煙葉露天堆場火災(zāi)安全監(jiān)控探索

何永華

摘 要 本文對煙葉露天堆場火災(zāi)監(jiān)控進行探討，運用圖像型探測和紅外光譜掃描遠程測溫技術(shù)建立火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，解決其火災(zāi)極早期偵測的核心問題，實現(xiàn)煙葉露天堆場防火措施的有機補充，以提高火災(zāi)應(yīng)急效率和防火安全管控水平。

關(guān)鍵詞 煙葉堆場；早期火災(zāi)；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號 TP2 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）05-0015-01

1 煙葉露天堆場的火災(zāi)危險性及特點

1.1 煙葉堆垛極易發(fā)生陰燃

煙葉堆垛不可避免溫度上升問題，煙葉發(fā)熱主要是煙堆內(nèi)的煙葉自身和微生物進行呼吸而產(chǎn)生熱量積聚的結(jié)果，而微生物的呼吸是煙葉發(fā)熱的主要原因。煙葉成熟后，在每克煙葉上附生的細菌可達5 400～13 000個。煙葉在存放過程中，當(dāng)煙葉含水量達到15%以上，空氣相對溫度超過75%以上，溫度超過15℃以上的情況下，微生物繁殖極快，細菌只要20min～30min分裂一次，霉菌也只要3～5天即繁殖一代。由于這些微生物進行呼吸而產(chǎn)生熱量積聚，使煙葉溫度不斷升高、碳化、陰燃。煙葉從發(fā)熱到自燃一般都要經(jīng)過發(fā)熱、高溫、自燃3個階段。

升溫階段：當(dāng)煙堆溫度升到35℃～40℃時，由于微生物代謝產(chǎn)生的熱能逐漸積蓄，溫度將持續(xù)上升產(chǎn)生高溫。

自燃：微生物在高溫下分解煙葉有機物時，產(chǎn)生低燃點的碳氫化合物，只要有充足的氧氣，煙葉中的有機化合物還將繼續(xù)分解，碳化產(chǎn)生新的熱流繼續(xù)升溫，最后導(dǎo)致煙葉自燃。

1.2 外部原因造成的火災(zāi)

除堆垛自發(fā)熱造成的火災(zāi)外，對于室外堆場，存在很多外部因素的火災(zāi)可能。如人為破壞、雷電等惡劣天氣造成火災(zāi)。多數(shù)情況下，外部因素造成的火災(zāi)危害性更大，來勢更猛，撲救更困難。根據(jù)美國的統(tǒng)計，對于倉儲類的火災(zāi)，其中17%是人為縱火所致，9%是電氣和照明系統(tǒng)故障所致。

1.3 堆場面積大，火災(zāi)易于擴展、撲救困難、損失大

煙垛的火災(zāi)呈現(xiàn)典型的固體深位火災(zāi)特征，集聚溫度高，加上火災(zāi)產(chǎn)生的熱量輻射、擴撒等很容易導(dǎo)致鄰近的煙垛的火災(zāi)，而且煙葉燃燒的煙氣對人傷害大，對于大面積的堆場來講，消防人員的救援難度大，撲救困難。如果不能實現(xiàn)火災(zāi)的極早期偵測，防患于未燃，對于上萬噸的煙葉而言，損失較大。

2 煙葉露天堆場火災(zāi)安全監(jiān)控的應(yīng)對措施

2.1 解決煙葉露天堆場火災(zāi)極早期偵測的核心問題

煙葉按堆垛在存放，堆垛的內(nèi)部微生物產(chǎn)生的熱量會不斷積聚，達一定程度，極可能產(chǎn)生陰燃。且堆場面積大，對于常規(guī)的探測手段根本無法應(yīng)對。因此新型系統(tǒng)應(yīng)能針對垛內(nèi)局部監(jiān)控和外部大范圍的區(qū)域進行監(jiān)控。

煙垛發(fā)生陰燃主要的物理表現(xiàn)：過熱、產(chǎn)生煙霧、產(chǎn)生表面陰燃火點。因此，新型系統(tǒng)應(yīng)能針對陰燃火災(zāi)的3個階段分別進行監(jiān)控。

2.2 極早期火災(zāi)偵測的方法

針對煙葉露天堆場的火災(zāi)特征，要實現(xiàn)極早期火災(zāi)偵測，可采用如下方法：

1）針對每一個堆垛，采用2～6只無線分布式溫度傳感器進行內(nèi)部溫度的監(jiān)測。由于自發(fā)熱和陰燃首先發(fā)生于內(nèi)部，目前基于圖像、熱像等方法均不能起到直接的探測作用，另外，早期發(fā)熱或陰燃階段即便引起表面溫度的變化，由于堆場面積大，距離遠，熱成像系統(tǒng)也很難捕捉到這些溫度變化。

2）針對極早期陰燃，采用全視場的紅外光譜掃描進程測溫系統(tǒng)。該類系統(tǒng)采用點掃描模式，在水平360°，垂直80°～90°的范圍內(nèi)進行逐點掃描，光學(xué)放大倍數(shù)達上萬倍，空間分辨率是熱像系統(tǒng)的10倍以上。

