JP3951890B2

JP3951890B2 - 火災検知装置

Info

Publication number: JP3951890B2
Application number: JP2002318358A
Authority: JP
Inventors: 肇藤田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP2004152134A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル内の火災を検知する火災検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用トンネルには、火災が発生した場合にその火災を迅速に検知するために、火災検知器が配備されている。火災検知器は、トンネルの側壁面等に所定間隔毎（例えば、２５ｍ毎）に設置され、火災を検知した場合には自動車用トンネルを管理する管理センタ等に通報する。火災検知器は、例えば、火災から放射される放射光を受光素子によって検出し、受光素子で基準値以上の光を検出した場合に火災と検知する。また、スポットタイプの温度センサによって温度を検出し、その検出した温度が基準値以上の場合に火災と検知する。
【０００３】
また、自動車用トンネルに配備されている監視カメラを利用した火災検出装置も開発されている（特許文献１参照）。この火災検出装置は、監視カメラによりトンネル内を撮像し、その画像データに基づいて火災を検出する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１４５７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、火災の初期段階では、炎を発しない煙火災となる場合もある。従来の火災検知器では、火災による放射光を検出するため、煙火災を検知することができないし、さらに、トンネル内への黒煙の充満等によってトンネル内が視界不良となった場合には炎を発していてもその火災を検知することができない。また、従来の監視カメラを利用した火災検出装置では、急激な視界不良の場合には火災と検知できるが、徐々に視界不良となった場合等には火災と検知できない場合がある。
【０００６】
また、従来の火災検知器では、火災の規模や煙の状態及びトンネル内の被災者の避難状況等の現場の状況を把握することはできない。さらに、従来の火災検知器は、所定間隔毎に設置されているため、火点の特定精度がその所定間隔に依存し、火点を正確に特定できない。また、大規模な自動車用トンネルには排煙や空気の流れを制御するジェットファンが配備されており、そのジェットファンの影響等によって火点から熱が一定方向に流動する。トンネル内の火災ではこの熱流動を把握していないと、避難誘導や消化活動を適切に行えない。しかし、従来の火災検知器では、温度（熱）をポイントでしか検知することはできないので、熱流動を把握することはできなかった。また、従来の監視カメラを利用した火災検出装置でも、画像データから温度を検出できなので、熱流動を把握することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、トンネル内で発生した火災を確実かつ高精度に検知できる火災検知装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る火災検知装置は、トンネル内の火災を検知する火災検知装置であって、トンネルの内壁に長手方向に沿って敷設され、トンネル内の温度を検出する光ファイバ温度検出手段と、トンネル内に所定間隔毎に設けられ、トンネル内を撮像する撮像手段と、光ファイバ温度検出手段からの温度データと撮像手段からの画像データとに基づいて、トンネル内の火災を検知する処理手段と、トンネルに繋がる避難通路の内壁に長手方向に沿って敷設され、避難通路内の温度を検出する避難通路用光ファイバ温度検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この火災検知装置によれば、光ファイバ温度検出手段によりトンネルの長手方向全域にわたって温度変化（熱の状態）を検出できるとともに、撮像手段によりトンネル内の視的な状況（炎の状態、煙の状態、被災者の状況等）を検出することができる。そして、この火災検知装置では、処理装置により火災の現象である熱、炎、煙の状態から総合的に火災を検知でき、火点を高精度に特定できる。さらに、この火災検知装置によれば、避難通路用光ファイバ温度検出手段によりそのトンネルに繋がる避難通路の温度変化も検出できるので、火災が発生した場合に被災者の避難先の安全性も把握することができる。
【００１０】
なお、所定間隔は、トンネルの長さや形状、撮像手段の撮像範囲等を考慮して設定され、撮像手段におけるトンネルの長手方向への撮像範囲より短い長さに設定され、例えば、１００ｍ、２００ｍである。というのは、任意の撮像手段の撮像範囲が隣接する撮像手段の撮像範囲と部分的に重複するようにし、トンネル内で撮像されていない箇所を無くすためである。ちなみに、所定間隔は、トンネル全域にわたって一定の間隔の場合、あるいは、トンネルのカーブ等によって不定の間隔の場合もある。本発明は、基本的には撮像手段が複数個有ることを想定しているが、トンネル長が短い等の理由により撮像手段が１個の場合も本発明に含むものとし、その場合には所定間隔は０とする。
【００１１】
本発明の上記火災検知装置は、撮像手段をトンネル内に設置される監視用カメラで構成してもよい。
【００１２】
この火災検知装置によれば、撮像手段として既に配備されている監視用カメラを利用するので、低コスト化が図れるとともに、トンネルの上部に配置されている監視用カメラによりトンネル内の状況を確実に撮像することができる。
