劉國寧

（北京泰禾華勝科技發(fā)展有限公司，北京 100040）

我國目前有14 000余條公路隧道，其中，秦嶺終南山隧道被譽為“世界上最長的雙洞高速公路隧道”，鄂拉山隧道被譽為“世界上最長的高原凍土隧道”，函谷關(guān)隧道是“世界上最長的濕陷性黃土隧道”，揚州瘦西湖隧道為“世界上最大直徑的單管雙層隧道”，上海長江隧道“世界上最大直徑的盾構(gòu)隧道”，川藏線雀兒山隧道“世界上海拔最高的公路特長隧道”，拱北隧道“世界上最長的超大斷面曲線管幕隧道”，港珠澳大橋沉管隧道“世界上最大的海底沉管隧道”。這些都是中國公路工程建設(shè)者的驕傲。

1 隧道火災(zāi)自動檢測系統(tǒng)構(gòu)成

監(jiān)控等級B級及以上的隧道設(shè)置手動報警按鈕和消防設(shè)備箱開門報警器；采用視頻圖像火災(zāi)探測器在B級及B級以上隧道內(nèi)全程設(shè)置，特長隧道同時設(shè)置準(zhǔn)分布式光纖光柵探測器與視頻圖像火災(zāi)探測器，變電所內(nèi)設(shè)點式火災(zāi)探測器。隧道內(nèi)手動報警按鈕按50 m間距與消防設(shè)備箱同址設(shè)置，消防設(shè)備箱開門報警器設(shè)置于消防設(shè)備箱內(nèi)，接入火災(zāi)報警總線，設(shè)備箱門開啟時通過火災(zāi)報警主機自動報警，以提示管理人員利用視頻查看、核實現(xiàn)場情況。

隧道各變電所內(nèi)均設(shè)置點式感溫或感煙火災(zāi)自動探測器（柴油發(fā)電機房內(nèi)安裝點式感溫火災(zāi)自動探測器），點式火災(zāi)自動探測器的檢測信號輸出端接入火災(zāi)報警系統(tǒng)總線。

監(jiān)控分中心、隧道管理站設(shè)集中火災(zāi)報警控制器，隧道現(xiàn)場（隧道變電所或隧道洞內(nèi)）設(shè)區(qū)域火災(zāi)報警控制器，與隧道內(nèi)及其他場所自動火災(zāi)探測器、手動報警按鈕等組成火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

我國目前高速公路隧道管理系統(tǒng)中火災(zāi)自動檢測報警子系統(tǒng)主要包括火災(zāi)報警控制器、光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測器分布式光纖線型、感溫火災(zāi)探測器、視頻圖像火災(zāi)探測器、雙波長火焰探測器、點式感溫探測器、點式感煙探測器和手動報警按鈕等組成。

光纖光柵火災(zāi)探測器和分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測器屬于線型探測器，安裝在隧道拱頂，能夠?qū)崿F(xiàn)對隧道現(xiàn)場的全天候、全程連續(xù)、無間斷的火災(zāi)自動檢測，但只能檢測出大體位置，不能精確定位。雙波長火焰探測器和圖像型火災(zāi)探測器屬于點型火焰探測器，安裝在隧道側(cè)壁，點型火焰探測器都具有報警定位功能，因此，可以對接相關(guān)需要聯(lián)動的設(shè)備。圖像型火災(zāi)探測器除了具有雙波長的定位報警外，還具有早期煙溫報警功能，并具有錄像、可視化等功能。

