JPS61267198A - トンネル内異常通報装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はトンネル内異常通報装置に関し、更に詳しく
はトンネル内に光ファイバーを布設して光パルスを伝送
し、光ファイバーには複数の所定部分に伝送損失を発生
させるセンサを配置し、送り出した光パルスの戻り光を
光電変換した後演算処理して異常を検出しさらに異常を
通報するトンネル内異常通報装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のトンネル内異常通報装置、例えばトンネル内火災
通報装置はトンネル内に金属導体伝送路を布設して信号
伝送を行ない、センサとして熱電対型センサを用い、火
災による温度上昇によって発生するセンサの熱起電力を
増幅し九後上記伝送路を介して管理センター等に設けら
れている信号処理装置へ伝送し、受信された信号に基づ
いて火災を検出し、消防関連部署へ通報するものであっ
た。

したがって、トンネル内を通行する各種車輛の運転者へ
、を九歩行者も通行できるトンネルではさらに歩行者へ
（以下、前記各種車輛の運転者や歩行者を含めてトンネ
ル通行者と呼ぶことにする）火災を通報する手段は設け
られていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のトンネル内火災通報装置では、火災
の発生、警報と消火に重点を置いていたため、被災者の
避難誘導、救出や、続いて起きる二次災害を防止する事
に注意がはられれていなかった。

し−ｆｃがって、トンネル内で火災が発生した場合火災
の発生を知らずにトンネル内に侵入して来る他車が、追
突や、トンネル側壁に衝突する事故や、後続車のために
動けずに延焼したシ、発生するガスのために人的被害も
発生するという様に、二次災害の方が被害が多大であっ
た。しかもこの侵入車の存在が、消火及び救助作業にも
支障となっていた。

また、従来の装置では、信号伝達に金属伝送路を用いて
おル、トンネル内では湿度が高く、ショートや誤動作も
起き易く、火災時の放水による感電事故の虞れも考えら
れる。熱電対型センサでは、発生する電圧及び電力が少
ないため、そのままの起電圧では長距離の伝送はできず
、アンプを用いて増幅し、伝送路の電圧降下をカバーす
る方式が普通であった。

さらに、金属伝送路を用いている友め、迷走電流や電磁
誘導のノイズの混入による誤動作、誤検出や、判定部や
に勺変換部の基準電圧の変動や、絶縁不良等の信頼性が
低かった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、トンネル内の異常を検出し、さらに異常を通報する
ことによりニ次災害の発生を防止することができるトン
ネル内異常通報装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかるトンネル内異常通報装置は、トンネル
内に布設された光ファイバーと、この光ファイバーの複
数の所定部分に配置され光ファイバーにマイクロベンド
を与えて伝送損失を発生させるセンサと、上記光ファイ
バーに光パルスを送り出す発光手段と、この発光手段か
ら送り出され次光パルスの戻）光を光電変換する光電変
換手段と、との光電変換手段の出力信号を演算処理して
トンネル内の異常を検出する異常検出手段と、この異常
検出手段の出力信号によ多制御されて上記異常をトンネ
ル通行者に通報する異常通報手段とを備えたものである
。

〔作用〕

この発明においては、光ファイバーをトンネル内に布設
し、この光ファイバーの複数の所定部分に伝送損失を発
生させるセンサを配置し、光ファイバーへ送り出した光
パルスの戻り光金光電変換し次後演算処理して異常を検
出し、火災発生をトンネル通行者へ通報するから、すな
わち火災発生を検出したら交通信号機を上記検出手段の
出力信号により、青色だったものを黄色を経由して赤色
に変えて車輛を強制的に停止させたシ、火災が発生した
背文字表示を行ったり、避難誘導の表示を行ったシする
から、二次災害が防止され、ま九伝７送路に光ファイバ
ーを使って光信号を伝送するから高信頼性が得られる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す概念図である。第１
図において、１はトンネル、２は道路、４はトンネル１
内へ布設し次光ファイバーである。

５は光ファイバーに伝送損失を発生させる形状記憶合金
製センサで、第２図に示す構造をしている。

すなわち、形状記憶合金のコイル５が予め設定した温度
以上になると５′の様に直線状５′に変形し、光ファイ
バ４を逆にねじシ返してコイル状光ファイバー４′にな
シ、光伝送損失が発生するものである。トンネル火災で
は、車のガソリン等の可燃物が存在する事と、トンネル
のための換気良さがあいまって、炎は千度以上になる。

この高温気流はトンネル上部に上昇するため、この火災
検知センサ５も天井に設置する。気温や排気の温度で誤
動作しない様に、予め設定する火災検知温度は５５゜〜
ｊ１０℃に設定する。

