城市重點區域火災預警探測技術

上海市松江區消防救援支隊 唐 淼

本文論述了一種針對城市重點區域的火災預警探測技術，通過該技術能夠實時對重點區域內的火災情況進行24h不間斷監測預警，實時向救援人員提供火災預警信息和火災現場情況。

火災所造成的損失約為地震的5倍，僅次于干旱和洪澇。隨著近些年城市化進程的逐步加快，城市重點區域（包括消防安全重點單位及“九小場所”）的火災發生率成倍的增加，同時也給區域屬地消防救援部門提出了新時代的更高要求。降低火災產生的危害，就必須在火災初期或者更早的時期發現和消滅，也因此產生對火災預警探測的實際需求。火災必然產生煙、霧、火焰等，同時也會造成周邊環境溫度升高，形成特有的燃燒聲音和燃燒圖像。火災預警探測技術就是對火災燃燒中產生的煙霧、火焰、環境溫度、氣體形態等做出智能分析并判斷來確定是否為火災。

1 各類火災探測技術對比分析（如表1）

表1 各類火災探測技術對比分析表

2 城市重點區域特點及火災預警探測方法

2.1 城市重點區域的特點

城市重點區域這里是指區內消防重點單位及城市內九小場所，如醫院、學校、大型綜合體等消防重點單位和小學校、小醫院、小商場、小餐飲場所、小旅館、小歌舞娛樂場所、小網吧、小美容洗浴場所、小生產加工企業等九小場所。這些場所具有的共同特點是：各類空間環境有限、人員結構錯綜復雜、配套消防設施差、整體出入口單一、火災發生后疏散較為困難、救援進入不便捷等。如果只采取單一的火災探測系統進行火災預警探測，誤報較多，漏報嚴重；而且火災定位極其困難或者無法定位。

2.2 城市重點區域火災預警探測技術需求

城市重點區域裝備的火災探測系統與目前常規使用的探測系統相比，需要增加一些特定的技術。

（1）點。在城市制高點部署基于紅外多頻譜及大范圍圖像識別技術的紅外遙感球型攝像機，實現對全區域7×24h全面火災監測預警。可以實時定位火災發生地點，記錄火災發生、發展全過程視頻，并利用5G網絡低延時，大帶寬的技術特點，實時傳輸火災現場圖片及視頻到消防救援部門。

（2）片。接入現有街面視頻監控進行圖像識別，及重點單位周邊增加紅外遙感筒型攝像機，實現各街面片上7×24h火災監測預警。可以實時定位火災發生地點，記錄火災發生、發展全過程視頻，并利用5G網絡低延時，大帶寬的技術特點，實時傳輸火災現場圖片及視頻到消防救援部門。同時可以充分利舊，接入街面原有各類（兼容數字、模擬等）監控攝像機并實現火災圖像預警分析。

（3）面。在重點建筑內部各個房間配套安置獨立式煙感報警探測器和電氣火災探測器及各種探測頭，實現室內重點部位7×24h全面火災監測預警。可以實時定位火災發生地點，并結合物聯網技術實時傳輸火災煙、霧及電氣線路溫度、電流等各類參數。

集成各種火災預警探測技術、5G技術、物聯網技術等，總體實現城市重點區域點、片、面全方位立體實時火災預警探測系統。

3 城市重點區域火災預警探測技術的實現

3.1 綜合圖像分析探測技術

（1）火焰形態圖像探測技術。使用高清數字攝像機實時掃描重點區域，對現場圖像形態利用各種算法及技術（不限于圖像小塊分割算法、外形判斷算法、圖像陣列算法等）進行分析，結合火災早期火焰形態（包括火焰顏色、閃爍頻率、形狀變化、發生發展趨勢等）特征來實現預警探測。可以實現火災探測預警和現場實時圖像結合，保證了系統的實時性、可靠性和實戰性。

（2）火焰光波圖像探測技術。使用紅外多光譜攝像機實時掃描重點區域，對現場紅外圖像利用各種算法及技術（不限于紅外圖像的預處理、濾波放大技術、FPGA+DSP組合、光波頻譜分布算法、平方率衰減算法等）進行分析，結合火焰大小、煙霧大小等的反射、吸收及散射等情況實現火災預警探測。具有高智能化、應用范圍大、探測距離遠、采集信息資料成本低、響應度高、誤漏報率低、對陰燃煙火靈敏度高、適應性和抗干擾性突出等特點。

3.2 獨立式煙感探測技術

獨立式煙感探測器通過檢測判斷煙霧濃度來實現火災報警。分為離子型和光電型。離子型利用煙霧影響電離子電流和電壓變化來產生報警。光電型利用煙粒子對光線的散射和吸收作用來產生報警，光電型又分為散光、遮光兩種。基本都采用密封結構，內置煙霧探測傳感器、報警模塊、無線傳輸模塊等，支持NB-LoT方式，具有靈敏度高，耗電量低，易使用、易維護，性價比高等優點。適用重點區域室內各種環境，尤其密閉空間。預警發生后，通過無線網絡即時發出報警信息到消防救援單位，實戰性高。

3.3 電氣火災探測技術

電氣火災探測器通過監控主機下連接各種探測頭（如剩余電流互感器、溫度傳感器等），利用電磁場感應、溫度效應變化等相關原理，并經過信號放大、A/D轉換、處理器對變化幅值進行分析、判斷后產生預警信號。可以探測電氣線路上的剩余電流、溫度、電壓等關鍵參數，同時內置無線傳輸模塊，支持支持NB-LoT方式。具有靈敏度高，適用范圍廣，誤報率低，實時傳輸報警數據等特點。可以設定各類報警閾值，當被監測電氣線路中漏點電流、電壓、溫度發生異常時，傳感器采集傳感信號發送到監控主機進行分析，并通過無線網絡即時發送報警信息到消防救援單位。

3.4 5G網絡技術

5G網絡技術，數據傳輸速率遠遠高于原來的蜂窩網絡，最高可達10Gbit/s，相比先前的4G LTE蜂窩網絡快100倍。更低的網絡延遲（更快的響應時間），低于1ms，而4G網絡為30-70ms。非常適合在火災圖像分析探測系統中應用。

3.5 物聯網技術

物聯網是指通過信息傳感設備，按約定的協議，將任何物體與網絡相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監管等功能。非常適用于各類火災預警探測系統的探測器信息傳輸中。

結束語：如何實現城市重點區域火災預警探測本身就是一個沒有規律性、沒有結構性的城市管理難題，更是無法使用精確的數據語言來描述和總結。任何火災從發生到發展最終結束的過程都是相當復雜，始終會伴隨有很多非規律性、無法數字表達的各類信號產生。同時任何兩次火災，即時發生再同一區域、同一地點也會完全不一樣。現階段仍然沒有什么火災預警探測系統能夠適用并滿足各類環境需求，即使是在成熟的城市重點區域。因此在城市火災預警探測系統中如何降低誤報率，如何避免漏報率，如何提升火災預警探測的實戰性仍然有很多需要研究探討的課題。