李冠

（廣東廣佛肇高速公路有限公司，廣東 肇慶 526000）

近年來，隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的持續(xù)提速，特長公路隧道及隧道群的數(shù)量不斷增加，如何預(yù)防火災(zāi)成為當(dāng)前隧道防災(zāi)減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研究的重點方向之一，也是公路隧道運營管理單位亟需解決的重大課題。

一、現(xiàn)狀與需求分析

（一）現(xiàn)狀

目前高速公路火災(zāi)探測報警系統(tǒng)主要產(chǎn)品的檢測手段都是圍繞國標(biāo)要求的“固定火盆0.4m2的汽油火在30s內(nèi)報警”這一原則研發(fā)的，這些產(chǎn)品往往不具備火災(zāi)早期偵測和移動火源探測的功能，無法滿足隧道安全運營工作的實際需求。

圖1 公路隧道火災(zāi)成因

分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測器和光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測器靠安裝在隧道頂部的傳感設(shè)備進(jìn)行火災(zāi)檢測，由于距離檢測源遠(yuǎn)，反應(yīng)時間較長，只適用于小空間火災(zāi)檢測。而且產(chǎn)品本身的靈敏度和報警闕值調(diào)整較為困難，闕值過高容易誤報火情，闕值過低則容易漏報火情。

雙波段的紅外火焰探測技術(shù)通過捕捉火焰在燃燒中的變化情況，并結(jié)合不同波長所采用的不同檢測值的檢測元件判定火情。在試驗標(biāo)準(zhǔn)火情的條件下，一般探測距離不能超過50m，穩(wěn)定可靠的探測距離在25m～30m，響應(yīng)時間為30s。需要在明火燃燒的情況下檢測，車輛移動時無法檢測火情。

多數(shù)圖像探測器產(chǎn)品均采用了可見光和近紅外光兩種波段同時偵測的方式，其原理是隧道內(nèi)人工光源多在可見光范圍內(nèi)，采用兩種波段結(jié)合的方式開展檢測工作，能夠提高檢測結(jié)果的可靠性。實際應(yīng)用中，圖像型火災(zāi)探測器的高誤報率仍然是影響其應(yīng)用的主要問題，盡管采取了多波段結(jié)合的方式，但仍不能完全排除干擾源，尤其是汽車尾燈的影響和隧道洞口自然光線的干擾。

綜上所述，當(dāng)前常用的隧道火災(zāi)探測設(shè)備更多是基于明火固定感應(yīng)檢測報警，可靠性相對較差，容易受環(huán)境因素影響造成誤報；各類消防系統(tǒng)各自獨立，缺乏有效聯(lián)動，難以對火災(zāi)做出及時有效的應(yīng)對。目前，亟需研發(fā)一種集火災(zāi)預(yù)警預(yù)測與火情管控等功能于一體的高速公路隧道專用多光譜移動火情檢測系統(tǒng)，進(jìn)一步提升隧道的安全系數(shù)。

（二）總體需求

與一般路基工程、橋梁工程相比，高速公路隧道配套設(shè)施復(fù)雜，而且環(huán)境較為封閉，逃生救援相對困難，因此運營管理要求更高、更復(fù)雜。眾所周知，在火災(zāi)初始階段，熱釋放速率是逐漸增長的，會在較短時間內(nèi)增長到最大值，如果不能在極早期階段將火災(zāi)撲滅，容易釀成重大火災(zāi)事故。本文梳理了隧道運營管理單位對隧道火災(zāi)安全管控的主要需求：

1.隧道火災(zāi)事件的早期發(fā)現(xiàn)偵測

需要及時發(fā)現(xiàn)并確定火災(zāi)的位置和區(qū)域，為管理部門提供足夠的時間和信息。公路隧道一般地處偏遠(yuǎn)，工作人員無法在極短的時間內(nèi)趕赴現(xiàn)場。此外，隧道內(nèi)氣流速度較快，以往的火災(zāi)探測方法難以克服這種困難。

2.可探測公路隧道所有火災(zāi)風(fēng)險事件

現(xiàn)有規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)僅考慮了有限的火災(zāi)場景，而公路隧道火災(zāi)發(fā)生發(fā)展的過程遠(yuǎn)比規(guī)范描述的復(fù)雜。