７は交通信号機でトンネル内外に所定の間隔をおいて設
置されている。８は火災発生現場、９は事故車、１１は
文字表示盤、１２は制限速度表示盤、１３は避難誘導表
示盤である。

２０は信号処理装置で、道路わきに設置され、光ファイ
バー４へ光パルスを送り出す発光手段、光ファイバー４
からの戻り光を光電変換する光電変換手段、及び光電変
換された信号を演算処理して異常（火災）を検出する異
常検出手段を含み、光ファイバー４に光パルスを送り出
し、戻り光の変化によって火災を検出し、火災発生位置
データを含む異常検出信号を出力するものである。

以上の構成において、トンネル１内に火災８が発生し、
温度上昇によりセンサ５が変形すると光ファイバー４に
伝送損失が発生し、信号処理装置２０が受光する戻り光
に変化が生じ火災が検出される。次に、信号処理装置２
０の動作を説明する。

第３図は信号処理装置２０の動作の原理を説明するため
の正常時の波形図である。第３図横軸は光フアイバー上
における発光手段からの距離りに）を示し、縦軸は発光
手段から送り出された光パルスが光ファイバーを戻って
来た戻り光の強度Ｉ。

ヲｄＢで表わしである。この波形αは光ファイバー４の
一端よシバルス光を送出し、その光ファイバー４に均一
に分布したコア内のドーパントなどの散乱源により、後
方散乱した微弱レイリー散乱光の光強度を、時間経過と
ともに記録した波形である。

後方散乱光は送出パルスに比べて大変微弱（例えば−４
５ｄＢ）なためにＳ／Ｎが悪い。そのため時間平均等を
行々い感度を向上して測定している。

後方散乱光強度は、その位置での光強度に比例するため
、光フアイバ一端面よシ遠方では、その距離まで光が伝
搬するための減衰（フィルター作用による。）の往復の
影響が出るためと、遠方はど往復に要する時間が正比例
するために、受光器の光強度（ａｍ）を縦軸に、時刻を
横軸にとると、右下シの直線αとなる。なお、距離りは
光ファイバー４のコアの屈接率ｎ１を考慮すると、距離
Ｌ＝−・ｔで表わせる。

この様に正常な波形は右下シの直線αである。

ここで、この傾きは、光ファイバーの単位長当りの伝送
損失である。上記正常時の波形αは、光ファイバーの製
造時の屈折率等の不均一さや、敷設時のマイクロベンド
等により、完全な直線ではないが、時間的には安定して
おシ、距離の函数でちる。

この波形αは基準波形となるものである。

第４図は信号処理装置２０の動作の原理を説明するため
の異常時の波形図である。第３図と同様横軸は距離Ｌ（
ハ）、縦軸は戻り光の強度Ｉ’ｍ（ｄＢ）である。β０
は異常時の波形である。Ｘは異常の発生した位装置を示
す。また、ζは受光素子に光電子倍増管の時定数があっ
たシ、パルス巾が大きい場合に起因して生ずるが、完全
に零にはできないものである。

第５図は１個所の異常を検出する原理を説明する説明図
で、（ａ）図は異常波形βを示し、基準波形αを点線で
示しである。（ｂ）図はα−βの差分波形を示し、η′
はしきい値函数である。このしきい値函数η′は同一の
光ファイバーの変形であっても、発光点から近い所では
大きい損失となシ、遠方では低い損失となるため、しき
い値は距離が大になるにつれて単調減少する函数としで
ある。（ｃ）図はα−βであるΔＩＲの距離微分波形で
ある。第５図（ａ）に示すようにＬｏ点で異常が生じ次
時α−βを演算し、しきい値と比較すれば異常を判定で
きるが、実際には前述の通り破線この様に波形がなまる
ので、（ｂ）図に示すようにり、点でななめに立ち上る
波形となる。

一方、しきい値は低い方が感度はよいが、誤動作する確
率が高くなる。これを考慮するとしきい値はなるべく高
くする方がよい。しかし、しきい値を高くすると、異常
発生位置り、に対して人で示す誤差が生ずる。そこで、
α−βである１、の距離微分波形を作ると（Ｃ）図に示
すようにな’）、Ｌｏでほぼ直線で立ち上る波形を得る
ことができ、ηとδの光源側の交点としてＸΦが求めら
れ、異常発生位ｔ　Ｌｏを正確に検出できる。