3）針對陰燃產(chǎn)生的煙霧或者有焰火，采用基于彩色/黑白圖像和近紅外圖像的雙頻圖像火災(zāi)探測器。系統(tǒng)采用可變視場平臺，按照一定的角度轉(zhuǎn)動，使系統(tǒng)掃描防護區(qū)域，并對煙霧或有焰火進行偵測。

3 圖像型火災(zāi)探測器的運用

利用AE900進行火災(zāi)探測，其探測器依靠一系列算法軟件同時處理防護區(qū)域的彩色/ 黑白或NIR圖像，尋找符合火災(zāi)的大量特征，針對計算獲得的所有特征數(shù)據(jù)，系統(tǒng)進行有機融合，進行火災(zāi)的判斷決策，進而進行數(shù)據(jù)融合、決策和報警輸出。對于大范圍監(jiān)控場所，由于大焦距的CCD的視場角有限， 需對探測器和云臺整合，形成的系統(tǒng)，即可按照一定的規(guī)律旋轉(zhuǎn)掃描防護區(qū)域。對于圖像火災(zāi)探測系統(tǒng)，相對經(jīng)濟性較好，但系統(tǒng)只能針對煙霧和有焰火進行探測，無焰的炭火不能觸發(fā)報警，但可實現(xiàn)預(yù)警功能。

4 紅外光譜掃描遠程測溫監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

AE6000圖像火災(zāi)探測器是一種國際領(lǐng)先的光譜掃描極早期火災(zāi)探測技術(shù)，探測系統(tǒng)采用兩自由度水平和垂直轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)大范圍的熱點掃描，所采用的一個光譜波段是火災(zāi)的特有紅外波段，另一個光譜波段是避免太陽光和人工光源干擾的參比波段，掃描完成即形成不同波段的光譜圖像。其火災(zāi)探測器一般裝在防護區(qū)域內(nèi)相對制高點上，在水平360°，5km半徑內(nèi)逐點逐行進行搜索，可及時發(fā)現(xiàn)明火和暗火。該偵測系統(tǒng)接收的是防護區(qū)域火（明火或暗火）或火災(zāi)的熱煙氣發(fā)出的紅外輻射，不論白天、夜間24小時都可以工作，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后自動報警，并及時把火點的坐標(biāo)用有線或無線傳輸給消防指揮部門，以便及時撲救，避免造成更大火災(zāi)損失。

5 煙葉露天堆場火災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

1）方案1：基于AE900變視場圖像型火災(zāi)探測與無線分布測溫系統(tǒng)的解決方案。本方案基于經(jīng)濟、有效的原則，采用了AE900變視場圖像型火災(zāi)探測器和無線分布溫度探測器相結(jié)合。無線分布溫度探測器放置于堆垛內(nèi)部，主要用于監(jiān)測堆垛的溫度異常變化；AE900探測器采用定周期掃描的方式，對堆場進行全覆蓋掃描，主要探測煙霧和火焰；當(dāng)無線分布溫度探測器發(fā)現(xiàn)某一個堆垛溫度異常時，系統(tǒng)自動聯(lián)動AE900探測器直接監(jiān)視溫度異常的堆垛，當(dāng)一定的周期后未發(fā)現(xiàn)異常或警報解除后，AE900自動轉(zhuǎn)入自掃描探測狀態(tài)。該方案無線數(shù)據(jù)接收裝置，通過無線通信與前端的探測器進行通信連接。

2）方案2：基于AE6000雙光譜掃描遠程測溫、AE900變視場圖像型煙霧探測與無線分布測溫系統(tǒng)的解決方案。在方案一的基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)極早期探測能力，增加AE6000雙光譜掃描進程測溫監(jiān)控子系統(tǒng)，通過360°水平和90°垂直逐點掃描和近萬倍光學(xué)放大，使得溫度探測器的距離大大增加。當(dāng)AE6000報警，系統(tǒng)將聯(lián)動AE900轉(zhuǎn)向發(fā)生異常的部位，進行定點監(jiān)視，當(dāng)警報解除或超出一定周期后未發(fā)現(xiàn)異常，AE900將轉(zhuǎn)入自動掃描狀態(tài)。

6 結(jié)論

1）煙葉堆垛易于發(fā)生陰燃火，火災(zāi)危害性較大，撲救困難，而外部因素引起的火災(zāi)也不容小視，因此煙葉堆場的極早期火災(zāi)探測意義重大。

2）方案1采用分布無線感溫探測器針對堆垛進行實時溫度監(jiān)測，采用AE900圖像火災(zāi)探測器針對陰燃煙霧或火災(zāi)早期火焰進行偵測，可以基本解決火災(zāi)的探測問題，相對成本較低。

3）方案2則增加采用了雙光譜掃描測溫監(jiān)控子系統(tǒng)，在極早期探測方面更具優(yōu)勢，但相對成本較高。

參考文獻

[1]杜建華，張認成.LVQ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的紅外光譜火災(zāi)早期預(yù)警算法[D].華僑大學(xué)學(xué)報：自然版，2011，32（6）：607-610.