民用飛機貨艙煙霧虛警淺析

程書山

【摘 要】飛機在飛行中出現火警的后果可能是災難性的。飛機貨艙是飛機防火系統需要保護的重要區域之一。由于飛機貨艙環境異常復雜，同時受技術水平限制，傳統的以煙霧探測器為主要手段的煙霧探測系統存在虛警率高的問題，對飛機的經濟性和安全性有顯著影響。采用新型的多傳感器復合煙霧探測系統以及基于視頻的貨艙著火確認系統可能顯著減少虛警的發生，提高貨艙火警探測系統的可靠性，從而顯著提高飛機運行過程中經濟性和安全性。

【關鍵詞】飛機；貨艙；煙霧探測；虛警

【Abstract】Fire occur in fight may be catastrophic.Aircraft cargo compartment is an import area for fire protect.The traditional smoke detect system has high false alarm rate for complex cargo compartment environment and technology limitation.Using multisensor smoke detection and video-based cargo fire verification system can decrease the false alarm rate largely，and improve the reliability of smoke detection system and make aircraft more safe and economical.

【Key words】Aircraft；Cargo Compartment；Smoke detection；False Alarm

1 貨艙煙霧探測概述

飛機貨艙在飛行中著火是非常危險的，民用飛機貨艙一般位于客艙地板下部，在飛行中人員無法進入和查看。根據FAR25第 25.858 條[1]，此類貨艙屬于C級貨艙，需安裝有經批準的、獨立的煙霧探測或火警探測器系統，可在駕駛員或飛行工程師工作位置處給出警告。

目前飛機普遍采用煙霧探測系統來探測貨艙煙霧和著火。貨艙煙霧探測系統由貨艙煙霧探測器和控制器組成。煙霧探測器探測貨艙出現的煙霧，控制器接收到煙霧探測器發出的煙霧告警后通過飛機航電系統在駕駛艙向飛行機組發出告警。飛機貨艙起火可能會嚴重威脅飛機和乘員的安全，飛行機組在接收到煙霧告警后需立即執行貨艙煙霧緊急程序，包括釋放貨艙滅火劑進行滅火并盡快著陸以及著陸后組織乘客的緊急撤離。當出現貨艙煙霧虛警時，由于飛行機組無法進入貨艙確認是否是虛警，只能按照最嚴酷的情況處理，立即執行貨艙煙霧緊急程序，從而造成了不必要的滅火劑釋放、航班改航以及緊急撤離。而飛行機組在不熟悉的機場降落以及緊急撤離過程中都可能出現不安全的事故。因此貨艙煙霧虛警不僅會帶來巨大的經濟損失，甚至會影響飛行安全。貨艙虛警的危害不僅表現的單次虛警對安全性和經濟性的影響上，還表現在高的虛警率上。根據FAA和NASA統計的1990年～2011年間貨艙煙霧告警的數據，不同年份的貨艙的虛警率在90～100%之間，這意味著絕大多數的貨艙煙霧告警為虛警[2]。

2 貨艙煙霧虛警來源

目前民用飛機普遍采用的貨艙煙霧探測器主要是光電型煙霧探測器，光電型煙霧探測器利用煙霧粒子對光的散射探測煙霧，其內部有一個光學室，光學室內布置有光源和接收器，光源發出的光照射到煙霧粒子時會被散射，當接受器接受的散射光超過閾值時煙霧探測器發出煙霧告警，參見圖1。

圖1 光電型煙霧探測器原理

煙霧探測器對所有散射光的粒子都會做出反應，因此其無法分辨是著火導致的煙霧粒子還是其他原因產生的煙霧粒子。而民用飛機貨艙環境復雜多變，運載的貨物也多種多樣，因此造成虛警的原因也多種多樣。漂浮在貨艙內的沙塵、棉絮、花粉、鹽霧、動物毛＼羽屑、水蒸汽、殺蟲劑/清潔劑噴霧等都可能會觸發煙霧探測器告警。

