WO2019116725A1 - トンネル内火災時制御システム - Google Patents

トンネル内火災時制御システム Download PDF

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    • G08B17/125—Actuation by presence of radiation or particles, e.g. of infrared radiation or of ions by using a video camera to detect fire or smoke

Definitions

  • an image (still image or moving image) captured by the monitoring camera 16 is transmitted to the control device 14, and the control device 14 detects the occurrence of a fire, for example, by comparing the captured image with a predetermined reference image.
  • a signal indicating that is sent to the control device 14 It may be output.
  • the reliability of the sensor that monitors the influence of the fire can be substantially improved, the safe evacuation of the occupant of the vehicle near the fire occurrence point can be realized. Because the harmful gas and smoke that are swept downstream by the wind are measured while diffusing the harmful gas and smoke that are factors that generate sufficient wind power to inhibit the safe evacuation of the occupant, for example, safety standards It is because it has confirmed that it fits in.
  • a broadband light source such as a light emitting diode (LED) or a super luminescent diode (SLD) may be used.
  • the gas concentration may be measured by differential optical absorption spectroscopy (DOAS).
  • An optical amplifier may be inserted into the output stage of the laser light sources 211 and 212 or the input stage of the photodetectors 223 and 224.
  • the insertion of the optical amplifier improves the signal-to-noise ratio of the received optical signal and improves the accuracy of the measurement result.
  • two signal processing units 225 and 226 are provided to process two systems of optical signals, but the signal processing units 225 and 226 may be integrated into one signal processing unit.
  • an optical signal is propagated between the transmitter 12 and the receiver 13 installed apart from each other, but as shown in FIG. 7, one transceiver 71 and one reflector 72 are provided. It may be used. In that case, the influence of the optical axis deviation is reduced, and the feeding point is reduced.
  • the monitoring camera 16 is used to identify the management section to which the flash point belongs, but in the second embodiment, the monitoring camera 16 is not used and the information obtained by the long distance sensor 80 is obtained. Used to identify the fire point.
  • the jet fan 15 is installed in the tunnel 81 shown in FIG.
  • the tunnel 81 is divided into a plurality of management sections.
  • a long distance sensor 80 is installed in each control section.
  • the long distance sensor 80 is composed of a transmitter 12 of an optical signal and a receiver 83.
  • the long distance sensor 80 is installed at the top of the side wall of the tunnel 81.
  • the measured values of each long distance sensor 80 are sent to the controller 84.
  • the shape of the absorption spectrum of gas molecules used when measuring the gas concentration by WMS or DOAS changes depending on the environmental temperature, the atmospheric pressure, and the interaction with other gas molecules. Therefore, the environmental temperature can be measured based on the light reception spectrum intensity.
  • the signal processing units 925 and 926 measure the temperature average value on the optical axis using two line thermometry as shown in Non-Patent Document 4, and set the temperature average value as the environmental temperature.
  • the method of measuring temperature using the method used when measuring gas concentration is not restricted to two line thermometry.
  • control device 84 in the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the control device 84 specifies the control section i to which the fire point belongs using the environmental temperature measured by the long distance sensor 80 (step S101).
  • the temperature of the gas generated by the fire is highest at the fire point.
  • the gas cools as it leaves the hot spot. Therefore, the control device 84 can determine that a fire point exists in the management section in which the environmental temperature higher than the environmental temperature measured by the long distance sensor 80 in the peripheral control area is measured.
  • control device 84 executes the processes of steps S102 to S106.
  • the laser light sources 211 and 212 are used as the two light sources, but a broadband light source such as an LED or an SLD may be used. Also, the gas concentration may be measured by the DOAS method.
  • an optical amplifier may be inserted into the output stage of the laser light sources 211 and 212 or the input stage of the photodetectors 223 and 224.
  • the insertion of the optical amplifier improves the signal-to-noise ratio of the received optical signal and improves the accuracy of the measurement result.
  • a configuration in which an optical signal propagates in one direction in the space between the transmitter 12 and the receiver 83 is used, but one or more between the transmitter 12 and the receiver 83 are used.
  • a mirror may be installed. By configuring the light signal to reflect on the mirror, the spatial propagation path of the light signal can be extended. By lengthening the space propagation path of the optical signal, it is possible to detect a lower concentration target gas.
  • the gas species used to measure the environmental temperature and the gas species used to control the jet fan 15 may be separated.
  • the normal concentration of CO in the atmosphere is as low as 1 ppm.
  • the normal concentration of CO 2 in the atmosphere is as high as about 400 ppm, sufficient spectral intensity is observed. That is, as compared with the case of using the CO concentration, the environmental temperature measurement can be performed with high accuracy when using the CO 2 concentration. Therefore, CO 2 gas may be used to measure the environmental temperature, and CO gas may be used to control the jet fan 15.
  • two different light sources were used to measure the CO gas concentration and the CO 2 gas concentration, but one light source may be used.
  • one light source may be used.
  • light signals of two output wavelengths are emitted from the light source in time division.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the main part of the in-tunnel fire control system.
  • the in-tunnel fire control system shown in FIG. 11 is installed in each of a plurality of management sections set in the tunnel, and the gas concentration and / or smoke concentration in the management sections are measured using an optical signal.