【００１５】
本発明の上記火災検知装置は、トンネル内には、複数の車線を有する道路が含まれ、光ファイバ温度検出手段は、一本の光ファイバをトンネル内で１回又は複数回折り返して敷設することにより複数の車線のうち少なくともニ本の車線に対応付けるように構成してもよい。
【００１６】
この火災検知装置によれば、光ファイバ温度検出手段によりトンネル内の道路の各車線に沿った温度変化を検出できるので、火点としてトンネルの長手方向での位置だけでなく、いずれの車線かを特定でき、火点の特定精度が向上する。さらに、この火災検知装置では、複数の車線のうちの少なくともニ本の車線を一本の光ファイバで光ファイバ温度検出手段を構成しているので、光ファイバ温度検出手段への光の発光手段や受光手段も１台で構成でき、低コスト化が図れる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る火災検知装置の実施の形態を説明する。
【００１８】
本発明は、トンネル内の火災によって発生する様々な現象に基づいて火災を検知するために、火災検知装置の検出手段としてトンネル内の温度を検出する光ファイバ温度検出手段及びトンネル内の状況を画像として検出する撮像手段を備える構成とした。そして、本発明に係る火災検知装置では、この光ファイバ温度検出手段からの温度データと撮像手段からの画像データとによる複合方式により、火災によって発生する熱、炎、煙の現象から総合的に火災を検知するとともにその火災の動きや規模等の状況も把握する。
【００１９】
本実施の形態では、本発明に係る火災検知装置を、監視用カメラが既に配備されている２車線の自動車用トンネルに適用する。本発明に係る火災検知装置は、光ファイバ温度センサ（光ファイバ温度検出手段）を備えるとともに監視用カメラ（撮像手段）を流用し、光ファイバ温度センサからの温度データと監視用カメラからの画像データを取り込んで火災を検知する処理装置（処理手段）を備える。なお、本実施の形態では、自動車用トンネル（一方通行）において自動車の走行する方向を前方側、その逆方向を後方側とする。また、本実施の形態では一方通行で片側２車線の自動車用トンネルに適用するが、対面通行の自動車用トンネルや片側１車線又は３車線の自動車用トンネル等の様々な形態の自動車用トンネルに適用可能である。
【００２０】
図１、図５及び図７を参照して、火災検知装置１が設置される自動車用トンネルＡＴについて説明しておく。なお、火災検知装置１の構成、自動車用トンネルＡＴの構成、火災の状況等の説明を判りやすくするために、図１等の自動車用トンネルは実際よりも非常に短く描かれている。
【００２１】
自動車用トンネルＡＴは、一方通行の走行車線ＴＬと追越車線ＰＬからなる高速道路に設けられた自動車用トンネルである。自動車用トンネルＡＴは、高速道路の道路状況を管理する管理センタによって管理されており、トンネル内に各種設備が配備されている。自動車用トンネルＡＴには、トンネル内の自動車の流れ等を監視するための監視用カメラ３，３が配備されている。また、自動車用トンネルＡＴには、トンネル内の排煙や空気の流れをコントロールするジェットファンＪＦ（図５参照）、数１０ｍ毎に消火栓（図示せず）、数ｍ毎に火災時にシャワー状の水を噴射するスプリンクラ（図示せず）等が配備されている。
【００２２】
また、自動車用トンネルＡＴには、図７に示すように、避難通路として避難坑ＲＭ及び避難連絡坑ＣＭが設けられている。避難坑ＲＭは、火災等の災害時に自動車の乗員（被災者）を避難させるためのトンネルであり、自動車用トンネルＡＴに併設されている。避難連絡坑ＣＭは、自動車用トンネルＡＴと避難坑ＲＭとを接続するトンネルである。なお、避難坑ＲＭの代わりに反対車線に設けられている自動車用トンネルが避難坑として利用される場合があり、その場合には避難連絡坑ＣＭは自動車用トンネルＡＴと反対車線の自動車用トンネルとを接続する。また、図７には避難連絡坑ＣＭが１つしか描かれていないが、実際には、トンネル長に応じて所定間隔毎に複数設けられている。
【００２３】
それでは、図１を参照して、火災検知装置１の構成について説明する。図１は、火災検知装置の構成図である。
【００２４】
火災検知装置１は、自動車用トンネルＡＴの火災を検知するために、光ファイバ温度センサ２、監視用カメラ３，３及び処理装置４を備えている。光ファイバ温度センサ２及び監視用カメラ３，３は自動車用トンネルＡＴ内に配備されるが、監視用カメラ３，３は予め交通流の監視用として配備されていたものを利用する。処理装置４は、自動車用トンネルＡＴ外に設けられる。さらに、図７に示すような避難坑ＲＭ及び避難連絡坑ＣＭが設けられている場合、火災検知装置１は、避難通路用光ファイバ温度センサ５を備える。
【００２５】
光ファイバ温度センサ２は、一本のＧＩ型石英ファイバからなり、温度を検出するために入射光に対するラマン散乱光が利用される。光ファイバ温度センサ２は、自動車用トンネルＡＴの走行車線ＴＬ側の側壁上方の前方側端部ＦＥから後方側端部ＢＥに、そして、その走行車線ＴＬ側の側壁上方から天井壁を通って追越車線ＰＬ側の側壁上方に、さらに、その追越車線ＰＬ側の側壁上方の後方側端部ＢＥから前方側端部ＦＥまで敷設され、最終的に、処理装置４の温度計測部４０に接続される。したがって、光ファイバ温度センサ２は、一本の光ファイバにより自動車用トンネルＡＴ内の追越車線ＰＬ側及び走行車線ＴＬ側の全範囲の温度を検出できるように配備されている。
【００２６】
