大空间建筑早期火灾智能探测报警技术

　　摘 要：大空间建筑，尤其是存在遮挡和环境干扰时，现行的火灾探测技术将难以正常发挥效用，无法解决灵敏度与可靠性之间的矛盾，大空间建筑早期火灾的探测已成为火灾探测领域的一个世界性难题，各国火灾科学及消防科技工作者对此都十分关注。本文对大空间建筑火灾探测中存在的问题进行了分析，并介绍两种大空间建筑早期火灾智能探测报警技术。

　　关键词：大空间建筑 早期火灾 智能探测

　　1. 引言

　　随着我国经济建设的飞速发展，大空间建筑迅速增多，火灾监控形势日益严峻。近年来，全国大空间建筑如家俱城、大型仓库、大型商场、工业车间等场所火灾频繁，财产损失和人员伤亡极为严重。如1997年11月17日，新疆喀什工业品贸易中心大楼火灾，造成15人死亡，21人受伤，直接财产损失400万元;1998年5月5日，北京玉泉营环岛家俱城火灾，直接财产损失2087.7万元。这些大空间建筑火灾，在国内外造成了很大的震动，已引起国家有关方面的极大关注，成为迫切需要解决的重大问题之一。

　　大空间建筑的火灾探测监控是世界各国火灾科学及消防科技工作者关注的课题之一。大空间建筑火灾尤其是存在遮挡和环境干扰的时候，常规的感烟、感温探测器由于火灾燃烧产物在空间传播受空间高度和面积的影响，常常当火灾发展到相当的程度，探测器才能感应，现行的火灾探测方法难以正常发挥效用，无法解决灵敏度与可靠性之间的矛盾。中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室和热安全工程技术研究中心，从1991年开始致力于大空间建筑早期火灾的探测技术研究，建造了大空间建筑火灾实验厅，对大空间建筑早期火灾探测中存在的问题进行了深入研究，在大空间建筑火灾探测技术上有重大突破，成功地解决了这一难题，其中“LA100 型大空间火灾安全监控系统”采用“双波段图像型火灾探测技术”和“光截面图像感烟火灾探测技术”两项技术，使大空间火灾探测问题得到了较好地解决，并在国内烟草、石化、广播电视和电信行业得到了广泛应用，取得了显著的经济效益和社会效益。

　　2. 大空间建筑火灾探测中存在的问题

　　在一般建筑中广泛使用顶棚安装的感烟和感温型火灾探测器，其高度通常在6米以下，火灾烟气能够很快到达顶棚，并沿顶棚蔓延，而在大空间场所，由于火灾燃烧产物在空间传播受空间高度和面积的影响，常常当火灾发展到相当的程度，探测器才能感应，难以实现早期火灾报警。

　　在环境状况比较恶劣、存在众多干扰的情况下(灰尘、电磁干扰、水蒸汽、空调、光干扰、震动等)，现行的火灾探测方法难以正常发挥效用，常发生误报现象。

　　在大空间火灾探测中，提高火灾探测的灵敏度，则常发生误报现象，降低火灾探测的灵敏度，易发生漏报和报警延误现象，难以解决火灾探测的灵敏度与可靠性之间的矛盾。

　　3. 双波段图像型火灾探测技术

　　双波段图像型火灾探测技术针对大空间建筑火灾中普遍存在的技术难题，即火灾的误报、漏报和报警延误，以及火灾的空间定位，通过对火灾的热、色、形、光谱及运动特性的研究，在色度模型、稳定性模型、增长趋势模型的基础上，发展了纹理模型、立体视角模型、基于红外影像的频域纹理模型、闪烁模型，提出了基于彩色影像和红外影像的双波段火灾识别模型，采用了图像处理、计算机视觉、人工智能等多项高新技术，实现了大空间建筑早期火灾的探测和真三维空间定位。

　　系统构成

　　在火灾的燃烧产物烟、热、光这三种物质中，以光传播最快，它最不易受环境及空间尺寸的影响，以光作为信息源识别信号，针对现行感光火灾探测器大多采用点型感光元件，其探测距离有限，不适合大空间火灾探测，本技术采用面阵CCD彩色和红外摄象机作为探测元件，以此实现获取火灾信息的功能，从而极大地提高了探测距离。在火灾识别认知方面，根据火灾在燃烧过程中的光谱特性、色度特性、纹理特性、运动特性以及频谱特性，将这些特性模型化、工程化，形成计算机可执行的火灾识别判据，由计算机进行火灾有无的判别，以此实现识别火灾信息的功能。通过联动控制器，进行联动扑救动作,以此实现扑救火灾的功能。其系统简图如图1所示。