  • Measurement means installed in each of a plurality of management sections set in a tunnel and measuring one or both of gas concentration and smoke concentration in the management sections using an optical signal, Any of the gas concentration and smoke concentration measured by one or more of the measurement means installed in the management section located downstream of the specified management section after specifying the management section to which the fire point belongs
  • An in-tunnel fire control system comprising: control means for controlling an air blowing means capable of changing air volume based on one or both of them.
  • the control means may use either or both of the gas concentration and the smoke concentration obtained by using at least one of the light signal of the wavelength used to specify the management section and the light signal of a different wavelength.
  • Reference Signs List 10 80 long distance sensor 11, 81 tunnel 12 transmitter 13, 83 receiver 14, 84 controller 15 jet fan 16 surveillance camera 71 transmitter and receiver 72 reflector 211, 212 laser light source 213, 214 driver 215, 216, 221, 222 light collector 223, 224 light detector 225, 226, 925, 926 signal processor

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Abstract

トンネル内火災時制御システムは、トンネル内に設定された複数の管理区間の各々に設置され、管理区間内のガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方を光信号を用いて測定する測定手段１００１～１００ｎと、火点が属する管理区間を特定し、特定された管理区間よりも下流に位置する管理区間に設置されている１つ以上の測定手段で測定されたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、風量を変更可能な送風手段１０１を制御する制御手段１０２とを含む。

Description

トンネル内火災時制御システム
　本発明は、トンネルの内部で火災が発生したときに、火災による被害を食い止めるためのトンネル内火災時制御システムに関する。
　都市部では土地空間の有効利用が進められている。自動車専用道路に関して、悪化する都市部の交通渋滞問題と相まって地下空間活用が盛んに推進されている。その結果、都市部での自動車専用道路におけるトンネル構造の比率が高まっている。日本国内では、２０１０年には、首都高速道路の供用済区間におけるトンネル構造の比率が１０％未満であったのに対して、建設中区間では７０％がトンネル構造である（非特許文献１参照）。
　自動車専用道路におけるトンネルに関して、火災発生の迅速かつ正確な検知に基づく警報発令と、利用者の安全な退避のための避難誘導設備とが要請される。なお、自動車専用道路におけるトンネルだけでなく、一般道おけるトンネルに関しても、そのような要請は存在する。
　なお、本明細書において、「トンネル」には、山岳地帯や海底に設けられる道路や鉄道の隧道だけでなく、地中に形成されている自動車専用道路や鉄道そのものも含まれる。換言すれば、「トンネル」は、地中に形成されている長手方向に長く伸びる空間であると定義されてもよい。
　日本国内で発生する車両火災のうち、約７割が車両故障に起因するという報告がなされている。車両故障が発生したときに、一般に、車両が停止した後しばらくの間は火災は発生しない。そのために、道路管理者は、監視カメラ（ＣＣＴＶ：Closed-circuit Television など）によって車両停止の状況を把握しても、実際に火炎が目視できるまで火災警報を発令できない。その結果、初動の遅れによって被害が拡大するおそれがある。
　日本国内のトンネルには、主に火炎からの赤外放射を検知する火災報知器が設置されている。しかし、火災検知器は、火炎発生後にしか火災を検知できない。よって、火災検知器が設置されていても、初動の遅れは防止されない。
　欧州では、温度検知器または煙検知器が導入されている。しかし、一般に、温度検知器の反応速度は速くない。煙検知器は、煙以外の粉塵の影響を受けやすい。すなわち、いずれの検知器も一長一短がある。また、様々な火災発生シナリオに全面的に対応できるような検知器は存在しない。従って、複数の検出パラメータの組み合わせに基づいて、広範囲の火災発生シナリオに対応することが求められる。
