高速公路隧道專用多光譜移動火情檢測系統應用

李冠

（廣東廣佛肇高速公路有限公司，廣東 肇慶 526000）

近年來，隨著交通基礎設施建設的持續提速，特長公路隧道及隧道群的數量不斷增加，如何預防火災成為當前隧道防災減災關鍵技術研究的重點方向之一，也是公路隧道運營管理單位亟需解決的重大課題。

一、現狀與需求分析

（一）現狀

目前高速公路火災探測報警系統主要產品的檢測手段都是圍繞國標要求的“固定火盆0.4m2的汽油火在30s內報警”這一原則研發的，這些產品往往不具備火災早期偵測和移動火源探測的功能，無法滿足隧道安全運營工作的實際需求。

圖1 公路隧道火災成因

分布式光纖線型感溫火災探測器和光纖光柵線型感溫火災探測器靠安裝在隧道頂部的傳感設備進行火災檢測，由于距離檢測源遠，反應時間較長，只適用于小空間火災檢測。而且產品本身的靈敏度和報警闕值調整較為困難，闕值過高容易誤報火情，闕值過低則容易漏報火情。

雙波段的紅外火焰探測技術通過捕捉火焰在燃燒中的變化情況，并結合不同波長所采用的不同檢測值的檢測元件判定火情。在試驗標準火情的條件下，一般探測距離不能超過50m，穩定可靠的探測距離在25m～30m，響應時間為30s。需要在明火燃燒的情況下檢測，車輛移動時無法檢測火情。

多數圖像探測器產品均采用了可見光和近紅外光兩種波段同時偵測的方式，其原理是隧道內人工光源多在可見光范圍內，采用兩種波段結合的方式開展檢測工作，能夠提高檢測結果的可靠性。實際應用中，圖像型火災探測器的高誤報率仍然是影響其應用的主要問題，盡管采取了多波段結合的方式，但仍不能完全排除干擾源，尤其是汽車尾燈的影響和隧道洞口自然光線的干擾。

綜上所述，當前常用的隧道火災探測設備更多是基于明火固定感應檢測報警，可靠性相對較差，容易受環境因素影響造成誤報；各類消防系統各自獨立，缺乏有效聯動，難以對火災做出及時有效的應對。目前，亟需研發一種集火災預警預測與火情管控等功能于一體的高速公路隧道專用多光譜移動火情檢測系統，進一步提升隧道的安全系數。

（二）總體需求

與一般路基工程、橋梁工程相比，高速公路隧道配套設施復雜，而且環境較為封閉，逃生救援相對困難，因此運營管理要求更高、更復雜。眾所周知，在火災初始階段，熱釋放速率是逐漸增長的，會在較短時間內增長到最大值，如果不能在極早期階段將火災撲滅，容易釀成重大火災事故。本文梳理了隧道運營管理單位對隧道火災安全管控的主要需求：

1.隧道火災事件的早期發現偵測

需要及時發現并確定火災的位置和區域，為管理部門提供足夠的時間和信息。公路隧道一般地處偏遠，工作人員無法在極短的時間內趕赴現場。此外，隧道內氣流速度較快，以往的火災探測方法難以克服這種困難。

2.可探測公路隧道所有火災風險事件

現有規范與標準僅考慮了有限的火災場景，而公路隧道火災發生發展的過程遠比規范描述的復雜。

3.隧道消防系統的物聯網大數據應用

目前應用的火災探測器系統，各探測器均獨立開展工作，既沒有系統探測數據應用分析，也無法對火災報警（無論是真實還是誤報）進行追溯。

二、多光譜火災探測系統設計

（一）多光譜火災探測器的原理

多光譜火災探測器的核心部件是3個具有不同波長的紅外傳感器，其中一個主要檢測火焰信息的中心波長，另外兩個負責監視所處環境中的其他紅外輻射，通過高性能微處理器與算法模型能更精準、更快速地識別各種火災。目前，多光譜火災探測器對熱輻射的感應精度可達40m，探測距離（有效）達100m，響應時間為10ms。基于紅外焦平面傳感器技術，可實現快速遠距的早期火災偵測。

（二）隧道專用多光譜移動火情檢測系統

隧道專用多光譜移動火情檢測系統解決方案基于0.7um～14um的多光譜探測響應，能夠對火災發生發展過程中產生的輻射、亮度等參數實時檢測，且數據穩定可靠，實現了對隧道火災的極早期探測，大大提高了隧道火災探測的響應速度和維護使用的便捷性。

1.響應時間

多光譜平面傳感器對熱輻射的感應和響應時間在10ms內，能夠在1s內感知標準條件下的火災，并發出報警信號。

2.干擾分析

對于光源干擾，隧道內主要以LED光源為主。輻射能量低，對隧道環境產生的干擾很小。

3.考慮隧道內的移動火情

高速公路隧道內限速80km/h，如車輛發生自燃時仍在行駛，此時車輛的行駛速度約為23m/s。由于多光譜平面傳感器對熱輻射的感應和響應時間在10ms內，對隧道內火情的探測時間不超過1s，3次探測完畢，車輛的行駛距離不超過70m。因此，當車輛在火災探測器保護范圍內行駛時，火災探測器已經完成正常的火災報警探測。

圖2 隧道專用多光譜移動火情檢測系統示意

圖3 隧道三維展示與綜合報警平臺界面

4.系統大數據應用分析

在實際應用中，多光譜探測器具有豐富的數據接口。可通過網絡將實時數據上傳至監控中心服務器。系統可實現對任何異常情況的追溯，大大提高了公路隧道運營的安全性。

（三）隧道專用多光譜移動火情檢測系統軟件功能

隧道專用多光譜移動火情檢測系統軟件主要提供現場火災探測器數據的采集、數據分析、火場高清視頻聯動監控、火災應急預案執行、火災數據報表分析等功能。

隧道專用多光譜移動火情檢測系統采用三維建模方式打造核心用戶界面，能夠精準顯示每個隧道火情探測器的安裝位置、設備信息、報警信息及其他相關設備信息等；可以采集、分析、顯示、控制每個前端設備的工作數據及狀態數據，同時聯動現場高清攝像機視頻，無縫連接大屏顯示系統，集中顯示隧道現場數據及視頻畫面。

三、結語

綜上所述，采用高速公路隧道專用多光譜移動火情檢測系統有助于盡早發現火災，快速處置險情。本文的研究內容能為特長高速公路隧道火災自動報警系統的設計選型提供有效的解決思路。