圖像火災(zāi)探測(cè)技術(shù)在綜合管廊中的應(yīng)用探究

曾小峰， 姚雷雷， 劉師偉， 郭霞， 張瑞， 陳芳

（1. 成都市城市地下綜合管廊監(jiān)管服務(wù)中心；2. 核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司；3. 上海騰盛智能安全科技股份有限公司）

1 引言

綜合管廊具有不同管線共艙、空間密閉、多種可燃物并存、多種引火方式并存等特點(diǎn)[1]，一旦發(fā)生火災(zāi)容易相互蔓延和相互耦合，導(dǎo)致火勢(shì)加大。煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一，在火災(zāi)初期，由于溫度較低，物質(zhì)多處于陰燃階段，會(huì)產(chǎn)生大量煙霧[2]，此時(shí)是采取火災(zāi)報(bào)警并實(shí)施滅火的最佳時(shí)機(jī)[3]。因此，對(duì)綜合管廊內(nèi)煙霧、火焰進(jìn)行有效監(jiān)控是保障各類管線正常運(yùn)行的必要措施，也是有利于工作人員安全逃生[4]，保證綜合管廊安全工作的基本要求。最常用的火災(zāi)探測(cè)設(shè)備為點(diǎn)型光電感煙探測(cè)器，但由于綜合管廊屬于地下構(gòu)筑物，廊內(nèi)環(huán)境潮濕，普通的點(diǎn)型感煙探測(cè)器長(zhǎng)期在潮濕環(huán)境內(nèi)損壞頻繁，圖像型火災(zāi)探測(cè)可以避免這些問題，同時(shí)也能降低設(shè)備誤報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)[5]，因此，開展圖像型火災(zāi)探測(cè)試點(diǎn)有利于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、推廣技術(shù)，提高管廊管理工作的經(jīng)濟(jì)效益。

本文以成都市某管廊火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為試點(diǎn)，選取綜合艙一段防火分區(qū)作為實(shí)驗(yàn)段，現(xiàn)場(chǎng)模擬火災(zāi)試驗(yàn)，對(duì)比圖像火災(zāi)探測(cè)器與傳統(tǒng)光電感煙探測(cè)器的性能，分析圖像火災(zāi)技術(shù)在管廊運(yùn)維中的優(yōu)勢(shì)，為綜合管廊消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)維管理提供依據(jù)。

2 目前管廊火災(zāi)探測(cè)技術(shù)應(yīng)用中存在的問題

從綜合管廊的運(yùn)維調(diào)研情況來看，南方地區(qū)管廊中安裝的點(diǎn)型感煙探測(cè)器，能起到的防水作用有限，一般是通過防水底盒阻止從天花板上滲落的水珠掉落到探測(cè)器內(nèi)，潮濕空氣中的水汽依然能通過探測(cè)器的進(jìn)煙口進(jìn)入探測(cè)器內(nèi)部，探測(cè)器在管廊項(xiàng)目中安裝3個(gè)月～6個(gè)月后，均會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞。點(diǎn)型感煙探測(cè)器在這種潮濕環(huán)境下不能長(zhǎng)期、可靠地工作[6]。而且會(huì)因設(shè)備故障誤報(bào)警、不報(bào)警，導(dǎo)致火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)處于無效狀態(tài)（見圖1）。

圖1 點(diǎn)型感煙探測(cè)器受潮損壞

3 管廊火災(zāi)探測(cè)器技術(shù)原理

3.1 點(diǎn)型光電感煙探測(cè)器技術(shù)原理

點(diǎn)型光電感煙探測(cè)器是利用火災(zāi)煙霧對(duì)光產(chǎn)生吸收和散射作用來探測(cè)火災(zāi)的一種裝置[7]，主要由發(fā)光元件和受光元件兩部分組成。設(shè)備工作原理有兩種，一般是通過發(fā)射器發(fā)出的一束光打到煙霧上，如果在其光路上，通過測(cè)量煙霧對(duì)光的衰減作用來確定煙霧的方法，稱為減光型探測(cè)法；如果在光路以外的地方，通過測(cè)量煙霧對(duì)光的散射作用產(chǎn)生的光能量來確定煙霧的方法，稱為散射型探測(cè)法。

