高速動車組智能煙火報警系統(tǒng)

魯教軍

摘? 要：我國道路建設(shè)最近幾年發(fā)展非常迅速，推動我國整體經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展。高性能的火災(zāi)報警系統(tǒng)作為保障動車組行車安全的重要組成部分，可以大大減少火災(zāi)事故的發(fā)生，有效降低火災(zāi)造成的損失。

關(guān)鍵詞：高速動車組;智能煙火報警系統(tǒng)

引言

我國經(jīng)濟建設(shè)之所以發(fā)展如此迅速，離不開各行業(yè)的支持和國家政策的扶持，才有今天的局面和規(guī)模。每節(jié)車廂由六個探測器和一個區(qū)域火災(zāi)報警控制器組成節(jié)點火災(zāi)報警子系統(tǒng)，探測器采用煙溫復(fù)合探測技術(shù)，遍布在車廂、衛(wèi)生間和電氣箱等列車重要場所，區(qū)域控制器則安裝在乘務(wù)員休息室邊的操作面板上，以便乘務(wù)員能夠及時處理火警警報。

1煙火報警系統(tǒng)基本設(shè)計思想

考慮工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境，節(jié)點火災(zāi)報警子系統(tǒng)采用煙溫復(fù)合探測+數(shù)字信號傳輸方式，最大限度提高系統(tǒng)可靠性和使用壽命。智能火災(zāi)探測器采集現(xiàn)場煙霧、溫度模擬量信息，經(jīng)預(yù)置火災(zāi)探測算法處理，直接得到火警/正常狀態(tài)判斷結(jié)果，并通過安全線與區(qū)域火災(zāi)報警控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。任何監(jiān)測點的火警信號都可被火災(zāi)報警控制器探測到，一旦發(fā)生火災(zāi)，控制器能夠準確定位火災(zāi)事故地點，及時發(fā)出聲光報警警報，TCMS也能通過VCU得到該節(jié)車廂的火災(zāi)報警匯總信息。鑒于系統(tǒng)報警誤報率隨著探測器變臟而增大，系統(tǒng)設(shè)計具有故障診斷和聯(lián)合檢測的功能。

2火災(zāi)報警系統(tǒng)組成及功能

火災(zāi)報警系統(tǒng)由火災(zāi)探測器、報警控制裝置和報警設(shè)備組成。火災(zāi)探測器的實質(zhì)是檢測火災(zāi)發(fā)生時產(chǎn)生的各種物理、化學(xué)變化，實現(xiàn)對火災(zāi)的動態(tài)監(jiān)測并發(fā)出報警信號;報警裝置對火災(zāi)探測器發(fā)出的信號進行分析、判斷，發(fā)出火災(zāi)警報信號，同時還具有故障診斷功能，控制火災(zāi)探測器、報警控制裝置的驅(qū)動及控制電路;報警設(shè)備發(fā)出警報信號。火災(zāi)報警系統(tǒng)在火災(zāi)初期，將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量、火焰等物理量通過火災(zāi)探測器轉(zhuǎn)變成電信號，實現(xiàn)火災(zāi)報警、故障報警、主備電源自動切換、報警部位顯示、系統(tǒng)自檢、打印等多種功能。

3基于3D點云信息的受電弓滑板磨耗深度測量值檢測算法

受電弓及車頂狀態(tài)動態(tài)檢測系統(tǒng)采用高速、高分辨率、非接觸式圖像分析測量技術(shù)，實現(xiàn)了對受電弓滑板磨耗、中心線偏移、工作壓力等關(guān)鍵特定參數(shù)的動態(tài)自動檢測和車頂異物及關(guān)鍵部件狀態(tài)的室內(nèi)可視化觀測。基于3D點云信息的受電弓滑板磨耗深度測量值檢測設(shè)備，主要包括補光燈、光電開關(guān)、3D激光傳感器、高分辨率照相機等。當受電弓通過檢測設(shè)備時，補光燈會根據(jù)當時的光照條件對光線進行調(diào)整和補償，3D激光傳感器將激光發(fā)射到碳滑板上，而面陣相機接收反射光線，從而構(gòu)成大量的3D點云數(shù)據(jù)，以便進行滑板磨耗值測量。現(xiàn)有的受電弓測量方式大多采用雙目相機，利用拍攝的受電弓圖像，重構(gòu)三維空間距離，計算出滑板磨耗值。為了使得測量數(shù)據(jù)更加精準、有效，提出一種基于3D點云的受電弓健康狀態(tài)預(yù)警模型。采用三維激光掃描技術(shù)直接得到真實物體表面的空間采樣點，即點云數(shù)據(jù)，利用點云數(shù)據(jù)的局部拓撲信息，近鄰位置重構(gòu)三維物體表面情況，獲取該受電弓的滑板磨耗值、中心線偏移量以及前后傾斜角度等測量數(shù)據(jù)，為工作人員提供受電弓的健康情況指導(dǎo)和數(shù)據(jù)依據(jù)。