　　系统的特点

　　l 采用CCD摄像机作为探测系统的前端，可实现防火、防盗和一般监控三位一体。

　　l 采用防火并行处理器，能同时对多只双波段摄像机获取的信息进行及时处理。

　　l 监控距离远(0.5～60米)，适合大空间建筑的防火。

　　l 具有防爆、防潮功能，可使用于环境恶劣的工业场所。

　　l 报警确认简单、迅速、直观。

　　l 能自动实现火灾的空间定位，通过联动控制系统实现火灾的定点扑救工作。

　　l 能对监控现场进行实时录像，保留现场的第一手资料，为事后分析、处理提供依据。

　　l 具有联动控制功能，能迅速联动声光报警、自动灭火、排烟、录像、报警电话等系统，将火灾损失降低到最低限度。

　　4. 光截面图像感烟火灾探测技术

　　光截面图像感烟火灾探测技术利用主动红外光源作为目标，结合红外面阵接收器形成多光束红外光截面，通过成像的方式和利用图像处理的方法，测量烟雾穿过红外光截面对光的散射、反射及吸收情况，利用模式识别、持续趋势、双向预测算法实现对早期火灾的识别与判断。

　　系统构成

　　光截面图像感烟火灾探测系统由光截面发射器、光截面接收器、防火并行处理器、中央处理器、数据处理中心和联动控制报警器组成。

　　l 由多光束组成光截面，对被保护空间实施任意曲面覆盖，大大地提高了快速响应区域的面积。

　　l 对光截面中相邻光束的相关分析，克服了单光束火灾报警由于系统偶然因素而引起的误报。

　　l 能自动检测和跟踪由灰尘积累而引起的工作状态的漂移，当这种漂移超出给定范围时，自动发出故障信号，同时能跟踪环境变化，自动调节探测器的工作参数，因此可大大降低由灰尘积累和环境变化所造成的误报和漏报。

　　l 面成像自动跟踪定点监测，可以避免由于安装移动而造成的误报问题。

　　l 面成像的使用，使得光截面图像感烟在空间具有分辨发射光源和干扰光源的能力，提高了系统抗干扰性能，扩大了系统的应用范围。

　　5. 结束语

　　火灾是一种复杂的燃烧现象，具有多种表征参数。如果想通过单一参数的测量进行火灾早期阶段的探测，很难同时获得较高的准确性和广泛的适用性。通过对火灾中多个相关参数的综合判断，能更为准确地体现真实火灾现象的综合特征，使探测方法更加智能化。图像型火灾探测技术可以有效地综合烟、温、光等主要火灾参数，使火灾探测更大程度地满足人们对火灾安全的要求，代表了当今火灾探测技术的较高水平。

　　LA100型大空间火灾安全监控系统较好地解决了大空间建筑早期火灾探测中灵敏度与可靠性之间的矛盾，可以有效地避免误报、漏报和报警延误现象，具有控制距离远、保护面积大、响应速度快、高灵敏度、高可靠性等优点，并可实现防火、防盗、一般监控三位一体和多项联动控制报警功能。非常适合家俱城、大型仓库、大型商场、工业车间等大空间建筑和恶劣环境场所的早期火灾探测报警和监控。

　　参 考 文 献

　　[1] 公安部消防局编.中国火灾统计年鉴(1996).北京:中国人民公安大学出版社,1996

　　[2] 公安部消防局编.中国火灾统计年鉴(1998).北京:警官教育出版社,1998

　　[3] 范维澄等.火灾探测与联动扑救系统.火灾科学.1995,4(3):49-53

　　[4] 袁宏永等.大空间内火灾早期自动探测和定位研究.自然灾害学报.1995,4(2):104-108

　　[5] 霍 然等.应当重视大空间建筑的火灾防治.安全工程学报.1996(3):13-16

　　[6] 袁宏永等.图像型火灾智能自动探测与空间定位技术.安全工程学报.1996(3):17-19

　　桐城市规划建筑设计院 黄学莉

　　桐城市公园路清风市B幢 邮编 231400

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文章名称： 大空间建筑早期火灾智能探测报警技术

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