3.隧道消防系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用

目前應(yīng)用的火災(zāi)探測器系統(tǒng)，各探測器均獨立開展工作，既沒有系統(tǒng)探測數(shù)據(jù)應(yīng)用分析，也無法對火災(zāi)報警（無論是真實還是誤報）進(jìn)行追溯。

二、多光譜火災(zāi)探測系統(tǒng)設(shè)計

（一）多光譜火災(zāi)探測器的原理

多光譜火災(zāi)探測器的核心部件是3個具有不同波長的紅外傳感器，其中一個主要檢測火焰信息的中心波長，另外兩個負(fù)責(zé)監(jiān)視所處環(huán)境中的其他紅外輻射，通過高性能微處理器與算法模型能更精準(zhǔn)、更快速地識別各種火災(zāi)。目前，多光譜火災(zāi)探測器對熱輻射的感應(yīng)精度可達(dá)40m，探測距離（有效）達(dá)100m，響應(yīng)時間為10ms。基于紅外焦平面?zhèn)鞲衅骷夹g(shù)，可實現(xiàn)快速遠(yuǎn)距的早期火災(zāi)偵測。

（二）隧道專用多光譜移動火情檢測系統(tǒng)

隧道專用多光譜移動火情檢測系統(tǒng)解決方案基于0.7um～14um的多光譜探測響應(yīng)，能夠?qū)馂?zāi)發(fā)生發(fā)展過程中產(chǎn)生的輻射、亮度等參數(shù)實時檢測，且數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了對隧道火災(zāi)的極早期探測，大大提高了隧道火災(zāi)探測的響應(yīng)速度和維護(hù)使用的便捷性。

1.響應(yīng)時間

多光譜平面?zhèn)鞲衅鲗彷椛涞母袘?yīng)和響應(yīng)時間在10ms內(nèi)，能夠在1s內(nèi)感知標(biāo)準(zhǔn)條件下的火災(zāi)，并發(fā)出報警信號。

2.干擾分析

對于光源干擾，隧道內(nèi)主要以LED光源為主。輻射能量低，對隧道環(huán)境產(chǎn)生的干擾很小。

3.考慮隧道內(nèi)的移動火情

高速公路隧道內(nèi)限速80km/h，如車輛發(fā)生自燃時仍在行駛，此時車輛的行駛速度約為23m/s。由于多光譜平面?zhèn)鞲衅鲗彷椛涞母袘?yīng)和響應(yīng)時間在10ms內(nèi)，對隧道內(nèi)火情的探測時間不超過1s，3次探測完畢，車輛的行駛距離不超過70m。因此，當(dāng)車輛在火災(zāi)探測器保護(hù)范圍內(nèi)行駛時，火災(zāi)探測器已經(jīng)完成正常的火災(zāi)報警探測。

圖2 隧道專用多光譜移動火情檢測系統(tǒng)示意

圖3 隧道三維展示與綜合報警平臺界面

4.系統(tǒng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析

在實際應(yīng)用中，多光譜探測器具有豐富的數(shù)據(jù)接口?？赏ㄟ^網(wǎng)絡(luò)將實時數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心服務(wù)器。系統(tǒng)可實現(xiàn)對任何異常情況的追溯，大大提高了公路隧道運營的安全性。

（三）隧道專用多光譜移動火情檢測系統(tǒng)軟件功能

隧道專用多光譜移動火情檢測系統(tǒng)軟件主要提供現(xiàn)場火災(zāi)探測器數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)分析、火場高清視頻聯(lián)動監(jiān)控、火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案執(zhí)行、火災(zāi)數(shù)據(jù)報表分析等功能。

隧道專用多光譜移動火情檢測系統(tǒng)采用三維建模方式打造核心用戶界面，能夠精準(zhǔn)顯示每個隧道火情探測器的安裝位置、設(shè)備信息、報警信息及其他相關(guān)設(shè)備信息等；可以采集、分析、顯示、控制每個前端設(shè)備的工作數(shù)據(jù)及狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時聯(lián)動現(xiàn)場高清攝像機視頻，無縫連接大屏顯示系統(tǒng)，集中顯示隧道現(xiàn)場數(shù)據(jù)及視頻畫面。

三、結(jié)語

綜上所述，采用高速公路隧道專用多光譜移動火情檢測系統(tǒng)有助于盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，快速處置險情。本文的研究內(nèi)容能為特長高速公路隧道火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計選型提供有效的解決思路。