4終端復(fù)示層

1.動車組運行信息瀏覽終端設(shè)在動車所技術(shù)組，可以瀏覽所有被監(jiān)測動車組運行狀態(tài)信息，基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，自動對動車組運行故障信息進行智能分析、判斷，復(fù)示故障報警信息并進行預(yù)警處理，向調(diào)度所提交TIDS系統(tǒng)預(yù)報的車輛故障。2.故障預(yù)警處理終端設(shè)在調(diào)度所，對故障進行確認，通知機械師處理車輛故障，回收反饋故障處理結(jié)果，完成故障的閉環(huán)處理。3.分級審查分析終端為車間、動車段、鐵路局、鐵道部等各級部門提供查詢分析接口，為科學(xué)決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

5智能火災(zāi)探測器設(shè)計方案

按照模塊化設(shè)計思想，智能火災(zāi)探測器主要包括以下幾個模塊：煙霧、溫度采集電路：選用當前主流的前向散射煙霧檢測室，完成紅外發(fā)光管驅(qū)動電路和光電檢測電路設(shè)計，最終經(jīng)過AD采樣得到煙霧濃度信息;集成溫度傳感器芯片直接采樣得到環(huán)境溫度信息。輸入輸出模塊：模塊主要功能是將智能火災(zāi)探測算法的判斷結(jié)果傳輸至控制器，設(shè)計采用MCU控制繼電器輸出火警/正常信號、高邊功率開關(guān)輸出故障信號，同時輸入輸出模塊能夠應(yīng)答系統(tǒng)自檢信號和工作模式配置信息。基礎(chǔ)保障電路：維持單片機正常工作所必須的外圍保障電路，像單片機在線編程，上電復(fù)位電路和提供穩(wěn)定時鐘脈沖的陶瓷諧振電路。另外為防止程序意外跑飛，除使能MCU自帶的看門狗定時器外，還用單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器設(shè)置了死機顯示電路。

6線性溫度探測器原理及設(shè)計

線性溫度探測器也稱熱敏電纜、感溫電纜等，為2根用熱敏材料做成彼此絕緣的鋼絲。探測原理：線纜受熱后熱敏材料電阻率降低從而觸發(fā)開關(guān)量的溫度報警。感溫電纜的結(jié)構(gòu)為2根各自被熱敏聚合物包裹著的導(dǎo)線相互絞接，外部有保護套，在正常溫度環(huán)境下，絞在一起的2根導(dǎo)線彼此絕緣，一旦環(huán)境溫度達到或超出感溫電纜額定溫度時，內(nèi)層熱敏聚合物的絕緣性能發(fā)生變化，使2根導(dǎo)線近似短路，檢測處理器以此為依據(jù)判斷是否發(fā)生火警。根據(jù)動車組的運行環(huán)境和被監(jiān)控設(shè)備的安裝位置，選用額定動作溫度為105℃的感溫電纜。感溫電纜通過線卡、膠粘式電纜固定件固定在牽引設(shè)備的頂部和后部。

7基于R-CNN的列車運行故障檢測算法應(yīng)用

分析基于R-CNN算法的列車車頭、車廂連接處、車尾及車輪的定位準確性。非極大值抑制（NMS）計算出每一個boundingbox的面積，根據(jù)score進行排序，把score最大的boundingbox作為選定的框，計算其余boundingbox與當前最大score的IoU，去除IoU大于設(shè)定閾值的boundingbox。重復(fù)上面的過程，直至候選boundingbox為空，再將score小于一定閾值的選定框刪除得到一類的結(jié)果。隨后評價本算法的故障識別性能，使用漏報率和誤報率來評價算法。漏報率是指在故障檢測中存在N次故障有M次未能檢測出;誤報率是指在檢測出的N次故障中，其中，有M次不是故障。經(jīng)過算法的多次運行獲得的誤報率為13.5%，漏報率為26.5%。由于車速、大氣、光線、抖動等因素的不同，使得不同時期采集的兩幅圖像之間存在亮度、分辨率、長度等差異，因此會將一些污漬、光照等情判斷為故障，造成了一定的誤報率;動車組中的故障有些非常隱蔽，行車速度不均衡，將會造成漏報率。在此后的實驗過程中，加大圖像的預(yù)處理，從而使得拍攝的照片更大程度地表征列車故障的真實情況。以實際車廂圖像為例，與現(xiàn)有故障識別算法進行性能比較。該算法可以有效地識別故障，并確定其位置，雖然仍存在一些誤報區(qū)域，但其位置鄰近實際故障區(qū)域。此外，漏報率也在可控范圍之內(nèi)。而完全基于圖像比對的故障識別算法存在大量的誤報區(qū)域，并未從真正意義上減輕工作人員的勞動量。由此可見，本文算法有效地抑制了誤報情況，提升了故障實時檢測和自動報警的效率。

結(jié)語

由節(jié)點火災(zāi)報警子系統(tǒng)組成的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測火災(zāi)變量，智能判斷火災(zāi)發(fā)生，實現(xiàn)火災(zāi)自動探測與報警，而且能夠通過VCU向TCMS發(fā)送火警消息數(shù)據(jù)，由TCMS負責實施消防聯(lián)動控制。

參考文獻

[1]? 周長庚.新型光電感煙探測器[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，1998，18（2）：150-151.

[2]? 孫爽.點型光電感煙火災(zāi)探測器的靈敏度[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2002（6）：39-41.

[3]? 范維澄.中國火災(zāi)科學(xué)基礎(chǔ)研究概況[J].火災(zāi)科學(xué)，2005（1）：57-62.