3.2 圖像火災(zāi)探測(cè)器技術(shù)原理

圖像型火災(zāi)探測(cè)器通過紅外、近紅外、可見光多頻視頻攝像，采集災(zāi)害事件火災(zāi)初期的煙霧、火焰圖像，通過智能模式識(shí)別算法和自適應(yīng)學(xué)習(xí)算法，提取煙霧、火焰相關(guān)的各種物理特性[8]，進(jìn)行融合計(jì)算，形成火災(zāi)概率信息，辨識(shí)出火災(zāi)并進(jìn)行告警，并可同時(shí)輸出復(fù)合圖像信息的探測(cè)設(shè)備。

圖像型火災(zāi)探測(cè)器根據(jù)視頻采集到的煙霧特征判斷煙霧，因此外殼防護(hù)等級(jí)設(shè)計(jì)可達(dá)IP65 以上。同時(shí)，對(duì)火焰以及遮擋火焰有優(yōu)良的探測(cè)效果，且響應(yīng)速度快，對(duì)于探測(cè)區(qū)域的情況可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

當(dāng)圖像型火災(zāi)探測(cè)器發(fā)出火警信號(hào)后，圖像型火災(zāi)探測(cè)器的紅色火警燈點(diǎn)亮；火災(zāi)報(bào)警控制器收到火警信息后，在顯示屏上顯示發(fā)生火災(zāi)的位置及探測(cè)設(shè)備編號(hào)，并發(fā)出聲、光警報(bào)聲。同時(shí)，向管廊內(nèi)的聲光警報(bào)器發(fā)出自動(dòng)聯(lián)動(dòng)指令，該分區(qū)管廊內(nèi)的聲光警報(bào)器同時(shí)發(fā)出警報(bào)聲和光。在火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控平臺(tái)上，會(huì)自動(dòng)彈出第一個(gè)報(bào)警的圖像探測(cè)器的視頻，同時(shí)發(fā)出報(bào)警聲音提示。

4 管廊圖像火災(zāi)探測(cè)技術(shù)應(yīng)用分析

4.1 試驗(yàn)工況簡(jiǎn)介

本試驗(yàn)在200m 試驗(yàn)段內(nèi)設(shè)置4 臺(tái)圖像型火災(zāi)探測(cè)器，以吊裝方式安設(shè)。采用的圖像火災(zāi)探測(cè)器參數(shù)為200 萬像素1080P，最低照度等級(jí)0.1Lux(彩色）/0.01Lux(黑白），響應(yīng)時(shí)間火焰5s～30s/煙霧20s～50s。分別布置在實(shí)驗(yàn)段管廊兩端，頂部布置一臺(tái)，中間布置兩臺(tái)，相互對(duì)射，確保實(shí)驗(yàn)段中的圖像區(qū)域全覆蓋，并根據(jù)管廊內(nèi)環(huán)境布設(shè)相關(guān)輔材及配件。點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器間距5m布置，廊頂沿中線安設(shè)（見圖2）。

圖2 試驗(yàn)段管廊截面及圖像火災(zāi)探測(cè)器布置位置

4.2 圖像火災(zāi)探測(cè)器報(bào)警試驗(yàn)

4.2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

煙霧實(shí)驗(yàn)：利用煙餅?zāi)M電纜因過載等原因發(fā)熱后電纜護(hù)套受熱開始釋放煙霧的過程。將不同尺寸的煙餅放置在線纜橋架的底層上，模擬不同時(shí)期的煙霧濃度，等待探測(cè)器報(bào)警，并記錄報(bào)警時(shí)間。

火焰試驗(yàn)：利用火盤模擬電纜因過載等原因發(fā)熱后電纜護(hù)套受熱達(dá)到燃點(diǎn)后開始燃燒的過程。以不同尺寸的火盤放置、模擬不同時(shí)期的火焰大小，等待探測(cè)器報(bào)警，并記錄報(bào)警時(shí)間。

