高速動車組智能煙火報警系統

魯教軍

摘? 要：我國道路建設最近幾年發展非常迅速，推動我國整體經濟建設的快速發展。高性能的火災報警系統作為保障動車組行車安全的重要組成部分，可以大大減少火災事故的發生，有效降低火災造成的損失。

關鍵詞：高速動車組;智能煙火報警系統

引言

我國經濟建設之所以發展如此迅速，離不開各行業的支持和國家政策的扶持，才有今天的局面和規模。每節車廂由六個探測器和一個區域火災報警控制器組成節點火災報警子系統，探測器采用煙溫復合探測技術，遍布在車廂、衛生間和電氣箱等列車重要場所，區域控制器則安裝在乘務員休息室邊的操作面板上，以便乘務員能夠及時處理火警警報。

1煙火報警系統基本設計思想

考慮工業現場復雜的電磁干擾環境，節點火災報警子系統采用煙溫復合探測+數字信號傳輸方式，最大限度提高系統可靠性和使用壽命。智能火災探測器采集現場煙霧、溫度模擬量信息，經預置火災探測算法處理，直接得到火警/正常狀態判斷結果，并通過安全線與區域火災報警控制器實現數據共享。任何監測點的火警信號都可被火災報警控制器探測到，一旦發生火災，控制器能夠準確定位火災事故地點，及時發出聲光報警警報，TCMS也能通過VCU得到該節車廂的火災報警匯總信息。鑒于系統報警誤報率隨著探測器變臟而增大，系統設計具有故障診斷和聯合檢測的功能。

2火災報警系統組成及功能

火災報警系統由火災探測器、報警控制裝置和報警設備組成。火災探測器的實質是檢測火災發生時產生的各種物理、化學變化，實現對火災的動態監測并發出報警信號;報警裝置對火災探測器發出的信號進行分析、判斷，發出火災警報信號，同時還具有故障診斷功能，控制火災探測器、報警控制裝置的驅動及控制電路;報警設備發出警報信號。火災報警系統在火災初期，將燃燒產生的煙霧、熱量、火焰等物理量通過火災探測器轉變成電信號，實現火災報警、故障報警、主備電源自動切換、報警部位顯示、系統自檢、打印等多種功能。

3基于3D點云信息的受電弓滑板磨耗深度測量值檢測算法

受電弓及車頂狀態動態檢測系統采用高速、高分辨率、非接觸式圖像分析測量技術，實現了對受電弓滑板磨耗、中心線偏移、工作壓力等關鍵特定參數的動態自動檢測和車頂異物及關鍵部件狀態的室內可視化觀測。基于3D點云信息的受電弓滑板磨耗深度測量值檢測設備，主要包括補光燈、光電開關、3D激光傳感器、高分辨率照相機等。當受電弓通過檢測設備時，補光燈會根據當時的光照條件對光線進行調整和補償，3D激光傳感器將激光發射到碳滑板上，而面陣相機接收反射光線，從而構成大量的3D點云數據，以便進行滑板磨耗值測量。現有的受電弓測量方式大多采用雙目相機，利用拍攝的受電弓圖像，重構三維空間距離，計算出滑板磨耗值。為了使得測量數據更加精準、有效，提出一種基于3D點云的受電弓健康狀態預警模型。采用三維激光掃描技術直接得到真實物體表面的空間采樣點，即點云數據，利用點云數據的局部拓撲信息，近鄰位置重構三維物體表面情況，獲取該受電弓的滑板磨耗值、中心線偏移量以及前后傾斜角度等測量數據，為工作人員提供受電弓的健康情況指導和數據依據。

4終端復示層

1.動車組運行信息瀏覽終端設在動車所技術組，可以瀏覽所有被監測動車組運行狀態信息，基于數據挖掘技術，自動對動車組運行故障信息進行智能分析、判斷，復示故障報警信息并進行預警處理，向調度所提交TIDS系統預報的車輛故障。2.故障預警處理終端設在調度所，對故障進行確認，通知機械師處理車輛故障，回收反饋故障處理結果，完成故障的閉環處理。3.分級審查分析終端為車間、動車段、鐵路局、鐵道部等各級部門提供查詢分析接口，為科學決策提供數據依據。