　特許文献１には、より広範囲の火災発生シナリオに対応する方法が開示されている。その方法は、光ガス検知法を活用する。光ガス検知法では、計測用の光信号が大気中を伝搬することによって、周辺大気中の対象ガス濃度と煙濃度とが測定される。
　図１３は、特許文献１に記載された地下空間の防災システムにおける検知システムを簡略化して示すブロック図である。図１３に示された検知システムにおける送信器１３１において、光源１３１１から出力された光信号は、集光器１３１３によって平行光線に変換された後、受信器１３２に送出される。受信器１３２において、受信された光信号は、集光器１３２１で集光された後、光検出器１３２３によって電気信号に変換される。信号処理部１３２５は、電気信号に対して所定の信号処理を施すことによって、送信器１３１と受信器１３２の間に存在する測定対象ガスの平均濃度と煙濃度とを算出する。
　図１３に示された検知システムは、火災により発生する煙と人体に悪影響を及ぼすおそれがあるガス（一酸化炭素等）を同時に測定して、双方の測定値がしきい値を越えたときに火災警報を発令する。よって、より確実に火災検知が行われる可能性が高まる。また、光信号が大気中を伝搬するように構成されているので、１つの検知システムで広域の監視を行うことができる。
　検知システムにおいて、一般に、ガス分子が固有の波長の光を吸収する性質を利用する方式が使用される。一例として、吸収波長近傍の波長を出力する狭波長帯域光源を用いて波長を変調させながらガス検知を行う方式がある。他の例として、吸収波長を十分に包含する広波長帯域の光源を用いて既知のスペクトル強度からガス濃度を算出する方式がある。前者の方式の例として、非特許文献２に、波長変調分光法（ＷＭＳ：Wavelength Modulation Spectroscopy）が記載されている。後者の例として、非特許文献３に、差分吸収分光法（ＤＯＡＳ：Differential Optical Absorption Spectroscopy）が記載されている。
　火災検知器を介して火災が検知されたときに、安全性を高めるために、トンネル内に設置されたジェットファン等の送風装置を制御する方法がある。例えば、特許文献２には、風向風速計で測定された風向風速値と、ＶＩ（Visibility Index：煙透過率）計で測定されたＶＩ値に基づいてトンネル内の風速を制御する方法が記載されている。特許文献３には、火災が検知されたときに、交通換気力（車両が走行することによる換気力）を考慮してトンネル内の風速制御を行う方法が記載されている。具体的には、特許文献３に記載された方法では、トンネルに進入する車両の台数が計測され、火点（実際に火災が発生した地点すなわち火災発生地点）の上流側（特許文献３では、トンネルの入口の側）の車両の台数および平均速度と下流側（特許文献３では、トンネルの出口の側）の車両の台数および平均速度とが計算され、計算値に基づいて交通換気力が推定される。特許文献４には、火災発生地点から離れた場所に位置するジェットファンの起動タイミングを考慮して、火災発生地点の近傍における風速を抑制したりゼロにしたりする方法が記載されている。
　また、特許文献４には、火災発生地点の近傍の風速を抑制したりゼロにしたりすることによって、避難者の安全を確保することができると記載されている（特許文献４の段落００６３，００６６参照）。さらに、特許文献４には、火災発生地点よりも下流側に位置する換気セクションにおいて通常時の換気制御が実行されることによって、火災の影響を受けない下流側の換気セクションにおいて生じ得る二次災害（例えば、換気機停止に伴う一酸化炭素中毒等）を抑制することができると記載されている（特許文献４の段落００５８，００５９参照）。
　なお、一方通行ではない対面通行型のトンネルでは、一般に、火災発生地点の近傍の風速はゼロとされる。
特開２００５－８３８７６号公報 特開２０００－２６５７９９号公報 特許第３０１１５５３号公報 特許第５８１３５４６号公報
佐々木政彦 他，"大深度地下道路トンネルの技術と調達"，第２１回日韓建設技術セミナー，２０１０年 井関孝弥，"近赤外半導体レーザを用いた微量気体検出技術"，日本機械学会誌，Vol.107 No.1022 ，P.51，２００４年 齊藤隼人 他，"近赤外領域の差分吸収分光法を応用した大気中二酸化炭素の吸収測定"，第３１回レーザセンシングシンポジウム D-3，２０１３年 R. Mitchell Spearrin, "Mid-Infrared Laser Absorption Spectroscopy For Carbon Oxides in Harsh Environments", Ph. D. thesis, September 2014
　しかし、火災発生地点の近傍の風速を抑制したりゼロにしたりすると、火災発生地点付近の車両の乗員（運転者および非運転者）の避難を阻害する可能性がある。火災発生地点の近傍の風速を抑制したりゼロにしたりすると、人体にとって有毒である一酸化炭素ガスや煙が火災発生地点付近に滞留してしまい、避難者がその影響を受けてしまうからである。
　また、例えば、特許文献４に、火災の影響を受けない下流側の換気セクションにおいて生じ得る二次災害を抑制することができると記載されているが、特許文献４に記載された方法では、火災発生地点が属する換気セクション（火災発生セクション）以外の各々の換気セクションにおける風速が火災発生セクションに与える影響を考慮して、各々の換気セクションにおけるジェットファン等の換気機が制御される。しかし、各々の換気セクションに設置されている計測器の計測値は、換気機の制御に反映されていない。また、特許文献３に記載された方法では、火災が検知されたときに、交通換気力を考慮してトンネル内の風速制御が行われるが、やはり、計測器の計測値は、風速制御に反映されていない。
　本発明は、火災の影響を監視するために利用可能な計測器の計測値を活用して、車両の乗員を安全に避難させることができるトンネル内火災時制御システムを提供することを目的とする。
