隨著我國(guó)近幾年西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，隧道長(zhǎng)度和規(guī)模還會(huì)不斷增加，即將建設(shè)的隧道數(shù)量越來(lái)越多，公路交通隧道的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的潛在市場(chǎng)需求巨大。

近年來(lái)，城市快速軌道交通（以下簡(jiǎn)稱城軌交通）在我國(guó)得到較快發(fā)展，部分特大城市相繼建成了一批項(xiàng)目，使城市交通狀況有了明顯改善，對(duì)充分發(fā)揮城市功能，改善環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起到了重要作用。2012年9月6日國(guó)家發(fā)改委公布了批復(fù)的24項(xiàng)城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃，總投資規(guī)模預(yù)計(jì)超過8 000億元，涉及18市和2個(gè)城市群。蘇州、杭州、成都、青島、深圳、廣州、寧波、天津、西安、長(zhǎng)春、石家莊、太原、蘭州、上海、哈爾濱、沈陽(yáng)、廈門、常州的城市軌道建設(shè)獲批。內(nèi)蒙古呼包鄂地區(qū)和江蘇省沿海城市群的城際鐵路規(guī)劃獲批，前者包括呼和浩特、包頭、鄂爾多斯3市，后者涵蓋南京、鎮(zhèn)江、常州、無(wú)錫、蘇州、揚(yáng)州、泰州、南通8市。

根據(jù)各個(gè)城市的軌道交通建設(shè)規(guī)劃，中國(guó)各大主要城市的地鐵線路已開通的有71條，建設(shè)中的有82條，規(guī)劃實(shí)施中的有208條，地鐵建設(shè)總量在361條。

按每條線路投入200萬(wàn)元用于光纖溫度監(jiān)測(cè)及火災(zāi)報(bào)警測(cè)算，2013年在交通隧道領(lǐng)域的光纖傳感技術(shù)市場(chǎng)需求在4～5億元之間，預(yù)計(jì)到2015年，市場(chǎng)年需求接近7億元。

4 交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局分析

目前，基于上述3種原理的交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)占據(jù)了隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)市場(chǎng)的主體，成為主導(dǎo)產(chǎn)品。但由于監(jiān)測(cè)原理的不同，導(dǎo)致市場(chǎng)應(yīng)用有所區(qū)分。

目前隧道內(nèi)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)以光纖技術(shù)為主，包括光柵技術(shù)和DTS技術(shù)，火焰探測(cè)器的應(yīng)用剛起步。

由于隧道的火災(zāi)報(bào)警要求傳輸距離遠(yuǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)多，尤其是在特長(zhǎng)隧道中，地鐵隧道內(nèi)具有電磁干擾，以電信號(hào)為工作基礎(chǔ)的溫度傳感器在安全性和信號(hào)穩(wěn)定性方面受到限制，無(wú)法滿足實(shí)際需要。光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)具有防爆、抗腐蝕、抗電磁干擾、無(wú)電傳輸、易于組網(wǎng)等特點(diǎn)，成為其安全監(jiān)測(cè)中的首選技術(shù)，必將逐漸取代其他技術(shù)，

成為隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)行業(yè)的主要技術(shù)，其產(chǎn)品需求極為迫切，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

5 結(jié)語(yǔ)

交通隧道火災(zāi)不僅僅是技術(shù)和工程問題，它還是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。因此，發(fā)展交通隧道火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)，有效地對(duì)火災(zāi)進(jìn)行預(yù)警及報(bào)警，降低火災(zāi)發(fā)生的頻率，并且配置運(yùn)營(yíng)管理機(jī)構(gòu)，提出合理防災(zāi)對(duì)策和火災(zāi)處理預(yù)案，以最大程度地減少交通隧道火災(zāi)損失。

光纖感溫與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)作為交通隧道領(lǐng)域主要的火災(zāi)探測(cè)與報(bào)警技術(shù)，將會(huì)獲得長(zhǎng)期的應(yīng)用與發(fā)展。

［1］ 王少飛.三波長(zhǎng)紅外火焰探測(cè)器在公路隧道中的應(yīng)用［J］.中國(guó)交通信息化，2012（8）：109-110.

［2］ 涂勤昌.分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)在隧道監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.控制工程，2006，36（10）：1063-1068.

［3］ 陳 飚.基于光纖光柵傳感器的隧道火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.公路交通科技，2006（7）：122-125.