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)能實時、準(zhǔn)確地檢測出隧道內(nèi)火災(zāi)，并將火災(zāi)發(fā)生的地點、位置、編號、報警信號經(jīng)火災(zāi)報警控制器上傳至監(jiān)控管理站。發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)報警控制器能進行聲、光報警，準(zhǔn)確指示火災(zāi)發(fā)生的位置，同時，在火災(zāi)報警工作站上顯示報警窗口和產(chǎn)生聲光報警，并實時將報警信號傳送至視頻傳輸控制系統(tǒng)，以便視頻傳輸控制系統(tǒng)能夠聯(lián)動切換火災(zāi)地點附近的攝像機圖像至預(yù)先設(shè)定的監(jiān)視屏幕上顯示，供監(jiān)控管理人員進行確認。對應(yīng)管理機構(gòu)的計算機系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的隧道交通控制預(yù)案或根據(jù)實際情況手動對隧道照明、通風(fēng)交通控制、信息發(fā)布設(shè)施等進行控制，以便快速、有序地疏導(dǎo)隧道內(nèi)的車輛和人員，保證隧道的安全運營。

2 光纖光柵感溫型火災(zāi)探測器及其特點

逐點式光纖光柵感溫探測器能獨立進行溫度測量，并具有唯一地址編碼，當(dāng)任一光纖光柵感溫探測器出現(xiàn)火警/故障時，能準(zhǔn)確顯示設(shè)備名稱、位置等信息；具有自動測距功能，可對任一感溫光柵探測鏈路故障點進行距離定位；光纖光柵信號處理器通過協(xié)議通訊或繼電器方式與火災(zāi)報警控制器進行有效通信，將光纖光柵信號處理器火警、故障等信息上傳至火災(zāi)報警控制器上顯示；光纖光柵火災(zāi)探測器檢測的是探測器周圍溫度，只有溫度達到設(shè)定的報警值才能報警，此時火情可能已經(jīng)無法控制；漂移嚴(yán)重，報警點能漂移百米，容易產(chǎn)生誤報，無法偵測煙霧；風(fēng)速對火焰探測的影響較大，風(fēng)速越大，影響越大，當(dāng)風(fēng)速較大時，比如5 m/s，需要很大的火（3.0 MW以上）才能觸發(fā)報警，風(fēng)速對火災(zāi)定位的影響很大，往往造成很大的位置漂移，1.5 m/s風(fēng)速會造成10 m以上的漂移；系統(tǒng)參數(shù)需要根據(jù)一年四季的環(huán)境溫度調(diào)整，火災(zāi)探測的穩(wěn)定性由于光纖光柵的制作工藝和封裝工藝問題，季節(jié)、溫濕度、使用時間的不同會導(dǎo)致探測器性能的變化；防誤報能力與系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)有關(guān)，由于一年四季環(huán)境溫度在變化，如果設(shè)置過于靈敏，則會誤報，如果設(shè)置不靈敏，則可能造成不報警或火勢很大才報警。

3 雙波長火焰探測器及其特點

雙波長火焰火災(zāi)探測器無法偵測煙霧，而隧道內(nèi)早期產(chǎn)生的煙霧會影響火焰探測性能；風(fēng)速對火焰探測的影響方面，0.2 MW以下小火影響較大，會影響響應(yīng)時間，而較大的火影響??；系統(tǒng)運行較為穩(wěn)，遮擋火焰探測能力受遮擋影響很大；防誤報能力會因為隧道口太陽光被調(diào)制而誤報警，如果降低靈敏度等級，則可能不報警。

4 圖像型火災(zāi)探測器的特點

4.1 具備煙霧探測功能

內(nèi)置的中央處理控制單元，可分析視頻中的背景模糊特性、光流場、喘流特性、邊沿信息、清晰度、紋理和運動等特征和變化，識別煙霧響應(yīng)速度一般為10～60 s。

4.2 具備火焰探測功能

通過紅外攝像頭，DSP信號處理電路，分析視頻中的火災(zāi)的運動特性、面積特性、形狀、頻域分析、閃爍、尖角、面積等特征和變化，以識別火焰，其響應(yīng)速度可達5～20 s。

4.3 系統(tǒng)具備交通事件檢測分析功能

通過可見光多頻攝像系統(tǒng)，基于粗糙集和向量機的統(tǒng)計算法，結(jié)合小波理論，進行融合計算與分析，以識別各種異常事件，比如隧道內(nèi)違章停車、車輛逆行、車流量統(tǒng)計、行人檢測等。