図７に示すように、避難通路用光ファイバ温度センサ５も、一本のＧＩ型石英ファイバからなり、温度を検出するために入射光に対するラマン散乱光が利用される。避難通路用光ファイバ温度センサ５は、避難坑ＲＭの避難連絡坑ＣＭが接続されている側壁上方の後方側端部ＢＥから避難連絡坑ＣＭの一側壁上方の一端部に、その避難連絡坑ＣＭの一側壁上方の一端部から他端部に、その避難連絡坑ＣＭの他端部の一側壁上方から天井壁を通って他側壁上方に、その避難連絡坑ＣＭの他側壁上方の他端部から一端部に、その避難連絡坑ＣＭの側壁上方の一端部から避難坑ＢＥの側壁上方の前方側端部ＦＥまで敷設され、最終的に、処理装置４の温度計測部４０に接続される。したがって、避難通路用光ファイバ温度センサ５は、一本のファイバにより避難坑ＢＥ及び避難連絡坑ＣＭの全範囲の温度を検出できるように配備されている。
【００２７】
このように光ファイバを温度センサとして利用することにより、細径、軽量で施工性に優れ、メンテナンスフリーで半永久的に使用することができる。また、塵埃の多い場所、強電磁界や火気の使用できない防爆環境でも使用できる。さらに、光ファイバの敷設経路を工夫することにより、１本の光ファイバ当たりの検出範囲、場所を多様化できる。
【００２８】
監視用カメラ３は、自動車用トンネル等に一般的に配備されるＩＴＶ[Instructional Television]カメラであり、常時、撮像した画像データを処理装置４の画像処理部４１に送信する。監視用カメラ３は、隣接する監視用カメラ３と所定間隔をあけて自動車用トンネルＡＴの天井壁に取り付けられ、処理装置４の画像処理部４１に通信ケーブルを介して接続される。所定間隔は、監視用カメラ３の撮像範囲の前方側の一部が前方側に隣接する監視用カメラ３の撮像範囲の後方側の一部と重なる間隔であり、例えば、１００ｍ、２００ｍ等に設定される。そこで、監視用カメラ３は、撮像方向を前方側下方に向けて、前方側の監視用カメラ３の撮像範囲と少なくとも道路面上で重なるように撮像角度が調整されている。また、監視用カメラ３は、幅方向の撮像範囲としては、走行車線ＴＬ及び追越車線ＰＬのみならず、その路肩部分も含めた領域を撮像する範囲である。なお、図１等には、監視用カメラ３が２台しか描かれていないが、実際にはトンネル長に応じて多数配備される。また、監視用カメラ３は、画像データとしてアナログデータを出力するアナログカメラでもよいし、あるいは、デジタルデータを出力するデジタルカメラでもよい。
【００２９】
処理装置４は、温度計測部４０、画像処理部４１，４１及び火災検知部４２から構成される。処理装置４は、各部４０，４１，４１，４２が上記した管理センターに一体で設けられてもよいし、火災検知部４２のみが管理センターに設置され、温度計測部４０、画像処理部４１，４１が自動車用トンネルＡＴの近傍に設けられてもよい。
【００３０】
図２及び図３も参照して、温度計測部４０について説明する。図２は、光ファイバ温度検出センサによる温度計測の原理を説明する図である。図３は、図２のストークス光及び反ストークス光の光強度と温度との関係を示す図である。
【００３１】
温度計測部４０は、半導体レーザ（ＬＤ）４０ａ、ハーフミラー４０ｂ、検出器４０ｃ，４０ｄ及び信号処理回路４０ｅを備える。半導体レーザ４０ａは、ハーフミラー４０ｂを介して光ファイバ温度センサ２にレーザ光（パルス光）を入射する。ハーフミラー４０ｂは、半導体レーザ４０ａからのレーサ光を透過して光ファイバ温度センサ２に入射させるとともに、光ファイバ温度センサ２からの後方散乱光を反射して検出器４０ｃ，４０ｃに入射させる。
【００３２】
ここで、光ファイバ温度センサ２での散乱光について説明する。光ファイバ温度センサ２では、パルス光ＩＬ（波長：λ₀）が入射すると、そのパルス光ＩＬがファイバ中の各地点で極僅かに散乱を起しながら減衰し、その大部分が終端より放射する。散乱光は、分子の格子振動により光の一部が四方八方に散らされる光であり、その一部が後方散乱光ＢＳとして入射側に戻ってくる。温度検出では、この後方散乱光ＢＳを利用する。
【００３３】
散乱光としては、レーリ散乱光ＲＳ（波長：λ₀）とラマン散乱光の２成分がある。ラマン散乱光には、ストークス光ＳＴ（波長：λ_st＝λ₀＋Δλ’）と反ストークス光ＡＳ（波長：λ_as＝λ₀−Δλ）がある。ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳは、微弱であるがその光の強度（明るさ）が温度に依存しており、その光の強度が散乱を起した場所の温度により変化する。したがって、後方散乱光ＢＳ中のストークス光ＳＴ及び／又は反ストークス光ＡＳの強度とを測定することにより、光ファイバの温度を検出できる。また、光ファイバ中の光の伝搬速度は予め判っているので、パルス光ＩＬを入射してからストークス光ＳＴ、反ストークス光ＡＳが戻ってくるまでの往復時間を測定することにより、どの地点で起こった散乱であるかが判る。したがって、光ファイバ温度センサ２での各地点での温度を検出することができる。
【００３４】
検出器４０ｃは、後方散乱光ＢＳのうちストークス光ＳＴを検出し、その光の強度を電気量に変換して信号処理回路４０ｅに送信する。一方、検出器４０ｄは、後方散乱光ＢＳのうち反ストークス光ＡＳを検出し、その光の強度を電気量に変換して信号処理回路４０ｅに送信する。ちなみに、温度を検出する場合、ストークス光ＳＴ又は反ストークス光ＡＳのいずれか一方からでも温度を検出することはできる。しかし、ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳの光強度は、光ファイバの伝送ロス等の影響により、入射端近傍（追越車線ＰＬ側の前方側端部ＦＥ近傍）から戻ってくる光よりも遠方（例えば、走行車線ＴＬ側の前方側端部ＦＥ）から戻ってくる光の方が弱くなる。したがって、図３に示すように、ストークス光ＳＴ、反ストークス光ＡＳ共に、光ファイバの距離が長くなるに従って光強度が低下する。しかし、ストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとは、光ファイバの温度変化（加熱や冷却）に応じて、同じタイミングで光強度が増減する。そこで、温度計測部４０では、ストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳの両方を検出し、ストークス光ＳＴと反ストークス光ＡＳとの強度比を求めることにより（図３参照）、より安定した温度測定を行っている。
