CN115641688A - 火灾极早期探测预警报警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火灾极早期探测预警报警系统及方法。地铁隧道火灾极大危害人员生命及财产，需提出相关方法对地铁隧道火灾进行极早期火灾探测。本系统中的每个探测器接入一组报警监控模块，所有报警监控模块接入报警控制器；探测器中，红外光传感器和紫外光传感器均接入工业级计算芯片，高清摄像头接入图像传感器进而接入工业级计算芯片；工业级计算芯片与信号比较单元连接，信号比较单元与信号继电器连接，信号继电器接入接线排端子并将信号输出。本发明能够有效避免火灾误报，极大的提高了火灾探测器的预警报警准确性，能传送现场实时视频画面，对后期火灾事故原因的调查也都带来了极大的便利。

Description

火灾极早期探测预警报警系统及方法

技术领域

本发明涉及火灾报警技术领域，具体涉及一种火灾极早期探测预警报警系统及方法。

背景技术

地铁车站及区间基本处于地下建筑内，地铁隧道是一个相对封闭的狭长空间，发生火灾后具有如下特征：1.热量聚集，无法分散，以热辐射为主温升很快，大量高温烟气很快充满隧道，最高温度可达1200℃左右，对区间隧道结构和轨旁机电设备造成重大损害，灾后短期内很难快速恢复列车运营；2.通风条件受限，外界新鲜空气难以迅速补充，致使隧道内氧气含量急剧下降，对于失去动力停留在区间的载客列车，乘客由于缺氧造成生命危险；3.排烟排热条件受限，火灾产生的有毒有害气体、浓烟很难快速排出隧道，可见度降低影响乘客向安全区域有序疏散；4.狭小空间致使大型消防设备及消防人员难以接近火灾现场，给火灾扑救带来了极大的困难。

依据《地铁设计规范》GB50157要求：地下区间隧道应设置手动报警按钮；以及《火灾自动报警设计规范》GB50116要求：在公路隧道、敷设动力电缆的铁路隧道和城市地铁隧道宜设置线型光纤感温火灾探测器。地铁隧道内的火灾探测及报警方式采用：(1)设置手动报警按钮；(2)设置手动报警按钮+线型光纤感温探测器，其中线型光纤感温探测器包括分布式光纤感温探测器和光纤光栅感温探测器两种。

传统的隧道火灾报警方式存在以下问题：1.早期火灾报警基本靠列车司机发现及报警，并经消防控制室人工确认火灾，自动化程度较低，延误初期火灾救援的最佳时机；2.线型光纤感温探测器报警必须要在火灾发生后，环境温度达到探测器规定的报警温度才会发出火灾报警信号，属于滞后的火灾报警方式，此时火势已经发展到一定的程度了；3.火灾发生后，无法获取火灾报警点现场实时视频画面，给消防救援带来不便。

因此，鉴于以上地铁隧道火灾带来的人员生命及财产极大危害，以及近些年来地铁无人驾驶模式的出现，急需提出相关方法对地铁隧道火灾进行极早期探测、预警报警、现场实时视频画面的传送。

发明内容

本发明的目的是提供一种火灾极早期探测预警报警系统及方法，以解决地铁隧道火灾极早期探测、预警报警、现场实时视频画面传送等问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

火灾极早期探测预警报警系统，所述系统包括探测器、报警监控模块和报警控制器，每个所述探测器接入一组报警监控模块，所有报警监控模块接入报警控制器；所述探测器和所述报警监控模块设置于隧道内，所述报警控制器设置于消防控制室；

所述探测器包括红外光传感器、紫外光传感器、图像传感器、高清摄像头、工业级计算芯片、信号比较单元、信号继电器和接线排端子；所述红外光传感器和所述紫外光传感器均接入所述工业级计算芯片，所述高清摄像头接入所述图像传感器进而接入所述工业级计算芯片；所述工业级计算芯片与所述信号比较单元连接并将红外光特征信号、紫外光特征信号、图像特征信号发送至所述信号比较单元，所述信号比较单元与所述信号继电器连接并将比较处理结果的信号发送至所述信号继电器，所述信号继电器接入所述接线排端子并将信号输出。

进一步地，所述探测器还包括信号放大器，所述红外光传感器的信号通过所述信号放大器发送到所述工业级计算芯片，所述紫外光传感器的信号通过所述信号放大器发送到所述工业级计算芯片。

