張發(fā)勇，王岳怡，楊美成，馬 劍，蔣陽升

（1.中鐵二院工程集團有限責任公司 建筑工程設計研究院，成都 610031；2.西南交通大學 交通運輸與物流學院，成都 610031）

目前我國鐵路運營里程已躍居世界第一，投入運營的旅游鐵路也越來越多。旅游鐵路所處地理環(huán)境通常較為特殊，地形地貌與普通鐵路存在較大差異，橋隧占比、線路坡度等相比一般鐵路要大，且旅游鐵路的配套設施也日益復雜，其消防系統(tǒng)面臨著風險點多、運營維護難度大的挑戰(zhàn)。

尤其是旅游鐵路車站屬于典型人員密集場所，一旦發(fā)生火災等突發(fā)事件，后果不堪想象[1]。旅游鐵路若還是沿用傳統(tǒng)消防管理模式，主要靠消防安全監(jiān)督管理部門為數(shù)有限的工作人員來發(fā)現(xiàn)、整改和消除潛在的火險隱患，消防安全管理工作將難以落實，無法滿足當今旅游鐵路快速發(fā)展對消防安全提出的更高要求[2]。另一方面，隨著我國鐵路運能、運量不斷增大，以及鐵路企業(yè)體制改革的深入推進和經(jīng)濟的快速發(fā)展，大量工程、設備投入使用，鐵路消防監(jiān)督管理對象一直在不斷增多，站段單位合并打破了鐵路企業(yè)既有消防監(jiān)督管理模式，消防安全管理工作中出現(xiàn)了消防設施和設備信息溝通不暢、主動性火災控制措施缺乏等新問題[3-5]。因此，加強旅游鐵路消防系統(tǒng)運營維護工作日益迫切。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興的信息技術(shù)被應用到智能消防系統(tǒng)的建設中，展現(xiàn)出巨大潛力，促進了信息化與消防業(yè)務工作的深度融合[6-8]。因此，針對旅游鐵路消防系統(tǒng)運營維護工作中面臨的主要問題，提出利用視頻監(jiān)控、藍牙定位及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，研究旅游鐵路消防系統(tǒng)智能運營維護方案；結(jié)合都江堰—四姑娘山（簡稱：都四線）旅游鐵路工程，開發(fā)旅游鐵路消防系統(tǒng)智能運營維護平臺，建立旅游鐵路火災防控體系，以期提高旅游鐵路消防系統(tǒng)的管理水平，推動“傳統(tǒng)消防”向“現(xiàn)代消防”的轉(zhuǎn)變，確保旅游鐵路的安全運營。

1 旅游鐵路消防系統(tǒng)運營維護現(xiàn)狀及其智能化目標

1.1 旅游鐵路消防系統(tǒng)運營維護現(xiàn)狀

（1）消防設備設施報警和工作狀態(tài)信息的采集和傳遞效率低下

目前，旅游鐵路與國內(nèi)既有的鐵路線路運營管理模式類似，鐵路車站的消防報警設施大部分還處于各建筑物獨立報警，缺乏統(tǒng)一的消防安全管理，尚未實現(xiàn)車站或路局級消防設備設施與相關(guān)人員的集中管理，消防設備的狀態(tài)及報警信息主要靠人工傳遞，信息傳遞效率低下，易出現(xiàn)遺漏和錯誤，且不能有效實現(xiàn)信息共享，難以對設備報警情況和工作狀態(tài)進行有效監(jiān)控和及時處理[9]。

（2）消防安全管理職責難以落實

雖然鐵路局集團公司及站段都根據(jù)站房設施設備的分類和使用功能，制定了有關(guān)消防安全管理和巡檢辦法，要求及時上報巡檢中發(fā)現(xiàn)的消防設備設施故障或狀態(tài)不良，并安排專業(yè)人員進行檢修。但車站用房數(shù)量眾多、設置分散，日常工作中不按規(guī)定開展消防巡查，臺賬記錄不實、設備故障未及時處置等問題時有發(fā)生。這種管理模式依靠巡檢人員的責任心和自覺性，易受人為因素的影響，很難做到問題閉環(huán)跟蹤管理，難以保證消防設備設施始終處于正常工作狀態(tài)。

（3）專業(yè)人員短缺

根據(jù)消防法規(guī)要求，消防控制室值班人員需持證上崗且不少于2 人值班。但現(xiàn)有人員配備條件不能滿足，車站內(nèi)持有注冊消防工程師的專業(yè)人員更是屈指可數(shù)。消防管理專業(yè)人員匱乏、監(jiān)管手段落后，消防安全隱患難以根治。

1.2 旅游鐵路消防系統(tǒng)運營維護智能化目標

圍繞“基礎數(shù)據(jù)全面匯聚、風險隱患動態(tài)預警、滅火救援精確指揮、火災事故有效控制”的目標，將現(xiàn)代高新技術(shù)應用于旅游鐵路消防安全管理模式中，全面提升旅游鐵路的火災防控能力。