【００３５】
信号処理回路４０ｅでは、検出器４０ｃからのストークス光ＳＴの光強度（電気量）及び検出器４０ｄからの反ストークス光ＡＳの光強度（電気量）を連続的に取り入れてその強度比を算出し、さらに、温度関数である強度比から温度を算出する。また、信号処理回路４０ｅでは、半導体レーザ４０ａでのパルス光の出射時間と検出器４０ｃでのストークス光ＳＴ及び検出器４０ｄでの反ストークス光ＡＳの検出時間とを監視してストークス光ＳＴ及び反ストークス光ＡＳの往復時間を算出し、さらに、光ファイバ温度センサ２の入射端からのファイバ距離を算出する。そして、信号処理回路４０ｅでは、算出したファイバ距離に算出した温度を各々対応付け、ファイバ距離に対する温度データを生成する。
【００３６】
このように、温度計測部４０では、光ファイバそのものをセンサとして、光ファイバに沿った連続的な温度分布をリアルタイムで測定している。そして、温度計測部４０では、光ファイバ温度センサ２のファイバ距離に対する検出温度を数秒〜数１０秒毎に火災検知部４２に送信する。温度検出距離としては数１０ｋｍ程度まで可能であり、温度のサンプリング間隔としては数十ｃｍ〜数ｍ（例えば、１ｍ）間隔であり、検出温度範囲としてはマイナス数１００℃〜数１００℃まで可能である。
【００３７】
なお、避難連絡用光ファイバ温度センサ５が配備されている場合（図７参照）、温度計測部４０と同様の温度計測部が別に備えられる。
【００３８】
画像処理部４１は、監視用カメラ３から送信されてくる画像データに対して、背景差分処理、時間差分処理等の画像処理を行う。そして、画像処理部４１では、この各種画像処理を施した画像データを一定時間毎に火災検知部４２に送信する。ちなみに、画像処理部４１では、画像データがアナログデータの場合、そのアナログデータをデジタルデータに変換してから上記処理を行う。画像処理部４１も交通流の監視用として配備されている画像処理部を利用できる場合には火災検知装置１用として別体で用意する必要はない。
【００３９】
火災検知部４２は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータで専用のソフトウエアを動作させることによって、コンピュータ上に構成される。したがって、このコンピュータと温度計測部４０及び画像処理部４１，４１とが通信ケーブルで接続され、このコンピュータにより火災検知部４２にファイバ距離に対する温度のデータや監視用カメラ３毎の各種画像処理が施された画像データが入力される。そして、火災検知部４２では、ファイバ距離に対する温度のデータにより熱に基づいて火災検知を行うとともに、画像データにより炎及び煙に基づいて火災検知を行う。この際、火災検知部４２では、両方のデータにより検知が可能な火点の特定等については、検知精度を向上させるために、温度データと画像データとを共に利用して検知を行う。さらに、火災検知部４２では、検知した火災に対する様々な情報に基いて、避難誘導路の指示等の避難活動のサポート及びスプリンクラの作動指令等の消化活動のサポートも行う。
【００４０】
火災検知部４２で行っている主な処理について説明する。火災検知部４２では、火災発生後の熱流動の把握、視界不良時の温度分布の把握、避難通路における温度分布の把握等の処理については主にファイバ距離に対する温度データを利用し、炎の検知、煙の検知、火災現場の状況把握等の処理については主に画像データを利用し、火点の特定の処理については温度データ及び画像データを利用する。
【００４１】
図４を参照して、火災検知部４２における火点の特定について説明する。図４は、図１の火災検知装置による火点の特定の説明図である。
【００４２】
火災検知部４２では、光ファイバ温度センサ２によるファイバ距離に対する温度データにより自動車用トンネルＡＴ内の各地点間の温度変化を監視し、他の地点から所定温度（例えば、数℃〜数１０℃）以上温度が上昇した地点あるいは所定温度変化率以上の変化率で温度が上昇している地点を火点と判定する。火点では追越車線ＰＬ側でも走行車線ＴＬ側でも温度が上昇するが、火災が発生している車線側の方が温度上昇の度合いが大きいと予想される。そこで、火災検知部４２では、その温度上昇の度合いが走行車線ＴＬ側で大きいかあるいは追越車線ＰＬ側で大きいかを判定し、火災が発生している車線も特定する。図４には、自動車用トンネルＡＴの走行車線ＴＬ上の中間で自動車ＡＭから火災が発生した場合を示している。この場合、光ファイバ温度センサ２による温度検出では、ファイバ端点（走行車線ＴＬの前方側端部ＦＥ）とファイバ折り返し点（後方側端部ＢＥ）との中間に他の地点に比べて非常に高温の温度変化点ＡＰを示し、ファイバ折り返し点とファイバ入射端点（追越車線ＰＬの前方側端部ＦＥ）との中間に温度変化点ＡＰより低温の温度変化点ＢＰを示す。この温度データにより、火災検知部４２では、自動車用トンネルＡＴの中間で走行車線ＴＬ側に火点があることを特定する。この際、自動車用トンネルＡＴでの長手方向の位置精度としては、上記したサンプリング間隔の精度であり、例えば、１ｍ単位で位置が特定される。
【００４３】
上記の温度（熱）による火点の特定では、殆どの火災の火点を特定することができる。しかし、炎を伴わない煙火災等の低温火災や温度上昇規模の小さい小規模火災では、上記の所定温度や所定温度変化率のしきい値を越えないために、早期に火点を特定できない場合がある。
【００４４】