进一步地，所述接线排端子包括预警信号输出端和报警信号输出端，所述信号继电器接入所述预警信号输出端并将预警信号输出，所述信号继电器接入所述报警信号输出端并将报警信号输出。

进一步地，所述接线排端子还包括故障信号输出端，所述工业级计算芯片接入故障信号继电器，进而接入所述故障信号输出端并将故障信号输出。

进一步地，所述接线排端子还包括视频信号输出端，所述高清摄像头接入所述视频信号输出端并将视频信号输出。

进一步地，每个所述探测器接入的一组所述报警监控模块包括第一报警监控模块、第二报警监控模块、第三报警监控模块；

所述预警信号输出端接入第一报警监控模块，所述预警信号发送至第一报警监控模块，进而发送至报警控制器；

所述报警信号输出端接入第二报警监控模块，所述报警信号发送至第二报警监控模块，进而发送至报警控制器；

所述故障信号输出端接入第三报警监控模块，所述故障信号发送至第三报警监控模块，进而发送至报警控制器。

另一方面，提供基于所述的系统实施的火灾极早期探测预警报警方法，所述方法包括：

通过所述红外光传感器获取火焰燃烧的相应波长参数并转换为电信号，经过所述信号放大器放大后输入所述工业级计算芯片，由所述工业级计算芯片处理后输出红外光特征信号；

通过所述紫外光传感器获取火焰燃烧的相应波长参数并转换为电信号，经过所述信号放大器放大后输入所述工业级计算芯片，由所述工业级计算芯片处理后输出紫外光特征信号；

通过所述高清摄像头采集现场图像数据，经过图像传感器滤波和放大后输入所述工业级计算芯片，由所述工业级计算芯片处理后输出图像特征信号；

所述红外光特征信号、所述紫外光特征信号、所述图像特征信号输入所述信号比较单元进行逻辑计算比较处理，输出预警信号或报警信号；

所述预警信号通过所述预警信号继电器、所述预警信号输出端发送到所述第一报警监控模块，进而发送至所述报警控制器；

所述报警信号通过所述报警信号继电器、所述报警信号输出端发送到所述第二报警监控模块，进而发送至所述报警控制器。

进一步地，所述信号比较单元进行逻辑计算比较处理，输出预警信号包括：

采用或逻辑，对所述红外光特征信号、所述紫外光特征信号、所述图像特征信号进行逻辑计算比较处理，任意一个特征信号异常，则输出预警信号。

进一步地，所述信号比较单元进行逻辑计算比较处理，输出报警信号包括：

采用与逻辑和或逻辑，对所述红外光特征信号、所述紫外光特征信号、所述图像特征信号进行逻辑计算比较处理，至少两个特征信号异常，则输出报警信号。

进一步地，所述方法还包括：

当所述探测器中任意一个设备发生异常时，所述工业级计算芯片输出故障信号；

所述故障信号通过所述故障信号继电器、所述故障信号输出端发送到第三报警监控模块，进而发送至报警控制器。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明的图像探测部分能对早期的烟雾进行识别，配合检测到的红外光、紫外光微弱信号，可以准确捕捉早期多烟雾火焰。对于发生爆燃大火，图像探测部分在区别高速运动时火焰的可见形态，类似于列车红色尾灯等类火形态，容易产生误报。配合红外光、紫外光部分探测进行火焰特征识别，能够有效避免火灾误报，极大的提高了火灾探测器的报警准确性。实现了单信号探测器叠加所不能达到的“1+1＞2”实际效果。

2.本发明可通过传送回消防控制室的现场实时视频画面，辅助消防值班员进行火灾报警的确认、火情的预判、现场应急处理，并为现场应急操作赢得更多的时间，及时疏散滞留在隧道的乘客和消防救援指挥，对后期火灾事故原因的调查也都带来了极大的便利。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1是本发明实施例中探测器的正面布置示意图。

图2是本发明实施例中探测器的组成示意图。

图3是本发明实施例中探测器报警的工作原理图。

图4是本发明实施例中探测器预警的工作原理图。

图5是本发明实施例中的系统构成图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

本发明的描述中，术语“包括”、“设置”等以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，不必限于清楚地列出的那些设备，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法固有的其它设备。、“接入”等描述可以包括电连接、信号连接等，取决于所连接二者本身的设备属性。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。当然的，这样的对象在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