（1）借助消防智能終端設備，實現(xiàn)對消防設施的動態(tài)檢查與管理，滿足對旅游鐵路全天候7×24 h消防安全管理，有效應對各種動態(tài)變化的消防問題。

（2）依靠消防系統(tǒng)智能運營維護平臺集中采集消防相關(guān)信息，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動分析，為消防安全管理提供有力支持，降低專業(yè)人員工作強度。

（3）提升旅游鐵路消防系統(tǒng)運營維護保障與安全管理監(jiān)督水平，降低人力成本，減少人為因素影響。

2 旅游鐵路消防智能運營維護關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于視頻監(jiān)控的人員自動統(tǒng)計

人員安全在消防安全管理中處于首要位置，掌握人員實時分布不僅有助于日常人員安全管理，也為火災等突發(fā)情況下的人員救助提供至關(guān)重要的信息。

利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對車站內(nèi)人員自動統(tǒng)計。計算機視覺領(lǐng)域的多目標跟蹤算法可以檢測出大多數(shù)形態(tài)的目標，但對于被遮擋目標的檢測尚有較大提升空間。建筑內(nèi)設置的視頻監(jiān)控設施因攝像頭安裝高度受限，拍攝到的人員圖像相互之間可能存在較為嚴重的遮擋。

為此，可采用如圖1 所示的基于檢測策略的多目標跟蹤算法，獲取較為準確的目標檢測結(jié)果，實現(xiàn)對多個目標同時跟蹤，獲得更高檢測精度和更快響應。

圖1 基于檢測策略的多目標跟蹤算法

2.2 基于藍牙定位技術(shù)的人員動態(tài)監(jiān)測

視頻監(jiān)控可用于獲得可見區(qū)域內(nèi)的人員分布，但對于衛(wèi)生間等視頻監(jiān)控無法覆蓋的區(qū)域，需利用其他技術(shù)手段獲取人員分布信息。目前，室內(nèi)人員定位的常見技術(shù)主要有通信基站、Wi-Fi 設備和藍牙設備。在設備成本方面，藍牙定位技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，且其定位精度、定位算法復雜度、無線安全性等可滿足室內(nèi)定位和導航功能?？紤]到當前智能手機普遍具備藍牙功能，設計了如圖2 示的基于藍牙定位技術(shù)的消防系統(tǒng)運營維護智能終端設備，可為消防系統(tǒng)智能運營維護平臺提供建筑內(nèi)的人員定位和人員分布動態(tài)監(jiān)測提供數(shù)據(jù)來源。

圖2 基于藍牙定位的消防智能運營維護終端設備構(gòu)成

基于藍牙定位的消防智能終端設備主要由藍牙定位服務器、藍牙網(wǎng)關(guān)、藍牙探針及藍牙終端構(gòu)成。

2.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的消防系統(tǒng)實時監(jiān)測與報警

確保旅游鐵路消防系統(tǒng)臨戰(zhàn)可用是消防安全管理需要解決的一個關(guān)鍵問題。根據(jù)火災事故調(diào)查報告，發(fā)生火災時無滅火劑、無警報、無動作是火災事故導致嚴重人員傷亡和財產(chǎn)損失的重要原因。旅游鐵路消防系統(tǒng)一般由消防供水子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)、防火分隔設施設備、氣體滅火子系統(tǒng)、消防供電子系統(tǒng)等組成。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過傳感器自動采集這些子系統(tǒng)及設施設備的工作狀態(tài)，實時傳輸至消防系統(tǒng)智能運維平臺，實現(xiàn)消防設施設備的自動巡檢。

鑒于各類消防設備設施工程技術(shù)條件存在較大差異，難以通過單一技術(shù)手段獲取可靠的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。為此，研究不同消防設備設施的針對性自動巡檢技術(shù)，實現(xiàn)消防設備設施監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與傳輸。例如，采用基于圖像處理的防火卷簾自動監(jiān)測技術(shù)，通過無線傳感器控制防火卷簾的開關(guān)，同時監(jiān)控攝像頭獲取防火卷簾狀態(tài)；圖3 為基于可編程邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller）的防火卷簾自動監(jiān)測工作流程。

圖3 基于PLC 的防火卷簾自動監(jiān)測工作流程

PLC 發(fā)出周期性防火卷簾啟動指令，并通過監(jiān)控視頻檢驗防火卷簾的工作狀態(tài)是否良好、卷簾門開關(guān)百分比，動態(tài)檢測卷簾門開關(guān)的工作狀態(tài)，保證防火卷簾門始終處于可靠的工作狀態(tài)。

2.4 基于物聯(lián)網(wǎng)的火災參數(shù)動態(tài)監(jiān)測與預警

火災發(fā)生后，消防救援人員趕赴現(xiàn)場進行撲救過程中，往往面臨不明確現(xiàn)場情況的難題，消防救援指揮工作存在一定盲目性，由于無法準確判斷通往受困人員所處位置的救援路徑上潛在的危險因素，往往導致消防救援官兵傷亡。因此，為消防救援人員提供火災現(xiàn)場的相關(guān)信息至關(guān)重要。目前現(xiàn)有商用智能消防系統(tǒng)尚不能充分滿足這方面的需求。