　本発明によるトンネル内火災時制御システムは、トンネル内に設定された複数の管理区間の各々に設置され、管理区間内のガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方を光信号を用いて測定する測定手段と、火点が属する管理区間を特定し、特定された管理区間よりも下流に位置する管理区間に設置されている１つ以上の測定手段で測定されたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、風量を変更可能な送風手段を制御する制御手段とを含む。
　本発明によるトンネル内火災時制御方法は、トンネル内に設定された複数の管理区間の各々で、管理区間内のガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方を光信号を用いて測定し、火点が属する管理区間を特定し、特定された管理区間よりも下流に位置する１つ以上の管理区間で測定されたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、風量を変更可能な送風手段を制御する。
　本発明によれば、車両の乗員を安全に避難させることができる。
第１の実施形態のトンネル内火災時制御システムを含むトンネル内制御システムの一例を示すブロック図である。 長距離センサの構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。 火災発生後に風速を変化させたときのガスおよび煙の拡散状況を示す説明図である。 測定の困難性を数値シミュレーションで確認した結果を示す説明図である。 ２つの波長の光信号が時分割で出射される例を示す説明図である。 送受信器と反射板で実現される送信器および受信器の一例を示すブロック図である。 第２の実施形態のトンネル内火災時制御システムを含むトンネル内制御システムの一例を示すブロック図である。 長距離センサの構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。 トンネル内火災時制御システムの主要部を示すブロック図である。 他の態様のトンネル内火災時制御システムの主要部を示すブロック図である。 特許文献１に記載された地下空間の防災システムにおける検知システムを簡略化して示すブロック図である。
　以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
実施形態１．
　図１は、第１の実施形態のトンネル内火災時制御システムを含むトンネル内制御システムの一例を示すブロック図である。
　図１に示すトンネル１１には、少なくとも風量を変えることができる送風装置の一例であるジェットファン１５が設置されている。また、トンネル１１は、複数の管理区間に分割されている。各々の管理区間には、長距離センサ１０と、監視カメラ１６とが設置されている。長距離センサ１０は、赤外線やBluetooth （登録商標）を用いる近距離センサに比べて長い距離の計測に適するセンサである。本実施形態では、長距離センサ１０は、光信号の送信器１２と受信器１３とで構成されている。長距離センサ１０は、トンネル１１の側壁の上部に設置されている。各々の長距離センサ１０の測定値は、制御装置１４に送られる。制御装置１４は、ジェットファン１５を制御するために測定値を使用する。
　図２は、長距離センサ１０の構成例を示すブロック図である。図２に示される例では、長距離センサ１０において、送信器１２は、２つのレーザ光源２１１，２１２と、レーザ光源２１１，２１２を駆動するドライバ２１３，２１４と、集光器２１５，２１６とを含む。受信器１３は、２つの集光器２２１，２２２と、光検出器２２３，２２４と、信号処理部２２５，２２６とを含む。
　トンネル１１の内部で所定の距離おいて設置されている各々の長距離センサ１０における送信器１２と受信器１３との間を光信号が伝搬する。受信器１３において、集光器２２１，２２２を介して光信号を受信した光検出器２２３，２２４は、光信号を光電変換し、電気信号を信号処理部２２５，２２６に出力する。信号処理部２２５，２２６は、電気信号を用いて、長距離センサ１０が属している管理区間のガス濃度と煙濃度とを算出する。
　なお、信号処理部２２５，２２６および制御装置１４は、電気回路（ハードウェア）で実現可能であるが、プログラムに従って処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit ）でも実現可能である。
　次に、長距離センサ１０の動作を説明する。
　ドライバ２１３は、レーザ光源２１１の駆動電流および温度を制御する。レーザ光源２１１は、所定波長（λ１μｍとする。）の光信号を出力する。光信号は、集光器２１５で平行光に変換された後、大気中に出射される。受信器１３に光信号が到達すると、光信号は、集光器２２１で集光される。光検出器２２３は、集光された光信号を電気信号に光電変換する。信号処理部２２５は、電気信号から、送信器１２と受信器１３との間の一酸化炭素（ＣＯ）濃度の平均値を算出する。
　ドライバ２１４は、レーザ光源２１２の駆動電流および温度を制御する。レーザ光源２１２は、所定波長（λ２μｍとする。）の光信号を出力する。光信号は、集光器２１６で平行光に変換された後、大気中に出射される。受信器１３に光信号が到達すると、光信号は、集光器２２２で集光される。光検出器２２４は、集光された光信号を電気信号に光電変換する。信号処理部２２６は、電気信号から、送信器１２と受信器１３との間の二酸化炭素（ＣＯ２）濃度の平均値を算出する。
　また、信号処理部２２５，２２６は、それぞれ、（１）式に基づいて、光信号の透過率から煙濃度Ｃｓを算出する。
　Ｉｓ＝Ｉｏ×ｅ－ＣｓＤ　　　　　　　　　　　　　　　（１）
　（１）式において、Ｉｓは、送信器１２から出射された光信号の強度である、Ｉｏは、受信器１３で受信された光信号の強度である。Ｄは、送信器１２と受信器１３との間の距離である。