目前，能实现极早期火灾报警的探测器中涉及以下两种，适用于地铁隧道区间环境中极早期火灾报警：

(1)火焰探测器，通过传感器对火焰的某一光波频谱产生敏感性，只要有符合的光波频谱即发出报警，可以实现极早期火灾报警。

(2)图像探测器，采用镜头采集现场图像，通过专业视频图像火灾识别算法，辨识出现场图像中的烟雾或火焰信息，即发出报警，可以实现极早期火灾报警。

隧道中火灾初期常伴随着大量烟雾，烟雾对红外光、紫外光具有一定的遮挡，导致点型火焰探测器报警受到影响，并且隧道内检修施工电焊弧、列车启停时受电弓的拉弧、灯光等外界环境的影响，仅仅使用单独的红外光波段火焰探测器，单独的紫外光波段火焰探测器，或者单独的图像探测器，无法有效区分真实火焰和干扰信号，易产生误报现象。但是这些干扰因素的光波频谱具有一定的特定性，不同于火焰同时存在红外、可见光、紫外波段的多种光波频谱，因此，将红外、紫外不同波段的光传感器，与图像传感器采用一体化设计方式，相较于分离式单元传感器，可以有效的提升响应速度和报警准确性，提高设备工作的可靠性，降低环境因素造成的误报现象，具有更好的一致性。

实施例1：

本实施例提供了一种火灾极早期探测预警报警系统，该系统包括探测器、报警监控模块和报警控制器，每个探测器接入一组报警监控模块，所有报警监控模块接入报警控制器。探测器和报警监控模块设置于隧道内，报警控制器设置于消防控制室。

如图1和图2，探测器包括红外光传感器、紫外光传感器、图像传感器、高清摄像头、工业级计算芯片、信号比较单元、信号继电器和接线排端子。红外光传感器和紫外光传感器均接入工业级计算芯片，高清摄像头接入图像传感器进而接入工业级计算芯片。工业级计算芯片与信号比较单元连接并将红外光特征信号、紫外光特征信号、图像特征信号发送至信号比较单元。信号比较单元与信号继电器连接并将比较处理结果的信号发送至信号继电器，信号继电器接入接线排端子并将信号输出。另外，探测器还包括信号放大器，红外光传感器的信号通过信号放大器发送到工业级计算芯片，紫外光传感器的信号通过信号放大器发送到工业级计算芯片。

本系统中的工业级计算芯片可选用TMS320F28377SPZPQ。

接线排端子包括预警信号输出端和报警信号输出端，信号继电器接入预警信号输出端并将预警信号输出，信号继电器接入报警信号输出端并将报警信号输出。接线排端子还包括故障信号输出端，工业级计算芯片接入故障信号继电器，进而接入故障信号输出端并将故障信号输出。接线排端子还包括视频信号输出端，高清摄像头接入视频信号输出端并将视频信号输出。

如图5，每个探测器接入的一组报警监控模块包括第一报警监控模块、第二报警监控模块、第三报警监控模块。预警信号输出端接入第一报警监控模块，预警信号发送至第一报警监控模块，进而发送至报警控制器；报警信号输出端接入第二报警监控模块，报警信号发送至第二报警监控模块，进而发送至报警控制器；故障信号输出端接入第三报警监控模块，故障信号发送至第三报警监控模块，进而发送至报警控制器。

如图5，本系统还包括直流24伏消防电源，每个探测器均设置有电源输入端，直流24伏消防电源通过各个探测器的电源输入端向探测器供电。

如图5，本系统在消防控制室布置了声光报警器、打印机，并布设了具有显示设备的值班员工作站。

本系统中，报警监控模块(型号：NOTIFIER JSM-FMM-9G)用于报警控制器(型号：NOTIFIER JB-TG-NFS23030)和探测器之间信号传输，将探测器输出的开关量信号转换为具有地址码的通信信号传输至报警控制器，可实现火灾的准确定位。报警监控模块具有唯一的通信地址码，与报警控制器内设置的通信地址码一一对应，任何一个火灾报警监控模块有信息输出到火灾报警控制器，就会有相对应的预定义信息含义。