為此，通過高精度傳感器，獲取火場溫度、CO濃度、CO2濃度、煙氣密度、音頻及視頻等火災現(xiàn)場相關(guān)信息，讓救援指揮人員能夠遠程掌握火災現(xiàn)場較為全面的動態(tài)。同時，采用基于長短期記憶（LSTM，Long Short-Term Memory）時間序列預測算法預測災情，為消防管理決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

3 工程應用實例

3.1 工程概況及平臺架構(gòu)

都四線位于橫斷山脈東緣，起點為成都至都江堰（成灌）高鐵的都江堰站，終點為小金縣四姑娘山鎮(zhèn)的四姑娘山站，正線長123.180 km，沿線共設車站11 座，預留車站1 座，橋隧總長121.142 km，占比98.34%。

該線路所有車站及重要建筑物均設置有消防智能終端設備，消防控制中心位于車輛段綜合樓內(nèi)，配備專職值班員，負責該工程所有車站、區(qū)間、變電站及車輛基地等處所的消防監(jiān)控，并與上一級消防指揮中心的聯(lián)網(wǎng)通信。都四線消防系統(tǒng)智能運營維護平臺架構(gòu)如圖4 所示。

圖4 都四線消防系統(tǒng)智能運營維護平臺架構(gòu)

車站及區(qū)間根據(jù)實際情況設置必要的消防設備設施，安裝有火災報警及消防聯(lián)動和防排煙聯(lián)動控制裝置，火災報警控制指令具有優(yōu)先權(quán)。列車在橋梁、車站等明線段發(fā)生火災時，可就地疏散旅客。列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災時，則控制列車駛出隧道后再進行疏散；當列車不能駛出隧道時，應控制列車?？吭诰o急救援站（或地下車站）進行疏散和救援。

3.2 平臺主要功能

3.2.1 人員檢測、定位與跟蹤

開發(fā)了基于視頻監(jiān)控的人員檢測、定位與跟蹤功能，結(jié)合視頻監(jiān)控、藍牙定位、計算機視覺等技術(shù)，實現(xiàn)旅游鐵路內(nèi)全場景人員規(guī)模、空間分布、流動狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測與預警，能夠準確地統(tǒng)計火災發(fā)生前及火災時各區(qū)域的人員分布，并將統(tǒng)計數(shù)據(jù)實時反饋給消防控制中心，通過數(shù)據(jù)可視化展示在消防系統(tǒng)監(jiān)控界面上，為消防救援人員提供指揮決策參考。人員檢測、定位與跟蹤功能的工作流程如圖5所示。

圖5 人員檢測、定位與跟蹤工作流程

3.2.2 消防設備設施實時監(jiān)測與預警

實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的消防供水子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)管網(wǎng)及設備、防火卷簾等隔離設施狀態(tài)實時監(jiān)測與故障預警，可實時掌握消防管網(wǎng)、防火卷簾門運行狀態(tài)，當出現(xiàn)異常情況時，能夠及時預警，確保消防設備設施臨戰(zhàn)可用。

3.2.3 災情現(xiàn)場火災參數(shù)動態(tài)監(jiān)測與預警

通過耐高溫雙光式攝像頭、溫度及各類煙霧濃度傳感器等，實時采集現(xiàn)場火災參數(shù)數(shù)據(jù)，結(jié)合人員分布等相關(guān)信息，方便救援人員實時掌握現(xiàn)場火災發(fā)展態(tài)勢。

采用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，結(jié)合SpringBoot+Vue前后端分離技術(shù)，開發(fā)消防系統(tǒng)實時監(jiān)測與預警功能，傳感器采集的檢測數(shù)據(jù)經(jīng)預處理后，以曲線圖和駕駛艙的形式展示在監(jiān)測大屏上，方便值班人員直觀地查看建筑物內(nèi)消防設備設施的實時工作狀態(tài)，如圖6 所示。

圖6 某車站人流分布及人員數(shù)量實時統(tǒng)計結(jié)果

消防監(jiān)控界面的消息提示框中動態(tài)更新顯示的報警信息，提醒值班人員及時查看和處理，并將報警信息發(fā)送給指定的責任人員，提示其對異常報警的處置做出決策。

4 結(jié)束語

針對旅游鐵路消防系統(tǒng)智能運營維護的現(xiàn)實需求，研究將視頻監(jiān)控、藍牙定位、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應用于消防安全管理，結(jié)合都四線示范工程，重點實現(xiàn)人員自動檢測、定位和跟蹤，消防設備設施狀態(tài)監(jiān)測和自動巡檢，以及災情現(xiàn)場火災參數(shù)動態(tài)監(jiān)測與預警，能夠極大地增強旅游鐵路消防系統(tǒng)運營維護能力，為火災救援指揮提供準確可靠的決策參考信息。

通過都四線示范工程開展的旅游鐵路消防系統(tǒng)智能運營維護技術(shù)實踐探索，可為其他旅游鐵路消防系統(tǒng)智能運營維護平臺的建設提供有益參考。