そこで、火災検知部４２では、各監視用カメラ３による画像データにより炎の検知及び煙の検知を行っており、炎を検知した地点あるいは煙を検知したときには火災が発生していると判定し、火点を特定する。この場合、２次元画像に基づいて火点を特定しているため、火災が発生している高さが高い場合（例えば、２階建てバスの２階で火災が発生している場合）、実際に火災が発生している地点より画像の奥向き方向の地点（自動車トンネルＡＴの前方側の地点）を火点と特定してしまう場合がある。また、自動車用トンネルＡＴが鏡面等でできた壁面の場合にはその壁面に写っている炎を火災と判定してしまう場合がある。そこで、火災検知部４２では、炎や煙によって火災を検知した場合かつ各地点の温度変化が所定温度や所定温度変化率のしきい値を越えない場合、その炎や煙によって検知した火災が発生している地点の近傍において各地点の温度変化が最も変化している地点を火点と特定する。
【００４５】
このように、火災検知装置１では、通常火災、煙火災（低温火災）、小規模火災等の様々な種類の火災の火点を高精度に特定できる。また、火災検知装置１では、追越車線ＰＬ及び走行車線ＴＫの両側に光ファイバ温度センサ２を敷設しているので、火点の近くで温度を検出できる確率が高く、火災検知の遅れる傾向にある小規模火災の段階でも熱によっても火点を特定できる場合がある。なお、火災検知装置１では、上記したうように、低温火災、小規模火災や光ファイバ温度センサ２から高さ方向で離れた位置の火災を画像データに基づいて検知することが可能なので、上記所定温度や所定温度変化率を比較的高い値に設定して火点を確実に特定するようにしてもよい。
【００４６】
図５を参照して、火災検知部４２における熱流動の把握について説明する。図５は、図１の火災検知装置による熱流動の把握の説明図である。
【００４７】
自動車用トンネルＡＴには、上記したように、ジェットファンＪＦが配備されている。そのため、火災が発生した場合、ジェットファンＪＦの影響等によって火災による熱が一方向に流動する。この熱流動を把握しておくことが、被災者の避難誘導、消化活動や救助活動の際の安全の確保等に重要となる。
【００４８】
そこで、火災検知部４２では、光ファイバ温度センサ２によるファイバ距離に対する温度データにより自動車用トンネルＡＴ内の各地点の温度を監視し、他の地点より所定温度（例えば、数℃〜数１０℃）以上温度が上昇している熱流動領域（火災の規模）を検出する。さらに、火災検知部４２では、時間経過に伴う熱流動領域の変化を監視し、熱流動領域が延びていく方向（火災の動き）等も検出する。そして、火災検知部４２では、熱流動領域を検出すると、避難連絡坑ＣＭの位置（図７参照）や自動車用トンネルＡＴの出入口等を考慮して、被災者がどこから避難すればよいかを判断するとともに、消防隊員等がどこから消化活動や救助活動をすればよいか判断する。さらに、火災検知部４２では、熱流動領域に基づいて、スプリンクラ制御、換気制御、照明制御等を行う。図５には、自動車用トンネルＡＴの走行車線ＴＬ上の中間で自動車ＡＭから火災が発生した場合かつジェットファンＪＦが前方側に向かって風を噴射している場合を示している。この場合、光ファイバ温度センサ２による温度検出では、ファイバ端点（走行車線ＴＬの前方側端部ＦＥ）とファイバ折り返し点（後方側端部ＢＥ）との中間に他の地点に比べて非常に高温の熱流動領域ＡＡを示し、ファイバ折り返し点とファイバ入射端点（追越車線ＰＬの前方側端部ＦＥ）との中間に熱流動領域ＡＡより低温の熱流動領域ＢＡを示す。図５から判るように、熱流動領域ＡＡ、熱流動領域ＢＡ共に火点から前方側に熱が流動している。この場合、被災者のトンネル内での位置にもよるが自動車用トンネルＡＴの後方側に被災者を避難誘導する必要があり、消防隊員による消化活動も自動車用トンネルＡＴの後方側から行う方がよいし、また、スプリンクラの作動は熱流動領域のみならず、その前方側も作動させる必要がある。火災検知部４２では、このような判断も行う。
【００４９】
このように、火災検知装置１では、熱流動領域を検出することによって、火災の規模や動きを正確に把握し、避難活動や消化活動を行う際の安全性を確保することができる。
【００５０】
図６を参照して、火災検知部４２における視界不良時の温度分布の把握について説明する。図６は、図１の火災検知装置による視界不良時の温度分布の把握の説明図である。
【００５１】
火災が発生した場合、燃えている物質によっては黒煙等が発生し、その黒煙がジェットファンＪＦの影響等によってトンネル内に広がり、視界不良となる場合がある。このような場合、監視用カメラ３の画像データによる火災検知が困難となる。ちなみに、視界不良になる要因としては、黒煙等の他に、トンネル内の照明設備の故障等もある。
【００５２】
しかし、火災検検知部４２では、上記したように、光ファイバ温度センサ２によるファイバ距離に対する温度データにより自動車用トンネルＡＴ内の各地点の温度変化や熱流動領域を検出しており、トンネル内の温度分布を把握している。したがって、火災検知部４２では、監視用カメラ３，３による火災検知が困難な状況でも、火災検知を行うことができる。図６には、自動車用トンネルＡＴの走行車線ＴＬ上の中間で自動車ＡＭでの火災によって黒煙ＢＭ（図中の点々）が発生し、その黒煙ＢＭがトンネル内に充満している場合を示している。この場合、光ファイバ温度センサ２による温度検出では、黒煙ＢＭに関係なく、ファイバ端点（走行車線ＴＬの前方側端部ＦＥ）とファイバ折り返し点（後方側端部ＢＥ）との中間に他の地点に比べて非常に高温の熱流動領域ＡＡを示し、ファイバ折り返し点とファイバ入射端点（追越車線ＰＬの前方側端部ＦＥ）との中間に熱流動領域ＡＡより低温の熱流動領域ＢＡを示す。
【００５３】
このように、火災検知装置１では、視界不良時でも、光ファイバ温度センサ２によってトンネル内の温度を検出することができるので、火災の規模や動きを正確に把握し、避難活動や消化活動を行う際の安全性を確保することができる。