实施例2：

本实施例提供了一种火灾极早期探测报警方法，该方法包括：

S1：通过红外光传感器获取火焰燃烧的相应波长参数并转换为电信号，经过信号放大器放大后输入工业级计算芯片，由工业级计算芯片处理后输出红外光特征信号。

红外光传感器对2.5-4.6μm范围内的红外线进行响应,而对其它频谱范围的光线不敏感,利用它可以对火焰中的红外光信号进行检测，响应时产生火灾信号。

S2：通过紫外光传感器获取火焰燃烧的相应波长参数并转换为电信号，经过信号放大器放大后输入工业级计算芯片，由工业级计算芯片处理后输出紫外光特征信号，不响应时产生非火灾信号。

紫外光传感器只对火焰燃烧中产生的0.185-0.260μm这一狭窄范围内的紫外线进行响应,而对其它频谱范围的光线不敏感,利用它可以对火焰中的紫外光信号进行检测，响应时产生火灾信号，不响应时产生非火灾信号。

S3：通过高清摄像头采集现场图像数据，经过图像传感器滤波和放大后输入工业级计算芯片，由工业级计算芯片处理后输出图像特征信号。

工业级计算芯片通过视频图像火灾识别算法辨识出现场图像数据中的烟雾或火焰信息，输出图像特征信号。未辨识出烟雾或火焰信息时，图像特征信号为非火灾信号；辨识出烟雾或火焰信息时，图像特征信号为火灾信号。

S4：红外光特征信号、紫外光特征信号、图像特征信号输入信号比较单元进行逻辑计算比较处理，输出预警信号或报警信号。具体的：

S401：如图4，采用或逻辑，对红外光特征信号、紫外光特征信号、图像特征信号进行逻辑计算比较处理，任意一个特征信号异常，则输出预警信号。任意一个特征信号异常指任意一个特征信号为火灾信号。

S402：如图3，采用与逻辑和或逻辑，对红外光特征信号、紫外光特征信号、图像特征信号进行逻辑计算比较处理，至少两个特征信号异常，则输出报警信号。至少两个特征信号异常指同时有两个特征信号为火灾信号。

S5：预警信号通过预警信号继电器、预警信号输出端发送到第一报警监控模块，进而发送至报警控制器；报警信号通过报警信号继电器、报警信号输出端发送到第二报警监控模块，进而发送至报警控制器。消防控制室内，声光报警器发出声、光报警提示消防值班员采取下一步行动。

无论是否输出预警信号或报警信号，高清摄像头均可通过视频信号输出端将视频信号输出，将现场的视频图像信息实施发送到值班员工作站进行显示，以帮助消防值班员对现场火灾情况进行判定。

另外，该方法还包括：

S6：当探测器中任意一个设备发生异常时，工业级计算芯片输出故障信号；故障信号通过故障信号继电器、故障信号输出端发送到第三报警监控模块，进而发送至报警控制器。任意一个设备发生异常指设备断电、无信号输出、输出延时大于规定时间、镜面污染、信号振幅波动剧烈等。

当有预警信号输出时，通过报警监控模块MK11、MKn1，将探测器输出的开关量信号转换为带有地址编码的通讯信号，传输至报警控制器，会在值班员工作站有火灾预警弹窗提示，但是不会发出报警，只是提醒消防值班员注意发出预警信号区域存在异常。同时，探测器通过高清摄像头，将现场的视频图像输送到值班员工作站进行显示，以帮助消防值班员对现场情况进行人工判定。

当有报警信号输出时，通过报警监控模块MK12、MKn2，将探测器输出的开关量信号转换为带有地址编码的通讯信号，传输至报警控制器，会在值班员工作站有火灾报警弹窗提示，报警控制器联动声光报警器，发出声、光报警提示消防值班员有火灾发生。同时，探测器通过高清摄像头，将现场的视频图像输送到值班员工作站进行显示，以帮助消防值班员对现场火灾情况的了解和掌控。

当有故障信号输出时，通过报警监控模块MK13、MKn3，将探测器输出的开关量信号转换为带有地址编码的通讯信号，传输至报警控制器，会在值班员工作站有故障弹窗提示，提示消防值班员对此探测器进行维修。