第６図は２個所の異常を検出する原理を説明すル説明図
で、（ａ）図はＬｌ　＊　ｌＬ４　の２点で同時に異常
が生じた時の異常波形／を示し、（ｂ）図は第５図（ｂ
）に対応した１−β′の差分波形ｆ’ｒ示す。この場合
、α−β′の差分を演算してもＬｌ点の異常は検出でき
ない。しかし、（Ｃ）図に示すα−βの差分波形の距離
微分波形を作ることによｊ）、Ｌｔ−Ｌｏを交点ｘ１及
び勾により区別して検出することができる。

次に、信号処理装置２０の構成について説明する。第７
図は信号処理装置２０の構成の一例を示す構成図である
。第７図において、４は光ファイバー、５は形状記憶合
金製のセンサである。５１は電気−光変換素子で、レー
ザダイオード、フォトダイオードなどの発光手段である
。５２はパルス発振器で、発光手段５１を励振して光パ
ルスを発生させるものである。５３は方向性結合器、５
４は同期信号発生器、５５は光電変換素子、５６は対数
アナログ・ディジタル（以下υ勺と略記する）変換器、
５７は表示装置としてのＣＲＴ。

５８は増幅器、６０は１パルスの掃引画面に対応する受
光データ波形ｅを記憶するバッファメモリ、６１は１回
分データ用メモリ、６２は基準波形α作成回路、６３は
判別用移動ｎ回更新データ！作成回路、６４は差分回路
、６５は距離微分回路、６６はしきい値函数データ１発
生回路、６７は比較判定回路、６８は距離データ出力回
路である。

次に、第７図及び第８図に示すフローチャートを用いて
動作を説明する。装置の電源を投入しくステップ６０１
）、発光手段５１よシ光パルスを光ファイバー４へ送り
出す。光ファイバー４へ伝送された光パルスの戻り光は
方向性結合器５３を介して光電変換素子５５へ入力され
、その出力はめ変換器５６により光パルスと同期が取ら
れてめ変換される。一方、１つのパルスによる掃引画面
はＣＲＴ５７に表示される。また、１つのパルスによる
掃引画面に対応する受光データはバッファメモリ６０へ
記憶される。

この発明では１つのパルスによる掃引画面をシングル画
面Ｃと呼ぶ。そして、まず基準波形データαは異常発生
前の初期のｍ回の時間平均を行なって作成する。基準波
形データαは基準波形データ作成回路６２によって作成
される（ステップ６０２　．６０３　　）。

一方、判別用移動ｎ回更新波形データ！は最新のシング
ル画面ｅの平均値、つまシｎ個の平均であれば最新のデ
ータを１／ｎにして加えて、一番古いデータ（ｎ＋１回
前のデータ）を１／ｎにして引いた値として求められ、
常に更新されている。判別用移動ｎ回更新波形データ！
は判別用移動ｎ回更新波形データ！作成回路６３によっ
て作成する（ステップ６０４及び６０５）。波形データ
αと波形データ！は差分回路６４へ入力され差分波形デ
ータγ′が演算される（ステップ６０６）。

次に、距離方向への微分値の波形データδ′が距離微分
回路６５によって作成される（ステップ６０７）。しき
い値ｌは遠方で下る函数波形を発生回路６６で予め設定
しておき、波形データδ′がしきい値を越えたか否かを
判定回路６７で判定しくステップ６０８及び６０９）、
η−δ′〉０であれば正常で、ステップ６０５へ戻る。

η−δ′〈０ならば異常で、判定回路６７の出力である
異常検出信号は距離データ出力回路６８により、異常発
生距離りの値を測定しくステップ６１０　）、この距離
データ出力を通報手段７１０制御用信号６９４として出
力しくステップ６１１）、ステップ６０５へ戻る。

また、距離データ出力は火災警報６９１を発生したシ、
距離データ６９２や発生時刻６９３の表示や記録を行な
うために管理センター３１や消防関連部署６２へ伝送さ
れる。さらに、第５図、第６図に示す波形の表示６９５
を行なうと同時にカーソル発生回路７０を動作させて距
離データの位置にカーソルを表示する。

なお、別な基準波形データαの作シ方としては、一定時
間移動平均を用いる。これは、一定時間ごとに異常が発
生したかを判断し、異常が発生していない時は、シング
ル画面の最新までの無限平均波形を基準波形データとし
、異常が発生した場合は時間移動平均演算を停止し、前
回の値を基準波形データαとする。すなわち、基準波形
データαは異常が発生する迄更新され、異常が発生した
ら前記更新を停止する。このようにすることにより最良
の基本波形が得られる。前記基本波形データαの更新の
停止は、比較判定回路６７の異常検出信号を基準波形デ
ータα作成回路６２へ入力することにより（第７図の破
線参照）行なわれる。