【００５４】
図７を参照して、避難坑ＣＭが配備されている場合の火災検知部４２における避難坑ＲＭ及び避難連絡坑ＣＭ内の温度分布の把握について説明する。図７は、図１の自動車用トンネルに避難坑が併設されている場合の火災検知装置による避難坑等の温度分布の把握の説明図である。
【００５５】
上記したように、自動車用トンネルＡＴには災害時の避難用として避難坑ＲＭが併設されており、避難連絡坑ＣＭによって接続されている。火災が発生した場合、避難坑ＲＭ内でも火災が発生していたりあるいは自動車用トンネルＡＴ内の火災による熱が流動している場合があり、避難には適さない場合がある。また、避難連絡坑ＣＭへ火災の熱が流動している場合があり。避難する際にどの避難連絡坑ＣＭ（避難連絡坑は、図７には１つしか描いていないが、実際には多数存在する）を利用できるのかを識別する必要がある。
【００５６】
そこで、火災検知部４２では、避難通路用光ファイバ温度センサ５によるファイバ距離に対する温度データにより避難坑ＲＭ及び避難連絡坑ＣＭ内の各地点の温度変化や熱流動を検出しており、避難坑ＲＭ及び避難連絡坑ＣＭ内の温度分布を把握している。そして、火災検知部４２では、避難坑ＲＭ全域にわたって避難可能な温度か否かを判定し、避難が不可能な温度まで上昇していると判定した場合には避難坑ＲＭの使用を禁止かあるいは使用範囲を限定する。また、火災検知部４２では、全ての避難連絡坑ＣＭについて火災による熱が流動しているか否かを判定し、熱の流動がある避難連絡坑ＣＭと熱の流動がない避難連絡坑ＣＭとを識別する。
【００５７】
このように、火災検知装置１では、避難坑ＲＭ及び避難連絡坑ＣＭの温度分布も把握しているので、被災者の避難先の安全性も確保することできる。
【００５８】
火災検知部４２における炎検知について説明する。火災検知部４２では、監視用カメラ３による画像データ（画像処理済）から炎の特徴を示す画像を抽出し、抽出した画像（炎である確率が高い画像）のゆらぎを周波数解析する。そして、火災検知部４２では、そのゆらぎの周波数特性が実験等で求めた実際の炎のゆらぎの周波数特性とマッチングする場合には火災と検知し、その画像を抽出した自動車用トンネルＡＴ内の位置を特定する。なお、炎である確率が高い画像を抽出する際、炎の特徴を示すものとしては、例えば、炎の三原色の階調特性や輝度特性等がある。
【００５９】
このように、火災検知装置１では、火災が発生したときの現象の一つとして炎も検出しているので、火災の検知精度が向上する。
【００６０】
図８も参照して、火災検知部４２における煙検知につい説明する。図８は、図１の火災検知装置による煙検知の説明図である。
【００６１】
火災検知部４２では、監視用カメラ３による画像データ（画像処理済）を小区画毎に分割し、その小区画毎にＶＩ[Visibility Instrument]値（煙霧透過率）を導き出す。この小区間は、火災が発生した地点を特定できる程度の区画とする。そして、火災検知部４２では、小区画毎のＶＩ値の変化を監視し、小区画毎のＶＩ値が所定のＶＩ値以下かつ所定のＶＩ値低下率以上で低下した場合には火災による煙と判定し、判定した小区画から自動車用トンネルＡＴ内の火災の位置を特定する。所定のＶＩ値及び所定のＶＩ値低下率は、火災による煙によってＶＩ値が低下していると予測できる値であり、実験等によって設定される。図８には、ある小区画におけるＶＩ値（％）の時間変化のグラフを示す。図８に示す例では、ＶＩ値の急激な低下を開始したＦＯが火災が発生した時であり、この火災発生時点ＦＯから急激に煙の濃度が増加し、１分間程度でＶＩ値が２０％まで低下している。火災検知部４２では、この１分間の間に煙を検知し、この煙から火災と判定する。
【００６２】
このように、火災検知装置１では、火災が発生したときの現象の一つとして煙も検出しているので、炎が発生せずかつ低温の煙火災も検知することができ、火災の検知精度が向上する。
【００６３】
火災検知部４２における火災現場の状況把握について説明する。火災検知部４２では、火災を検知した場合、火災現場を撮像している監視用カメラ３を抽出し、その監視用カメラ３による画像を管理センタ内のモニタ（図示せず）に表示させるとともに、録画する。火災検知部４２では、このように、火災検知装置１では、火災現場を迅速に画像表示させることによって、現場の状況を視覚情報として提供し、避難活動や消化活動を行う上で有益な情報となる。管理センタでは、映像によって被災者の数や火災の規模等の現場の状況を瞬時に把握できるので、避難活動や消化活動にあたる消防隊員等に適切な指示を与えることができる。
【００６４】
以上のように、火災検知装置１では、温度データと画像データの二種類の検出データを利用して火災発生時の現象である熱、炎、煙の３つの観点から火災の状況を把握し、様々な種類の火災や様々な状況下での火災を検知できる。そのため、火災検知装置１では、従来の火災検知器や光ファイバ温度センサ単独処理での火災検知ありは監視用カメラ単独処理での火災検知と比較して、これらの手段では検知不可能な火災でも検知することができ、火点の特定精度も高い。
【００６５】
次に、図１及び図９を参照して、火災が発生した場合の火災検知装置１の動作を説明する。図９は、図１の火災検知装置における火災が発生した場合の動作を示す図である。
【００６６】
火災が発生すると、火災検知装置１では、光ファイバ温度センサ２からの温度データにより熱に基づいて火災を検知するとともに、監視用カメラ３からの画像データにより煙と炎に基づいて火災を検知する。この際、火災検知装置１では、光ファイバ温度センサ２による温度データあるいは監視用カメラ３による画像データの一方で検知できない場合でも、他方のデータで確実に火災を検知している。
【００６７】