3 貨艙煙霧虛警預防

為了預防貨艙煙霧虛警，需要針對煙霧探測系統的缺點進行改進，將著火導致的煙霧與非著火導致的煙霧區別開。下面介紹了兩種可行的探測系統。

3.1 新型多傳感器復合型煙霧探測系統

目前飛機煙霧探測器一般都是符合TSO-C1d標準，但是TSO-C1d標準引用的AS8036（1991年發布）并未要求煙霧探測器通過防虛警測試。SAE在2013年發布了AS8036A，AS8036A將煙霧探測器的防虛警測試納入到煙霧探測器的最小性能標準中。2014年FAA發布了TSO-C1e，引用了AS8036A。因此新開發的煙霧探測器需通過防虛警測試，通過將煙霧探測器暴露在不同的虛警源驗證煙霧探測器的防虛警功能。

為了滿足防虛警要求，得益于技術的不斷發展，可以開發和采用更先進的煙霧探測器來減少虛警率，例如開發多傳感器復合型煙霧探測器。由于貨艙火災發生時，不光有煙霧產生，還會有其他的產物，如熱量、一氧化碳、二氧化碳等。貨艙著火時，溫度、一氧化碳、二氧化碳的濃度會顯著變化。通過對貨艙煙霧濃度、溫度、一氧化碳、二氧化碳濃度的絕對值及變化率的監測，結合合理的算法，可以極大減少虛警的發生[3]。

3.2 基于視頻的貨艙著火確認系統

開發基于視頻的貨艙著火確認系統可以減少虛警率，同時提高對無煙火災的探測性能。對于遠程寬體客機，由于航程較遠且可能是跨極地飛行，在巡航階段發生虛警火警，飛行員需釋放滅火劑并改航。而航路上的備降機場可能是偏遠且條件簡陋的，因此付出的經濟代價和對安全的影響更加顯著。通過在貨艙合理布置紅外攝像頭，并通過計算機對數字圖像進行處理，通過開發合理的算法，可能快速準確的對高溫火源點進行確認和探測。

對于包裹在集裝箱中的火源點，紅外特征不明顯，可以通過在貨艙頂部布置LED光源，以及溫度和濕度傳感器，輔助探測煙霧。煙霧對光源的光線產生散射，影響LED光源在紅外攝像機中的成像，通過計算機視覺技術的應用，可以快速識別煙霧。圖2為GOODRICH 公司為A340飛機開發的基于視頻的貨艙煙霧著火確認系統，性能符合FAA的要求。

圖2 基于視頻的貨艙著火確認系統

視頻控制器通過對視頻圖像的處理發出告警的同時，還可以對視頻圖像進行保存，飛行員在駕駛艙可以對貨艙視頻進行回放，通過視頻回放對貨艙火警進行進一步確認。飛行員也可以在釋放滅火劑后利用貨艙視頻檢查滅火效果，判斷是否需要改航，降低貨艙煙霧告警導致的改航次數，提高安全性和經濟性[4]。

4 結論

飛機在飛行中出現火警的后果可能是災難性的，飛機貨艙是飛機防火系統需要保護的重要區域之一。由于飛機貨艙環境異常復雜，同時受技術水平限制，傳統的以煙霧探測器為主要手段的煙霧探測系統存在虛警率高的問題，對飛機的經濟性和安全性有顯著影響。采用新型的多傳感器復合煙霧探測系統以及基于視頻的貨艙著火確認系統可能顯著減少虛警的發生，提高貨艙火警探測系統的可靠性，從而顯著提高飛機運行過程中經濟性和安全性。

【Reference】

[1]Code of Federal Regulations 14 CFR Part 25.858，“Cargo or Baggage Compartment Smoke or Fire Detection Systems，”2006.

[2]Bell Ken，Cargo Compartment Smoke Detector AS8036 Standard Revision， Society of Automotive Engineer International，2011.

[3]Adityanand Girdhari.Aircraft Cargo Compartment Multisensor Smoke Detection Algorithm Development[Z].The State University of New Jersey，2008.

[4]Radoslaw R.Zakrzewski.Video-based Cargo Fire Verification System for Commercial Aircraft，Goodrich Corporation，USA，2004.

[責任編輯：田吉捷]