　次に、図３のフローチャートおよび図４の説明図を参照して、第１の実施形態における制御装置１４の動作を説明する。図４は、火災発生後の風速の変化に応じたガスおよび煙の拡散状況を示す説明図である。図４には、トンネルを上面から見た様子が示されている。
　ステップＳ１００でｉ番目の管理区間（管理区間ｉ）に設置された監視カメラ１６で火災が確認された場合（図４（Ａ）参照）、制御装置１４は、ｉ番目の監視区間の下流側（風の流れの下流側すなわち風下側）のｋ区間分のガス濃度（Ｃｇ）および煙濃度（Ｃｓ）の測定値を収集する（ステップＳ１０２）。図４に示す例では、ｋ＝（ｉ＋１）～（ｉ＋３）である。
　なお、監視カメラ１６が撮像した画像（静止画像または動画像）が制御装置１４に伝送され、制御装置１４が、例えば撮像された画像と所定の基準画像とを比較することによって火災の発生を検知してもよいが、監視カメラ１６が撮像した画像がトンネル内システムにおける制御装置１４以外の装置に伝送され、その装置が火災の発生を検知したときに、その旨を示す信号を制御装置１４に出力するようにしてもよい。
　制御装置１４は、収集したｋ区間分のＣＯガス濃度（Ｃｇ）の最大値とあらかじめ設定されたガス濃度しきい値Ｃｇｔｈ（例えば、１０ｐｐｍ）とを比較する（ステップＳ１０３）。最大値がしきい値を越えている場合には、制御装置１４は、有害ガスを拡散させるために、ジェットファン１５の出力を増加させるように制御する（ステップＳ１０４）。具体的には、制御装置１４は、ジェットファン１５に対して、出力（風量）を増加する指示を含む制御信号を与える。
　また、制御装置１４は、収集したｋ区間分の煙濃度（Ｃｓ）の最大値とあらかじめ設定された煙濃度しきい値Ｃｓｔｈ（例えば、０．４［ｌ／ｍ］）とを比較する（ステップＳ１０５）。最大値がしきい値を越えている場合には、制御装置１４は、煙を拡散させるために、ジェットファン１５の出力を増加させるように制御する（ステップＳ１０４）。
　ガス濃度の最大値も煙濃度の最大値もしきい値以下である場合には、制御装置１４は、ジェットファン１５の出力を低下させるように制御する（ステップＳ１０４）。具体的には、制御装置１４は、ジェットファン１５に対して、出力（風量）を下げる指示を含む制御信号を与える。ジェットファン１５の出力が低下するので、有害ガスおよび煙の拡散範囲が抑制されるとともに、火源への新鮮空気の供給が抑制される。
　なお、所定の安全基準が存在する場合には、ガス濃度の最大値および煙濃度の最大値は、例えば、安全基準を満たすように設定される。
　図４を参照して、制御装置１４の制御の具体例および効果を説明する。
　図４（Ａ）に示すように、風速が０ｍ／ｓの場合には、発生したガスおよび煙は火点から同心円状に広がり、長距離センサ１０が設置されている側壁に到達する。風速が１ｍ／ｓ、２ｍ／ｓと速くなるにつれてガスおよび煙の伝搬エリアは風下側に拡大する。
　すると、火点を含む管理区間において、側壁に設置された長距離センサ１０は、ガス濃度および煙濃度を正確に測定することが困難になる。図５は、測定の困難性を数値シミュレーションで確認した結果を示す説明図である。シミュレーションでは、幅４ｍの半円筒状のトンネルの中央に火点が配置された。そして、火災により発生したＣＯガスがどれだけトンネル長手方向（Ｚ方向）にシフトして側壁に到達するかをシミュレーションした。
　風速が高くなるにつれてガスが側壁に到達する地点が下流側にシフトする。ガスは、３ｍ／ｓの風速条件では２５ｍ下流側で側壁すなわち長距離センサ１０に到達した。
　火点の位置および風速に応じてシフト量は変化する。シフト量の変化に起因して、火点が含まれる管理区間（図４に示された例では、管理区間ｉ）のガス濃度および煙濃度の測定値の信頼性は低下する。従って、火点より下流側の管理区間のガス濃度および煙濃度の測定値に基づいて風速制御を行うことが好ましいといえる。
　図５に示されたシミュレーション条件では、Ｚ方向のシフト量が最大で２５ｍであったので、管理区間の長さを５０ｍとした場合には、監視対象の管理区間は、下流側の１つだけでよい（ｋ＝１）。なお、トンネル幅がより広い場合、または、長距離センサ１０が設置されている側壁から火点がより遠い場合、管理区間がより短い場合等には、Ｚ方向のシフト量がより大きくなるので、監視対象の管理区間数ｋを多くする。
　本実施形態では、火災の影響を監視するセンサの信頼性を実質的に向上させることができるので、火災発生地点近傍の車両の乗員の安全な避難を実現することができる。なぜなら、十分な風力を発生して乗員の安全な避難を阻害する要因である有害ガスと煙とを拡散させつつ、風によって下流側に押し流された有害ガスおよび煙を測定して、例えば安全基準内に収まることを確認しているからである。
　なお、第１の実施形態では、２つの光源としてレーザ光源２１１，２１２が用いられたが、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＳＬＤ（Super Luminescent Diode ）などの広帯域光源を用いてもよい。また、ＤＯＡＳ（Differential Optical Absorption Spectroscopy）法でガス濃度を測定してもよい。
　レーザ光源２１１，２１２の出力段や光検出器２２３，２２４の入力段に光増幅器を挿入してもよい。光増幅器が挿入されることによって、受信光信号の信号対雑音比が向上し、測定結果の精度が向上する。
　第１の実施形態では、送信器１２と受信器１３との間の空間において光信号が一方向に伝搬する構成が用いられたが、送信器１２と受信器１３との間に１つ以上のミラーを設置してもよい。光信号がミラーを反射するように構成することによって、光信号の空間伝搬経路を長くすることができる。光信号の空間伝搬経路を長くすることによって、より低濃度の対象ガスを検出することができる。