続いて、火災検知装置１では、光ファイバ温度センサ２からの温度データにより熱に基づいて火点を特定するとともに、監視用カメラ３からの画像データにより煙と炎に基づいて火点を特定する。この際、火点の特定の精度を向上させるために、火災検知装置１では、両方のデータを利用して火点の特定も行う。
【００６８】
火点が特定すると、火災検知装置１では、火点の近傍のスプリンクラを制御して消化活動を開始するとともに、煙をできるだけ排出するために換気制御を開始する。また、火災検知装置１では、火点の情報等を消防施設等の関係機関に送信する。さらに、火災検知装置１では、避難連絡坑ＣＭや避難坑ＲＭ等の避難誘導先の照明を点灯するために照明制御を行う。
【００６９】
さらに、火災検知装置１では、光ファイバ温度センサ２からの温度データにより熱に基づいて火災による熱の流動を監視するとともに温度分布も監視し、視界不良等の周辺状況に関係なく、火災の規模や動きを把握する。また、火災検知装置１では、特定した火点から火災現場の状況を映像表示するとともにその現場の状況を録画しておく。
【００７０】
火災の規模や動き、現場の状況を把握すると本格的な避難活動及び消化活動に移り、火災検知装置１では、被災者の避難誘導路を決定するとともに、現場状況の映像等の消化活動や救出活動をために必要な情報を提供する。また、火災検知装置１では、火災の規模や動きに応じて換気制御や照明制御を継続して行う。
【００７１】
そして、火災の消化及び被災者の避難が完了するまで、火災検知装置１では、迅速かつ的確な避難活動及び消化活動を行う上で有用な情報を提供するとともに、自動車用トンネルＡＴ内の各種施設を制御する。やがて、消化及び避難が完了すると、火災検知装置１では、通常時の動作状態に戻る。
【００７２】
最後に、図１及び図１０を参照して、火災検知装置１の効果を明確にするために、火災検知装置１による火災検知を、光ファイバ温度センサ２単独処理による火災検知、監視用カメラ３単独処理による火災検知及び従来の火災検知器による火災検知と比較する。図１０は、図１の火災検知装置、光ファイバ温度センサ単独処理、監視用カメラ単独処理並びに従来の火災検知器による火災検知の比較図である。
【００７３】
通常の火災の検知について比較する。通常の火災の検知については、光ファイバ温度センサ２単独処理、監視用カメラ３単独処理、火災検知装置１、従来の火災検知器全てで検知可能である。
【００７４】
小規模火災の検知について比較する。光ファイバ温度センサ２単独処理では、小規模火災では温度上昇規模が小さいので、センサから火点が離れていると火災の検知が遅れる場合がある。しかし、小規模火災でも炎や煙を発生するので、監視用カメラ３単独処理及び火災検知装置１では、迅速な検知可能である。また、従来の火災検知器でも、検知可能である。
【００７５】
遮蔽火災の検知について比較する。監視用カメラ３単独処理では、火災が何かで遮蔽されているとその火災を撮像できないので、検知することができない。また、従来の火災検知器では、火災の放射光が何かで遮蔽されていると、検知できない場合がある。しかし、火災が何かで遮蔽されていても熱は伝わるので、光ファイバ温度センサ２単独処理及び火災検知装置１では、検知可能である。
【００７６】
熱流動把握について比較する。監視用カメラ３単独処理では、火災の熱を検知できないので、把握することはできない。従来の火災検知器では、火災の熱を検知していないので、把握することはできない。しかし、光ファイバ温度センサ２では熱を連続的に検知できるので、光ファイ名温度センサ２単独処理及び火災検知装置１では、把握可能である。
【００７７】
視界不良時の火災検知について比較する。監視用カメラ３単独処理では、黒煙等で視界が遮られると火災自体を撮像できなので、火災を検知することはできない。従来の火災検知器では、黒煙等で視界が遮られると火災の放射光がとどかないので、火災を検知することができない。しかし、光ファイバ温度センサ２では視界不良でも熱を連続的に検知できるので、光ファイバ温度センサ２単独処理及び火災検知装置１では、把握可能である。
【００７８】
火点精度について比較する。監視用カメラ３単独処理では、上記したように、特定した火点が実際の火点とずれる場合がある。また、従来の火災検知器では、設置されている間隔に特定した火点の位置が依存するので、設置間隔が長くなるほど精度が低下する。しかし、光ファイバ温度センサ２では自動車用トンネルＡＴ内の長手方向を連続的に検出することができるので、光ファイバ温度センサ２単独処理では、火点の精度は良い。しかし、光ファイバ温度センサ２単独処理では、低温の煙火災や小規模火災の場合には火災自体を検知できないときがある。火災検知装置１では、低温の煙火災や小規模火災の場合には監視用カメラ３での処理によって火点を特定でき、それ以外では光ファイバ温度センサ２での処理で高精度に火点を特定できるので、火点の特定の精度は非常に優れている。
【００７９】
煙検知について比較する。光ファイバ温度センサ２単独処理及び従来の火災検知器では、火災の煙を検知することはできない。しかし、監視用カメラ３では煙を撮像できるので、監視用カメラ３単独処理及び火災検知装置１では、煙検知が可能である。
【００８０】
現場状況把握について比較する。光ファイバ温度センサ２単独処理及び従来の火災検知器では、現場の状況を撮像できないので、現場状況を把握できない。しかし、監視用カメラ３では現場の状況を撮像できるので、監視用カメラ３単独処理及び火災検知装置１では、現場状況の把握が可能である。
【００８１】