4.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

煙霧探測(cè)：煙霧探測(cè)分別在防火區(qū)間1/4處、3/4處底層橋架進(jìn)行試驗(yàn)。煙餅點(diǎn)燃后，煙霧沿橋架溢出，在上升時(shí)被圖像火災(zāi)探測(cè)器識(shí)別并報(bào)警，上升蔓延至點(diǎn)型光電感煙探測(cè)器附近，并形成一定濃度時(shí)，點(diǎn)型光電感煙探測(cè)器報(bào)警，第一次圖像火災(zāi)探測(cè)器用時(shí)21s，點(diǎn)型光電感煙探測(cè)器用時(shí)91s；第二次圖像火災(zāi)探測(cè)器用時(shí)41s，點(diǎn)型光電感煙探測(cè)器用時(shí)136s（見表1）。

表1 煙霧探測(cè)試驗(yàn)記錄表

火焰探測(cè)：圖像型火災(zāi)探測(cè)器可以探測(cè)火焰對(duì)管廊內(nèi)出現(xiàn)的明火可以探測(cè)報(bào)警，在防火區(qū)間1/4處、3/4處進(jìn)行明火實(shí)驗(yàn)報(bào)警時(shí)間分別為9s和11s，而點(diǎn)型光電感煙探測(cè)器無法探測(cè)無煙火焰（見表2）。

表2 火焰探測(cè)試驗(yàn)記錄表

試驗(yàn)結(jié)果表明，圖像型火災(zāi)探測(cè)器相比傳統(tǒng)的點(diǎn)型光電感煙探測(cè)器設(shè)備，煙霧探測(cè)速度快約1min，速度快約3倍～4倍。在管廊環(huán)境中對(duì)煙、火均能有很好的探測(cè)效果，對(duì)火災(zāi)前期作出快速響應(yīng)。

4.3 圖像火災(zāi)探測(cè)器優(yōu)勢(shì)分析

4.3.1 減少設(shè)備數(shù)量，降低管廊運(yùn)維人員工作負(fù)荷

光電感煙探測(cè)器布設(shè)密度較大，智能圖像火災(zāi)技術(shù)減少了探測(cè)器使用數(shù)量，在巡查和檢測(cè)工作中減少了需要查驗(yàn)的設(shè)備數(shù)量和人工數(shù)。管廊中相對(duì)密閉，空氣質(zhì)量、濕度相較地上日照、通風(fēng)的自然環(huán)境更差，減少此工作環(huán)境中的工作時(shí)間，有利于保護(hù)運(yùn)維工作人員的身體健康。

4.3.2 提高火災(zāi)響應(yīng)速率，減少事故影響范圍

圖像火災(zāi)技術(shù)報(bào)警速度比傳統(tǒng)的點(diǎn)煙火災(zāi)報(bào)警裝置是快約1min，提升速率3倍～4倍。電纜燃燒的特點(diǎn)為煙大、火焰小、速度慢、火勢(shì)發(fā)展很快。在燃燒初期越早發(fā)現(xiàn)，處理越及時(shí)，對(duì)管廊的影響越小[9]。

4.3.3 增加智慧設(shè)備接入，加快智慧管廊建設(shè)

圖像型火災(zāi)探測(cè)器采用的智能算法，還可根據(jù)本身的數(shù)據(jù)采集結(jié)合云平臺(tái)其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)。接入控制中心可將采集到的事故圖片和算法共享給其他管廊使用，也為綜合管廊事故數(shù)據(jù)庫(kù)提供原始數(shù)據(jù)資料。

5 結(jié)語

綜合管廊作為城市生命線系統(tǒng)，一旦發(fā)生安全事故將造成重大社會(huì)影響和巨大經(jīng)濟(jì)損失。圖像火災(zāi)探測(cè)設(shè)備可以對(duì)煙霧、火焰進(jìn)行有效復(fù)合偵測(cè)，在電纜陰燃發(fā)出可見煙階段就及時(shí)報(bào)警，并直接顯示現(xiàn)場(chǎng)圖像，標(biāo)注煙霧產(chǎn)生位置，輔助運(yùn)維人員判斷火情，做到火災(zāi)的早發(fā)現(xiàn)和早控制。圖像火災(zāi)探測(cè)器在管廊實(shí)地火災(zāi)模擬試驗(yàn)中效果良好，識(shí)別速度快，綜合優(yōu)勢(shì)明顯，具有一定的推廣意義。