4.4 具備豐富的輸出接口

具備模擬、數(shù)字視頻接口，可配合各種傳輸系統(tǒng)的使用形成大災(zāi)害事件探測系統(tǒng)；具備火警、故障繼電器輸出接口，可配合火災(zāi)報警控制器實現(xiàn)聯(lián)動預(yù)案。

4.5 火災(zāi)早期煙霧探測能力

可以有效偵測早期煙霧，并且通過自學(xué)習(xí)和不同靈敏度的設(shè)置，可以有效避免大型汽車尾氣造成誤報。

4.6 風(fēng)速對火焰探測的影響

5 m/s以下的風(fēng)速對火焰有增強攪動的作用，效果反而更好，更大的風(fēng)速，會有較小的影響，但響應(yīng)時間在5～30 s以內(nèi)。

4.7 風(fēng)速對火災(zāi)定位的影響

影響小，定位精度可達100 m距離2.5m以內(nèi)。

4.8 原理與產(chǎn)品壽命

主要基于紅外、彩色/黑白視頻圖像進行模式識別，系統(tǒng)耐久性和CCTV的攝像機相同，產(chǎn)品壽命長。

4.9 遮擋火焰探測能力

采用視頻圖像的頻域分析技術(shù)不僅能偵測煙霧，還能很好地反映反射火焰，受遮擋影響很小。

4.10 防誤報能力

系統(tǒng)采用紅外、彩色/黑白多頻圖像進行分析識別，并具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)功能。另外，系統(tǒng)的煙霧、火焰復(fù)合報警模式具有極高的可靠性，防誤報能力強。

4.11 系統(tǒng)的穩(wěn)定性

圖像型火災(zāi)探測器除了通過以太網(wǎng)接口將報警信號傳輸至圖像火災(zāi)管理系統(tǒng)實現(xiàn)報警、定位、錄像、圖像切換等功能外，探測器還具備現(xiàn)場的報警輸出開關(guān)量，并接入火災(zāi)報警總線，通過報警總線將報警信號接入火災(zāi)報警控制器。隧道管理處通過配置事件分析主機，通過收集隧道前端圖像型火災(zāi)探測器提供的圖像信號，進行隧道內(nèi)事件分析，達到了一設(shè)備多用途的目的。

5 隧道火災(zāi)探測系統(tǒng)的運行維護

火災(zāi)報警控制器、光纖光柵火災(zāi)探測器信號處理主機安裝在隧道管理所或者變電所的設(shè)備間內(nèi)，火災(zāi)報警控制器和光纖光柵火災(zāi)探測器信號處理主機通過通信接口方式相連接，火災(zāi)報警控制器通過串行通信接口與火災(zāi)報警工作站相連，將各類火災(zāi)報警信息傳遞給控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)各系統(tǒng)的聯(lián)動控制。大隧道環(huán)境惡劣是影響火災(zāi)探測系統(tǒng)正常運行的問題之一，隧道中風(fēng)大，還伴有灰塵、粉塵、油污、煙霧、水霧，傳感器易受到影響。隧道中應(yīng)每隔3個月清洗1次探測頭，常打掃，勤清洗，探測精度靠維護。隧道對各種安全要求都是非常高的，隧道內(nèi)的火災(zāi)探測是極其重要的系統(tǒng)，火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)備可靠性對保障隧道運營安全非常重要。

6 結(jié)束語

本文從高速公路隧道火災(zāi)報警系統(tǒng)的內(nèi)涵、構(gòu)成、優(yōu)缺點、應(yīng)用方面進行了全面分析，希望能使隧道火災(zāi)系統(tǒng)在高速公路機電工程中更好地發(fā)揮作用，帶給高速公路的建設(shè)者一些參考性的意見。

［1］宿增強.基于線型感溫+點式感光技術(shù)的公路隧道火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計［J］.中國交通信息化，2017（05）：126-128.

［2］緱龍.基于半導(dǎo)體激光器的光纖光柵隧道火災(zāi)報警系統(tǒng)［J］.山西建筑，2017（16）：180-181.