5智能火災探測器設計方案

按照模塊化設計思想，智能火災探測器主要包括以下幾個模塊：煙霧、溫度采集電路：選用當前主流的前向散射煙霧檢測室，完成紅外發光管驅動電路和光電檢測電路設計，最終經過AD采樣得到煙霧濃度信息;集成溫度傳感器芯片直接采樣得到環境溫度信息。輸入輸出模塊：模塊主要功能是將智能火災探測算法的判斷結果傳輸至控制器，設計采用MCU控制繼電器輸出火警/正常信號、高邊功率開關輸出故障信號，同時輸入輸出模塊能夠應答系統自檢信號和工作模式配置信息。基礎保障電路：維持單片機正常工作所必須的外圍保障電路，像單片機在線編程，上電復位電路和提供穩定時鐘脈沖的陶瓷諧振電路。另外為防止程序意外跑飛，除使能MCU自帶的看門狗定時器外，還用單穩態多諧振蕩器設置了死機顯示電路。

6線性溫度探測器原理及設計

線性溫度探測器也稱熱敏電纜、感溫電纜等，為2根用熱敏材料做成彼此絕緣的鋼絲。探測原理：線纜受熱后熱敏材料電阻率降低從而觸發開關量的溫度報警。感溫電纜的結構為2根各自被熱敏聚合物包裹著的導線相互絞接，外部有保護套，在正常溫度環境下，絞在一起的2根導線彼此絕緣，一旦環境溫度達到或超出感溫電纜額定溫度時，內層熱敏聚合物的絕緣性能發生變化，使2根導線近似短路，檢測處理器以此為依據判斷是否發生火警。根據動車組的運行環境和被監控設備的安裝位置，選用額定動作溫度為105℃的感溫電纜。感溫電纜通過線卡、膠粘式電纜固定件固定在牽引設備的頂部和后部。

7基于R-CNN的列車運行故障檢測算法應用

分析基于R-CNN算法的列車車頭、車廂連接處、車尾及車輪的定位準確性。非極大值抑制（NMS）計算出每一個boundingbox的面積，根據score進行排序，把score最大的boundingbox作為選定的框，計算其余boundingbox與當前最大score的IoU，去除IoU大于設定閾值的boundingbox。重復上面的過程，直至候選boundingbox為空，再將score小于一定閾值的選定框刪除得到一類的結果。隨后評價本算法的故障識別性能，使用漏報率和誤報率來評價算法。漏報率是指在故障檢測中存在N次故障有M次未能檢測出;誤報率是指在檢測出的N次故障中，其中，有M次不是故障。經過算法的多次運行獲得的誤報率為13.5%，漏報率為26.5%。由于車速、大氣、光線、抖動等因素的不同，使得不同時期采集的兩幅圖像之間存在亮度、分辨率、長度等差異，因此會將一些污漬、光照等情判斷為故障，造成了一定的誤報率;動車組中的故障有些非常隱蔽，行車速度不均衡，將會造成漏報率。在此后的實驗過程中，加大圖像的預處理，從而使得拍攝的照片更大程度地表征列車故障的真實情況。以實際車廂圖像為例，與現有故障識別算法進行性能比較。該算法可以有效地識別故障，并確定其位置，雖然仍存在一些誤報區域，但其位置鄰近實際故障區域。此外，漏報率也在可控范圍之內。而完全基于圖像比對的故障識別算法存在大量的誤報區域，并未從真正意義上減輕工作人員的勞動量。由此可見，本文算法有效地抑制了誤報情況，提升了故障實時檢測和自動報警的效率。

結語

由節點火災報警子系統組成的監控網絡，不僅能夠實時監測火災變量，智能判斷火災發生，實現火災自動探測與報警，而且能夠通過VCU向TCMS發送火警消息數據，由TCMS負責實施消防聯動控制。

參考文獻

[1]? 周長庚.新型光電感煙探測器[J].核電子學與探測技術，1998，18（2）：150-151.

[2]? 孫爽.點型光電感煙火災探測器的靈敏度[J].消防科學與技術，2002（6）：39-41.

[3]? 范維澄.中國火災科學基礎研究概況[J].火災科學，2005（1）：57-62.