高速公路隧道专用多光谱移动火情检测系统应用

2022-08-02李冠

中国公路 2022年9期

关键词：火情专用光谱

李冠

（广东广佛肇高速公路有限公司，广东肇庆 526000）

近年来，随着交通基础设施建设的持续提速，特长公路隧道及隧道群的数量不断增加，如何预防火灾成为当前隧道防灾减灾关键技术研究的重点方向之一，也是公路隧道运营管理单位亟需解决的重大课题。

一、现状与需求分析

（一）现状

目前高速公路火灾探测报警系统主要产品的检测手段都是围绕国标要求的“固定火盆0.4m2的汽油火在30s内报警”这一原则研发的，这些产品往往不具备火灾早期侦测和移动火源探测的功能，无法满足隧道安全运营工作的实际需求。

图1 公路隧道火灾成因

分布式光纤线型感温火灾探测器和光纤光栅线型感温火灾探测器靠安装在隧道顶部的传感设备进行火灾检测，由于距离检测源远，反应时间较长，只适用于小空间火灾检测。而且产品本身的灵敏度和报警阙值调整较为困难，阙值过高容易误报火情，阙值过低则容易漏报火情。

双波段的红外火焰探测技术通过捕捉火焰在燃烧中的变化情况，并结合不同波长所采用的不同检测值的检测元件判定火情。在试验标准火情的条件下，一般探测距离不能超过50m，稳定可靠的探测距离在25m～30m，响应时间为30s。需要在明火燃烧的情况下检测，车辆移动时无法检测火情。

多数图像探测器产品均采用了可见光和近红外光两种波段同时侦测的方式，其原理是隧道内人工光源多在可见光范围内，采用两种波段结合的方式开展检测工作，能够提高检测结果的可靠性。实际应用中，图像型火灾探测器的高误报率仍然是影响其应用的主要问题，尽管采取了多波段结合的方式，但仍不能完全排除干扰源，尤其是汽车尾灯的影响和隧道洞口自然光线的干扰。

综上所述，当前常用的隧道火灾探测设备更多是基于明火固定感应检测报警，可靠性相对较差，容易受环境因素影响造成误报；各类消防系统各自独立，缺乏有效联动，难以对火灾做出及时有效的应对。目前，亟需研发一种集火灾预警预测与火情管控等功能于一体的高速公路隧道专用多光谱移动火情检测系统，进一步提升隧道的安全系数。

（二）总体需求

与一般路基工程、桥梁工程相比，高速公路隧道配套设施复杂，而且环境较为封闭，逃生救援相对困难，因此运营管理要求更高、更复杂。众所周知，在火灾初始阶段，热释放速率是逐渐增长的，会在较短时间内增长到最大值，如果不能在极早期阶段将火灾扑灭，容易酿成重大火灾事故。本文梳理了隧道运营管理单位对隧道火灾安全管控的主要需求：

1.隧道火灾事件的早期发现侦测

需要及时发现并确定火灾的位置和区域，为管理部门提供足够的时间和信息。公路隧道一般地处偏远，工作人员无法在极短的时间内赶赴现场。此外，隧道内气流速度较快，以往的火灾探测方法难以克服这种困难。

2.可探测公路隧道所有火灾风险事件

现有规范与标准仅考虑了有限的火灾场景，而公路隧道火灾发生发展的过程远比规范描述的复杂。

3.隧道消防系统的物联网大数据应用

目前应用的火灾探测器系统，各探测器均独立开展工作，既没有系统探测数据应用分析，也无法对火灾报警（无论是真实还是误报）进行追溯。

二、多光谱火灾探测系统设计

（一）多光谱火灾探测器的原理

多光谱火灾探测器的核心部件是3个具有不同波长的红外传感器，其中一个主要检测火焰信息的中心波长，另外两个负责监视所处环境中的其他红外辐射，通过高性能微处理器与算法模型能更精准、更快速地识别各种火灾。目前，多光谱火灾探测器对热辐射的感应精度可达40m，探测距离（有效）达100m，响应时间为10ms。基于红外焦平面传感器技术，可实现快速远距的早期火灾侦测。

（二）隧道专用多光谱移动火情检测系统

隧道专用多光谱移动火情检测系统解决方案基于0.7um～14um的多光谱探测响应，能够对火灾发生发展过程中产生的辐射、亮度等参数实时检测，且数据稳定可靠，实现了对隧道火灾的极早期探测，大大提高了隧道火灾探测的响应速度和维护使用的便捷性。

1.响应时间

多光谱平面传感器对热辐射的感应和响应时间在10ms内，能够在1s内感知标准条件下的火灾，并发出报警信号。

2.干扰分析

对于光源干扰，隧道内主要以LED光源为主。辐射能量低，对隧道环境产生的干扰很小。

3.考虑隧道内的移动火情

高速公路隧道内限速80km/h，如车辆发生自燃时仍在行驶，此时车辆的行驶速度约为23m/s。由于多光谱平面传感器对热辐射的感应和响应时间在10ms内，对隧道内火情的探测时间不超过1s，3次探测完毕，车辆的行驶距离不超过70m。因此，当车辆在火灾探测器保护范围内行驶时，火灾探测器已经完成正常的火灾报警探测。