　第１の実施形態では、２系統の光信号を処理するために２つの信号処理部２２５，２２６が設けられたが、信号処理部２２５，２２６を１つの信号処理部に集約してもよい。
　第１の実施形態では、光信号の透過率に基づいて煙濃度を測定するために２系統の光信号の両方が用いられたが、一方の系統の光信号のみを用いてもよい。また、制御装置１４は、計測値の精度を向上させるために、２系統の煙濃度の平均値を用いてもよい。
　第１の実施形態では、ジェットファン１５の制御に使用するためのガスをＣＯとしてガス濃度しきい値として例えば１０［ｐｐｍ］を使用したが、しきい値として別の値を使用してもよい。また、制御装置１４は、ジェットファン１５の制御のために、ＣＯガス濃度に加えてＣＯ２ガス濃度も使用してもよい。
　第１の実施形態では、煙濃度しきい値として０．４［ｌ／ｍ］を使用したが、しきい値として別の値を使用してもよい。また、第１の実施形態では、制御装置１４は、ＣＯガス濃度と煙濃度との双方を監視してジェットファン１５の制御を行ったが、ＣＯガス濃度と煙濃度とのうちのいずれかを用いてジェットファン１５の制御を行ってもよい。
　また、第１の実施形態では、ＣＯガス濃度とＣＯ２ガス濃度とを測定するために２つの異なる光源が使用されたが、１つの光源が用いられてもよい。その場合、例えば、波長可変光源が使用され、長距離センサ１０は、図６に例示するように、２つの波長の光信号が時分割で出射されるように波長可変光源を制御する。
　また、第１の実施形態では、離れて設置された送信器１２と受信器１３との間で光信号が伝搬したが、図７に示すように、１つの送受信器７１と反射板７２とが用いられてもよい。その場合には、光軸ずれの影響が低減し、かつ、給電箇所が減る。
実施形態２．
　図８は、第２の実施形態のトンネル内火災時制御システムを含むトンネル内制御システムの一例を示すブロック図である。
　第１の実施形態では、火点が属する管理区間を特定するために監視カメラ１６が使用されたが、第２の実施形態では、監視カメラ１６を使用せず、長距離センサ８０が得る情報を用いて火点が特定される。
　第１の実施形態と同様に、図８に示すトンネル８１には、ジェットファン１５が設置されている。また、トンネル８１は、複数の管理区間に分割されている。各々の管理区間には、長距離センサ８０が設置されている。長距離センサ８０は、光信号の送信器１２と受信器８３とで構成されている。長距離センサ８０は、トンネル８１の側壁の上部に設置されている。各々の長距離センサ８０の測定値は、制御装置８４に送られる。
　図９は、長距離センサ８０の構成例を示すブロック図である。図９に示される例では、長距離センサ８０において、送信器１２の構成は、第１の実施形態における構成と同じである。受信器８３は、２つの集光器２２１，２２２と、光検出器２２３，２２４と、信号処理部９２５，９２６とを含む。
　トンネル１１の内部で所定の距離おいて設置されている各々の長距離センサ８０において、信号処理部９２５，９２６は、光検出器２２３，２２４からの電気信号を用いて、長距離センサ８０が属している管理区間のガス濃度、煙濃度および温度（環境温度）を算出する。
　次に、長距離センサ８０の動作を説明する。
　信号処理部９２５，９２６は、第１の実施形態におけるガス濃度測定と煙濃度測定に加えて、送信器１２と受信器８３との間の平均空間温度の測定も行う。
　ＷＭＳやＤＯＡＳでガス濃度を測定する際に利用されるガス分子の吸収スペクトルの形状は、環境温度、気圧、および他のガス分子との相互作用によって変化する。よって、受光スペクトル強度に基づいて環境温度を測定することができる。本実施形態では、信号処理部９２５，９２６は、非特許文献４に示されているようなtwo line thermometryを用いて光軸上の温度平均値を測定し、温度平均値を環境温度とする。なお、ガス濃度を測定する際に用いられる手法を利用して温度を測定する方法は、two line thermometryに限られない。
　次に、図１０のフローチャートを参照して、第２の実施形態における制御装置８４の動作を説明する。
　制御装置８４は、長距離センサ８０で測定された環境温度を用いて火点が属する管理区間ｉを特定する（ステップＳ１０１）。火災によって発生したガスの温度は、火点において最も高い。ガスは、火点から離れるにつれて冷却される。従って、制御装置８４は、周辺の管理区間の長距離センサ８０で測定された環境温度と比較して高い環境温度が測定された管理区間内に火点が存在すると判断できる。
　その後、第１の実施形態と同様に、制御装置８４は、ステップＳ１０２～Ｓ１０６の処理を実行する。
　第２の実施形態では、第１の実施形態における効果に加えて、火災検知と設備制御を行うトンネル内制御システムを安価に構築することができる。第２の実施形態では、制御装置８４が、長距離センサ８０が測定した環境温度を用いて火点を特定するので、監視カメラが不要になるからである。
　なお、第２の実施形態では、２つの光源としてレーザ光源２１１，２１２が用いられたが、ＬＥＤやＳＬＤなどの広帯域光源を用いてもよい。また、ＤＯＡＳ法でガス濃度を測定してもよい。
　第２の実施形態でも、レーザ光源２１１，２１２の出力段や光検出器２２３，２２４の入力段に光増幅器を挿入してもよい。光増幅器が挿入されることによって、受信光信号の信号対雑音比が向上し、測定結果の精度が向上する。
　第２の実施形態では、送信器１２と受信器８３との間の空間において光信号が一方向に伝搬する構成が用いられたが、送信器１２と受信器８３との間に１つ以上のミラーを設置してもよい。光信号がミラーを反射するように構成することによって、光信号の空間伝搬経路を長くすることができる。光信号の空間伝搬経路を長くすることによって、より低濃度の対象ガスを検出することができる。
　第２の実施形態では、２系統の光信号を処理するために２つの信号処理部９２５，９２６が設けられたが、信号処理部９２５，９２６を１つの信号処理部に集約してもよい。