以上のように、火災検知装置１は、光ファイバ温度センサ２による処理と監視用カメラ３による処理を複合させた方式なので、火災を熱、炎、煙の面から検知することができるので、小規模火災、煙火災等の様々な種類の火災を検知することができるとともに、視界不良時や火災が遮蔽されている時等の様々な状況下の火災を検知することができる。つまり、火災検知装置１では、検出手段として最適な組み合わせである光ファイバ温度センサ２と監視用カメラ３とを用いているので、光ファイバ温度センサ２による処理で検知できない火災を監視用カメラ３による処理で確実に検知でき、監視用カメラ３による処理で検知できない火災を光ファイバ温度センサ２による処理で確実に検知できる。さらに、火災検知装置１は、火点の特定精度が良く、火災の規模や動きも把握することできるので、被災者の避難誘導や消化活動に有用な情報を提供できる。また、火災検知装置１は、避難坑ＲＭや避難連絡ＣＭ内の温度分布を把握したり、火災現場の状況を映像で提供するので、避難や消化の際の安全性を確保することができる。
【００８２】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
例えば、本実施の形態では光ファイバ温度センサが一本の光ファイバからなり、その一本の光ファイバにより自動車用トンネル内の走行車線側及び追越車線側の全範囲をカバーするように構成したが、二本の光ファイバにより走行車線側と追越車線側を別々にカバーしてもよいし、検出精度が多少落ちるが片方の車線側のみをカバーしてもよい。また、上下方向の温度検出精度を上げるために側壁の上方側と下方側等の側壁の上下方向に複数段に光ファイバを配してもよいし、側壁に上下方向及び水平方向に光ファイバを面的に配してもよい。この場合、火災が発生している近傍で熱を検知できる確率が高くなるので、小規模火災等を早期に検知できる。
また、本実施の形態では交通流用の監視用カメラを流用したが、火災検知装置の専用のカメラを構成してもよく、この場合には煙や炎のみを撮像する特殊なカメラを適用してもよい。
また、本実施の形態では自動車用トンネルに適用したが、列車用トンネル等の他の用途のトンネルへの適用も可能である。
【００８３】
【発明の効果】
本発明に係る火災検知装置によれば、光ファイバ温度検出手段及び撮像手段の２つの検出手段により火災の現象である熱、炎、煙の状態を全て把握できるので、トンネル内の様々の状況下で様々な種類の火災を確実に検知でき、その検知精度も高い。そのため、この火災検知装置は、避難活動や消化活動に対して有益な情報を提供できる。さらに、本発明に係る火災検知装置によれば、上記したようにトンネル内の火災を検知できるとともに、避難通路用光ファイバ温度検出手段によりそのトンネルに繋がる避難通路の温度分布も把握できるので、避難誘導先の安全性も検知することができる。
【００８４】
また、本発明に係る火災検知装置によれば、撮像手段としてトンネル内に設置されている監視用カメラを利用することにより、低コストでシステムを構成できるとともに、トンネル内の状況を確実に撮像できる。
【００８６】
また、本発明に係る火災検知装置によれば、一本の光ファイバをトンネル内で折り返して敷設することにより自動車用トンネルの各車線の温度変化を検出できるので、火点の特定精度が向上するとともに、低コストでシステムを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る火災検知装置の構成図である。
【図２】図１の光ファイバ温度検出センサによる温度計測の原理を説明する図である。
【図３】図２のストークス光及び反ストークス光の光強度と温度との関係を示す図である。
【図４】図１の火災検知装置による火点の特定の説明図である。
【図５】図１の火災検知装置による熱流動の把握の説明図である。
【図６】図１の火災検知装置による視界不良時の温度分布の把握の説明図である。
【図７】図１の自動車用トンネルに避難坑が併設されている場合の火災検知装置による避難坑等の温度分布の把握の説明図である。
【図８】図１の火災検知装置による煙検知の説明図である。
【図９】図１の火災検知装置における火災が発生した場合の動作を示す図である。
【図１０】図１の火災検知装置、光ファイバ温度センサ単独処理、監視用カメラ単独処理並びに従来の火災検知器による火災検知の比較図である。
【符号の説明】
１…火災検知装置、２…光ファイバ温度センサ、３…監視用カメラ、４…処理装置、５…避難通路用光ファイバ温度センサ、４０…温度計測部、４０ａ…半導体レーザ、４０ｂ…ハーフミラー、４０ｃ，４０ｄ…検出器、４０ｅ…信号処理回路、４１…画像処理部、４２…火災検知部、ＡＡ，ＢＡ…熱流動領域、ＡＭ…自動車、ＡＰ，ＢＰ…温度変化点、ＡＳ…反ストークス光、ＡＴ…自動車用トンネル、ＢＥ…後方側端部、ＢＭ…黒煙、ＢＳ…後方散乱光、ＣＡ，ＥＡ…温度上昇領域、ＣＭ…避難連絡坑、ＦＥ…前方側端部、ＦＯ…火災発生時点、ＪＦ…ジェットファン、ＩＬ…パルス光（入射光）、ＰＬ…追越車線、ＲＭ…避難坑、ＲＳ…レーリ散乱光、ＳＴ…ストークス光、ＴＬ…走行車線

Claims

トンネル内の火災を検知する火災検知装置であって、
前記トンネルの内壁に長手方向に沿って敷設され、前記トンネル内の温度を検出する光ファイバ温度検出手段と、
前記トンネル内に所定間隔毎に設けられ、前記トンネル内を撮像する撮像手段と、
前記光ファイバ温度検出手段からの温度データと前記撮像手段からの画像データとに基づいて、前記トンネル内の火災を検知する処理手段と、
前記トンネルに繋がる避難通路の内壁に長手方向に沿って敷設され、前記避難通路内の温度を検出する避難通路用光ファイバ温度検出手段と
を備えることを特徴とする火災検知装置。
前記撮像手段は、前記トンネル内に設置される監視用カメラであることを特徴とする請求項１に記載する火災検知装置。
前記トンネル内には、複数の車線を有する道路が含まれ、
前記光ファイバ温度検出手段は、一本の光ファイバを前記トンネル内で１回又は複数回折り返して敷設することにより前記複数の車線のうち少なくともニ本の車線に対応付けること特徴とする請求項１又は請求項２に記載する火災検知装置。