信号処理装置２０はトンネル１に布設する光ファイバー
４の一方の端に設ければよいが、第１図に示すようにト
ンネル１の両側の入口に設けて置き、通常は何れか一方
の信号処理装置を動作させて、火災の検出を行ない、万
一火災で光ファイバー４が溶断した時は両方の信号処理
装置を動作させることにより、トンネルの途中で光ファ
イバー４が溶断しても、何ら支障なく火災検出及び通報
の動作を行なうことができる。

次に、信号処理装置２０の異常検出信号は異常通報手段
である交通信号機７、文字表示盤１１、制限速度表示盤
電、避難誘導表示盤１３の制御回路（図示せず）へ入力
されトンネル歩行者へ火災発生の通報が行なわれる。

以下、異常通報手段の詳細について述べる。

先ず、異常検出信号は交通信号機７の制御回路へ入力さ
れ、青であった信号を火災発生現場８に近い所から時間
的にずらして順番に、黄色を経由して赤色に変え車輛を
強制的に停止させる。交通信号機７を青→黄→赤の屓に
変えるのは運転者が急ブレーキをかけて追突事故−が発
生するのを防止するためである。

トンネルの前方のどの透照赤信号に変えるかは、火災発
生時の道路の交通量などを考慮して決める。

トンネルが上シ下シ専用でなく両方向通行するものであ
れが上シ下シ両側について停止信号とする。

なお信号機の青色、黄色、赤色を光で伝送することは損
失が大きくて実用的でないので、周知の電気による信号
機を用い、制御用信号の伝送は金属伝送路を用いる。

次に、トンネル１の入口に設けられた文字表示盤１１に
は「火災発生」などの文字が表示されトンネル通行者に
、トンネル内で火災が発生していることを通報する。

道路わきに設置された制限速度表示盤１２は、例えば通
常１００　ｋｍと表示されている所であれば、４　Ｑ　
ｋｍと表示を変更して車輛のスピードを落とさせ、火災
の発生しているトンネル１の方向へ移動する車輛の全体
量が少なくなるようにする。この制限速度の変更はトン
ネル１のはるか前方の距離の所で行なうようにする。

トンネル内には、トンネルの見取図と、現在位置と、そ
こから何ｍ先に火災が発生しているかの表示と、どちら
の方向へ避難したらよいかを指示した避難誘導表示盤１
３を、一定距離毎に数個所設置しておき、前記信号処理
回路２０の出力により表示を出して、トンネル通行者の
避難方向を指示する。なお、この避難誘導表示盤の設置
位置は火災による煙の影響をなるべく少なくするためト
ンネル１の下側に設けるのがよい。

上シ下シ別々にトンネルが設けられている所では、例え
ばトンネル１の出口付近、上９車線で火災が発生したと
きは、下シ車線へまわる経路があれば、下シにまわって
避難する指示を与えると共に下υ車線の信号を赤にして
車輛の通行を停止させて避難させることもできる。

インターチェンジ１５の付近では迂回表示盤１６により
「前方トンネルで火災が発生しているのでこのインター
チェンジから出る」旨の指示を与えることもできる。

トンネル内にラジオ放送する設備があれば、信号処理回
路２０の出力により、火災発生をラジオで放送すること
もできる。

第９図ははセンサ５の他の例を示し、パイプ状の形状記
１合金製センサ５で、温度が予め設定した温度以上にな
ると５′の様に波形に変形し、これにともない光ファイ
バー４も波形に変形するものである。

第１０図はセンサの更に他の例を示し、非常通報用押ボ
タン５ａとして動作するものである。

１０１及び１０２は表面が波形をした一対の板状体で、
一方の板状体１０１は固定され、これに対し光ファイバ
４をはさんで通常は王者が接するか接しないかの状態を
保って他方の板状体１０２が配置されている。１０３は
押ボタンで、この押ボタン１０３を押すと板状体１０２
も押され、したかって光ファイバー４にはマイクロベン
ドが支えられる。そして押ボタン１０３は、上記状態で
フックされる構造になっている。

この非常通報用押ボタン５ａは第１図に示すように、ト
ンネル内にセンサ５と直列に、かつ人の手の届く高さの
位置に設置されている。したがって、例えば、事故車９
の運転者が近くの押ボタン５ａｅ押すことにより、火災
が発生する前に、また火災に至らない場合でも事故を管
理センター３１へ通報することができる。

さらに、非常通報用押ボタン５ａの付近に、通行者と、
管理者（管理センター員）との通話用にマイクロフォン
やスピーカを設置し、またトンネル内監視用にはテレビ
カメラ等を設置し、光通信を利用して情報を伝達するこ
とによりニ次災害の防止に役立てることができる。