　第２の実施形態では、煙濃度および環境温度を測定するために波長が異なる２系統の光信号の両方が用いられたが、一方の系統の光信号のみを用いてもよい。また、制御装置８４は、計測値の精度を向上させるために、２系統の煙濃度および環境温度の平均値を用いてもよい。
　第２の実施形態において、環境温度の測定に使用されるガス種とジェットファン１５の制御に使用されるガス種を別にしてもよい。例えば、大気中の通常のＣＯ濃度は１［ｐｐｍ］程度と非常に低いので、環境温度を精度よく測定することが難しいことも想定される。一方、大気中の通常のＣＯ２濃度は４００［ｐｐｍ］程度と高いので、十分なスペクトル強度が観測される。すなわち、ＣＯ濃度を使用する場合に比べて、ＣＯ２濃度を使用する場合には、精度の良い環境温度測定を行うことができる。そこで、環境温度の測定にはＣＯ２ガスを使用し、ジェットファン１５の制御にはＣＯガスを使用するようにしてもよい。
　なお、波長が異なる３系統以上の光信号を用いる場合には、制御装置８４は、火点が属する管理区間の特定に用いられた波長の光信号（環境温度の測定に使用される光信号）と異なる波長の複数系統の光信号のうちの少なくとも１つを用いて得られたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、ジェットファン１５の風量を制御する。
　また、第２の実施形態では、ＣＯガス濃度とＣＯ２ガス濃度とを測定するために２つの異なる光源が使用されたが、１つの光源が用いられてもよい。その場合、例えば、図６に例示されたように、光源から、２つの出力波長の光信号が時分割で出射される。
　また、第２の実施形態では、離れて設置された送信器１２と受信器８３との間で光信号が伝搬したが、図７に示されたように、１つの送受信器７１と反射板７２とが用いられてもよい。その場合には、光軸ずれの影響が低減し、かつ、給電箇所が減る。
　図１１は、トンネル内火災時制御システムの主要部を示すブロック図である。図１１に示すトンネル内火災時制御システムは、トンネル内に設定された複数の管理区間の各々に設置され、管理区間内のガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方を光信号を用いて測定する測定手段１００１～１００ｎ（測定部：実施形態では、長距離センサ１０または長距離センサ８０で実現される。）と、火点が属する管理区間を特定し、特定された管理区間（一例として、測定手段１００２が含まれる管理区間）よりも下流に位置する管理区間に設置されている１つ以上の測定手段（例えば、測定手段１００３、または測定手段１００３とそれより下流の測定手段）で測定されたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、トンネル内の風量を変化させることが可能な送風手段１０１（実施形態では、ジェットファン１５で実現される。）の風量を制御する制御手段１０２（制御部：実施形態では、制御装置１４または制御装置８４で実現される。）とを備えている。
　図１２は、他の態様のトンネル内火災時制御システムの主要部を示すブロック図である。図１２に示すトンネル内火災時制御システムは、複数の管理区間の各々に設置され、管理区間の画像を取得する撮像手段１０３１～１０３ｎ（実施形態では、監視カメラ１６で実現される。）をさらに備え、制御手段１０２は、撮像手段１０３１～１０３ｎが取得した画像を基に、火点が属する管理区間を特定する。
　上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下に限定されるわけではない。
（付記１）トンネル内に設定された複数の管理区間の各々に設置され、該管理区間内のガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方を光信号を用いて測定する測定手段と、
　火点が属する前記管理区間を特定し、特定された該管理区間よりも下流に位置する前記管理区間に設置されている１つ以上の前記測定手段で測定されたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、風量を変更可能な送風手段を制御する制御手段と
　を備えるトンネル内火災時制御システム。
（付記２）前記複数の管理区間の各々に設置され、該管理区間の画像を取得する撮像手段をさらに備え、
　前記制御手段は、前記画像を基に、火点が属する前記管理区間を特定する
　付記１のトンネル内火災時制御システム。
（付記３）前記測定手段は、前記光信号が伝搬している空間の温度を測定する温度測定機能を有し、
　前記制御手段は、測定された前記温度を基に、火点が属する前記管理区間を特定する
　付記１のトンネル内火災時制御システム。
（付記４）前記測定手段は、異なる波長の光信号を出射する光源を含み、
　前記制御手段は、前記光信号のうちの少なくとも１つを用いて得られた前記温度を基に、火点が属する前記管理区間を特定する
　付記３のトンネル内火災時制御システム。
（付記５）前記制御手段は、前記管理区間の特定に用いた波長の光信号と異なる波長の光信号のうちの少なくとも１つを用いて得られたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、前記送風手段の風量を制御する
　付記４のトンネル内火災時制御システム。
（付記６）前記測定手段は、前記異なる波長の光信号を、波長可変光源の出力波長を時分割で変化させることによって出射する
　付記４または付記５のトンネル内火災時制御システム。
（付記７）トンネル内に設定された複数の管理区間の各々で、該管理区間内のガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方を光信号を用いて測定し、
　火点が属する前記管理区間を特定し、特定された該管理区間よりも下流に位置する１つ以上の前記管理区間で測定されたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、風量を変更可能な送風手段を制御する