本发明实现了隧道内火灾发生初期极早期探测预警报警，实现极早期火灾自动探测，及时发出火灾预警报警信号，在火势未发展成灾之前采取灭火行动。在一个探测器内，实现对火灾红外光、紫外光、火焰图像特征的探测，提高了传统点型火焰探测器和图像火灾探测器的抗干扰能力，降低了误报率。另外，该系统可以在输出预警报警信号的同时，提供现场报警点视频画面，直观了解火灾现场情况，辅助消防值班员远程进行火灾判定。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.火灾极早期探测预警报警系统，其特征在于：

所述系统包括探测器、报警监控模块和报警控制器，每个所述探测器接入一组报警监控模块，所有报警监控模块接入报警控制器；所述探测器和所述报警监控模块设置于隧道内，所述报警控制器设置于消防控制室；

所述探测器包括红外光传感器、紫外光传感器、图像传感器、高清摄像头、工业级计算芯片、信号比较单元、信号继电器和接线排端子；所述红外光传感器和所述紫外光传感器均接入所述工业级计算芯片，所述高清摄像头接入所述图像传感器进而接入所述工业级计算芯片；所述工业级计算芯片与所述信号比较单元连接并将红外光特征信号、紫外光特征信号、图像特征信号发送至所述信号比较单元，所述信号比较单元与所述信号继电器连接并将比较处理结果的信号发送至所述信号继电器，所述信号继电器接入所述接线排端子并将信号输出。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述探测器还包括信号放大器，所述红外光传感器的信号通过所述信号放大器发送到所述工业级计算芯片，所述紫外光传感器的信号通过所述信号放大器发送到所述工业级计算芯片。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述接线排端子包括预警信号输出端和报警信号输出端，所述信号继电器接入所述预警信号输出端并将预警信号输出，所述信号继电器接入所述报警信号输出端并将报警信号输出。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述接线排端子还包括故障信号输出端，所述工业级计算芯片接入故障信号继电器，进而接入所述故障信号输出端并将故障信号输出。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：

所述接线排端子还包括视频信号输出端，所述高清摄像头接入所述视频信号输出端并将视频信号输出。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：

每个所述探测器接入的一组所述报警监控模块包括第一报警监控模块、第二报警监控模块、第三报警监控模块；

所述预警信号输出端接入第一报警监控模块，所述预警信号发送至第一报警监控模块，进而发送至报警控制器；

所述报警信号输出端接入第二报警监控模块，所述报警信号发送至第二报警监控模块，进而发送至报警控制器；

所述故障信号输出端接入第三报警监控模块，所述故障信号发送至第三报警监控模块，进而发送至报警控制器。

7.基于权利要求6所述的系统实施的火灾极早期探测预警报警方法，其特征在于：

所述方法包括：

通过所述红外光传感器获取火焰燃烧的相应波长参数并转换为电信号，经过所述信号放大器放大后输入所述工业级计算芯片，由所述工业级计算芯片处理后输出红外光特征信号；

通过所述紫外光传感器获取火焰燃烧的相应波长参数并转换为电信号，经过所述信号放大器放大后输入所述工业级计算芯片，由所述工业级计算芯片处理后输出紫外光特征信号；

通过所述高清摄像头采集现场图像数据，经过图像传感器滤波和放大后输入所述工业级计算芯片，由所述工业级计算芯片处理后输出图像特征信号；

所述红外光特征信号、所述紫外光特征信号、所述图像特征信号输入所述信号比较单元进行逻辑计算比较处理，输出预警信号或报警信号；

所述预警信号通过所述预警信号继电器、所述预警信号输出端发送到所述第一报警监控模块，进而发送至所述报警控制器；

所述报警信号通过所述报警信号继电器、所述报警信号输出端发送到所述第二报警监控模块，进而发送至所述报警控制器。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述信号比较单元进行逻辑计算比较处理，输出预警信号包括：

采用或逻辑，对所述红外光特征信号、所述紫外光特征信号、所述图像特征信号进行逻辑计算比较处理，任意一个特征信号异常，则输出预警信号。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述信号比较单元进行逻辑计算比较处理，输出报警信号包括：

采用与逻辑和或逻辑，对所述红外光特征信号、所述紫外光特征信号、所述图像特征信号进行逻辑计算比较处理，至少两个特征信号异常，则输出报警信号。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述方法还包括：

当所述探测器中任意一个设备发生异常时，所述工业级计算芯片输出故障信号；

所述故障信号通过所述故障信号继电器、所述故障信号输出端发送到第三报警监控模块，进而发送至报警控制器。

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