第１１図は光ファイバー４の布設の他の例を示し、平行
に数本の独立な光ファイバーをトンネル内に布設し、両
端で検出するものである〇第１２図は光ファイバー４の
布設の更に他の例を示し、１本の光ファイバー４をジグ
ザグに広い面積をカバーしながら布設したものである。

第１３図はループ状に布設した例を示すものである。な
お、この例では光ファイバー４の端部は同じ信号処理装
置に接続されているが、光パルスは何れか一方の端部か
ら送り出すものである。

〔発明の効果〕

以上の説明かられかるように、この発明によれば火災な
どの異常を検出すると共にトンネル通行者に火災発生を
通報するから、火災発生を知らずにトンネル内へ侵入す
ることがなくなシ、避難誘導も効果的に行なわれるから
二次災害を防止することができる。また、光フアイバー
側及びセンサ側は無電源とすることができ、無加害性、
無誘導性を有し、絶縁不良などもなく信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概念図、第２図は形
状記憶合金製センサの一例を示す斜視図、第３図は信号
処理装置の動作の原理を説明するための正常時の波形図
、第４図は信号処理装置の動作の原理を説明するための
異常時の波形図、第５図は１個所の異常を検出する原理
を説明する説明図で、第５図（ａ）は異常波形βを示す
波形図、第５図（ｂ）はα−βの差分を示す波形図、第
５図（ｃ）はα−βの距離微分を示す波形図、第６図は
２個所の異常を検出する原理の説明図で、第６図（ａ）
は異常波形！を示す波形図、第６図（ｂ）はα−βの差
分を示す波形図、第６図（ｃ）はα−βの距離微分を示
す波形図、第７図は信号処理装置の構成の一例を示す構
成図、第８図は信号処理装置の動作を示すフローチャー
ト、第９図は形状記憶合金製センサの他の例を示す斜視
図、第１０図は非常通報用押ボタンを示す概念図、第１
１図は光ファイバーの布設方法の一例を示す概念図、第
１２図は光ファイバーの布設方法の他の例を示す概念図
、第１３図は光ファイバーの布設方法の更に他の例を示
す概念図である。 図中、１：トンネル、２：道路、４：光ファイバー、５
：センサ、７：交通信号機、８：火災発生現場、１１：
文字表示盤、１２：制限速度表示盤、１３：避難誘導表
示盤、１４：迂回表示盤、５１：発光手段、５３：方向
性結合器、５５：光電変換素子、５６：Ａ／Ｄ変換器、
６０：バッファメモリ。 代理人　弁理士　　佐　藤　正　年 第３図 Ｌ　（ｍ） 第４図 Ｌ　（ｍ）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）トンネル内に布設された光ファイバーと、この光
   ファイバーの複数の所定部分に配置された光ファイバー
   にマイクロベンドを与えて伝送損失を発生させるセンサ
   と、上記光ファイバーに光パルスを送り出す発光手段と
   、この発光手段から送り出された光パルスの戻り光を光
   電変換する光電変換手段と、この光電変換手段の出力信
   号を演算処理してトンネル内の異常を検出する異常検出
   手段と、この異常検出手段の出力信号により制御されて
   上記異常をトンネル通行者に通報する異常通報手段とを
   備えたことを特徴とするトンネル内異常通報装置。
2. （２）センサは形状記憶合金の変形によつて光ファイバ
   ーにマイクロベンドを与え、伝送損失を発生させるもの
   であることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載のト
   ンネル内異常通報装置。
3. （３）センサは表面が波型をした一対の板状体の間に光
   ファイバーを配置して、上記一対の板状体に押圧力を作
   用させて光ファイバーにマイクロベンドを与え、伝送損
   失を発生させるものであることを特徴とした特許請求の
   範囲第１項記載のトンネル内異常通報装置。
4. （４）通報手段は交通信号機であることを特徴とした特
   許請求の範囲第１項記載のトンネル内異常通報装置。
5. （５）通報手段は火災発生を文字表示する文字表示盤で
   あることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載のトン
   ネル内異常通報装置。
6. （６）通報手段は避難誘導経路を表示する避難誘導表示
   盤であることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の
   トンネル内異常通報装置。
7. （７）通報手段は制限速度を表示する制限速度表示盤で
   あることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載のトン
   ネル内異常通報装置。
8. （８）通報手段は迂回を指示する迂回表示盤であること
   を特徴とした特許請求の範囲第１項記載のトンネル内異
   常通報装置。