　トンネル内火災時制御方法。
（付記８）前記複数の管理区間の各々に設置され該管理区間の画像を取得する撮像手段が取得した画像を基に、火点が属する前記管理区間を特定する
　付記７のトンネル内火災時制御方法。
（付記９）前記光信号が伝搬している空間の温度を測定し、
　測定された前記温度を基に、火点が属する前記管理区間を特定する
　付記７のトンネル内火災時制御方法。
（付記１０）異なる波長の光信号のうちの少なくとも１つを用いて得られた前記温度を基に、火点が属する前記管理区間を特定する
　付記９のトンネル内火災時制御方法。
（付記１１）前記管理区間の特定に用いた波長の光信号と異なる波長の光信号のうちの少なくとも１つを用いて得られたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、前記送風手段の風量を制御する
　付記１０のトンネル内火災時制御方法。
（付記１２）前記異なる波長の光信号を、波長可変光源の出力波長を時分割で変化させることによって出射する
　付記１０または付記１１のトンネル内火災時制御方法。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態に限定されない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０１７年１２月１２日に出願された日本特許出願２０１７－２３７８４９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１０，８０　長距離センサ
　１１，８１　トンネル
　１２　　　　送信器
　１３，８３　受信器
　１４，８４　制御装置
　１５　　　　ジェットファン
　１６　　　　監視カメラ
　７１　　　　送受信器
　７２　　　　反射板
　２１１，２１２　レーザ光源
　２１３，２１４　ドライバ
　２１５，２１６，２２１，２２２　集光器
　２２３，２２４　光検出器
　２２５，２２６，９２５，９２６　信号処理部

Claims (12)

  1. 　トンネル内に設定された複数の管理区間の各々に設置され、該管理区間内のガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方を光信号を用いて測定する測定手段と、
    　火点が属する前記管理区間を特定し、特定された該管理区間よりも下流に位置する前記管理区間に設置されている１つ以上の前記測定手段で測定されたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、風量を変更可能な送風手段を制御する制御手段と
    　を備えるトンネル内火災時制御システム。
  2. 　前記複数の管理区間の各々に設置され、該管理区間の画像を取得する撮像手段をさらに備え、
    　前記制御手段は、前記画像を基に、火点が属する前記管理区間を特定する
    　請求項１記載のトンネル内火災時制御システム。
  3. 　前記測定手段は、前記光信号が伝搬している空間の温度を測定する温度測定機能を有し、
    　前記制御手段は、測定された前記温度を基に、火点が属する前記管理区間を特定する
    　請求項１記載のトンネル内火災時制御システム。
  4. 　前記測定手段は、異なる波長の光信号を出射する光源を含み、
    　前記制御手段は、前記光信号のうちの少なくとも１つを用いて得られた前記温度を基に、火点が属する前記管理区間を特定する
    　請求項３記載のトンネル内火災時制御システム。
  5. 　前記制御手段は、前記管理区間の特定に用いた波長の光信号と異なる波長の光信号のうちの少なくとも１つを用いて得られたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、前記送風手段の風量を制御する
    　請求項４記載のトンネル内火災時制御システム。
  6. 　前記測定手段は、前記異なる波長の光信号を、波長可変光源の出力波長を時分割で変化させることによって出射する
    　請求項４または請求項５記載のトンネル内火災時制御システム。
  7. 　トンネル内に設定された複数の管理区間の各々で、該管理区間内のガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方を光信号を用いて測定し、
    　火点が属する前記管理区間を特定し、特定された該管理区間よりも下流に位置する１つ以上の前記管理区間で測定されたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、風量を変更可能な送風手段を制御する
    　トンネル内火災時制御方法。
  8. 　前記複数の管理区間の各々に設置され該管理区間の画像を取得する撮像手段が取得した画像を基に、火点が属する前記管理区間を特定する
    　請求項７記載のトンネル内火災時制御方法。
  9. 　前記光信号が伝搬している空間の温度を測定し、
    　測定された前記温度を基に、火点が属する前記管理区間を特定する
    　請求項７記載のトンネル内火災時制御方法。
  10. 　異なる波長の光信号のうちの少なくとも１つを用いて得られた前記温度を基に、火点が属する前記管理区間を特定する
    　請求項９記載のトンネル内火災時制御方法。
  11. 　前記管理区間の特定に用いた波長の光信号と異なる波長の光信号のうちの少なくとも１つを用いて得られたガス濃度と煙濃度とのいずれかまたは双方に基づいて、前記送風手段の風量を制御する
    　請求項１０記載のトンネル内火災時制御方法。
  12. 　前記異なる波長の光信号を、波長可変光源の出力波長を時分割で変化させることによって出射する
    　請求項１０または請求項１１記載のトンネル内火災時制御方法。
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