旅游鐵路消防系統智能運營維護技術研究與實踐

張發勇，王岳怡，楊美成，馬 劍，蔣陽升

（1.中鐵二院工程集團有限責任公司 建筑工程設計研究院，成都 610031；2.西南交通大學 交通運輸與物流學院，成都 610031）

目前我國鐵路運營里程已躍居世界第一，投入運營的旅游鐵路也越來越多。旅游鐵路所處地理環境通常較為特殊，地形地貌與普通鐵路存在較大差異，橋隧占比、線路坡度等相比一般鐵路要大，且旅游鐵路的配套設施也日益復雜，其消防系統面臨著風險點多、運營維護難度大的挑戰。

尤其是旅游鐵路車站屬于典型人員密集場所，一旦發生火災等突發事件，后果不堪想象[1]。旅游鐵路若還是沿用傳統消防管理模式，主要靠消防安全監督管理部門為數有限的工作人員來發現、整改和消除潛在的火險隱患，消防安全管理工作將難以落實，無法滿足當今旅游鐵路快速發展對消防安全提出的更高要求[2]。另一方面，隨著我國鐵路運能、運量不斷增大，以及鐵路企業體制改革的深入推進和經濟的快速發展，大量工程、設備投入使用，鐵路消防監督管理對象一直在不斷增多，站段單位合并打破了鐵路企業既有消防監督管理模式，消防安全管理工作中出現了消防設施和設備信息溝通不暢、主動性火災控制措施缺乏等新問題[3-5]。因此，加強旅游鐵路消防系統運營維護工作日益迫切。

近年來，物聯網、云計算、大數據、移動互聯網等新興的信息技術被應用到智能消防系統的建設中，展現出巨大潛力，促進了信息化與消防業務工作的深度融合[6-8]。因此，針對旅游鐵路消防系統運營維護工作中面臨的主要問題，提出利用視頻監控、藍牙定位及物聯網等技術，研究旅游鐵路消防系統智能運營維護方案；結合都江堰—四姑娘山（簡稱：都四線）旅游鐵路工程，開發旅游鐵路消防系統智能運營維護平臺，建立旅游鐵路火災防控體系，以期提高旅游鐵路消防系統的管理水平，推動“傳統消防”向“現代消防”的轉變，確保旅游鐵路的安全運營。

1 旅游鐵路消防系統運營維護現狀及其智能化目標

1.1 旅游鐵路消防系統運營維護現狀

（1）消防設備設施報警和工作狀態信息的采集和傳遞效率低下

目前，旅游鐵路與國內既有的鐵路線路運營管理模式類似，鐵路車站的消防報警設施大部分還處于各建筑物獨立報警，缺乏統一的消防安全管理，尚未實現車站或路局級消防設備設施與相關人員的集中管理，消防設備的狀態及報警信息主要靠人工傳遞，信息傳遞效率低下，易出現遺漏和錯誤，且不能有效實現信息共享，難以對設備報警情況和工作狀態進行有效監控和及時處理[9]。

（2）消防安全管理職責難以落實

雖然鐵路局集團公司及站段都根據站房設施設備的分類和使用功能，制定了有關消防安全管理和巡檢辦法，要求及時上報巡檢中發現的消防設備設施故障或狀態不良，并安排專業人員進行檢修。但車站用房數量眾多、設置分散，日常工作中不按規定開展消防巡查，臺賬記錄不實、設備故障未及時處置等問題時有發生。這種管理模式依靠巡檢人員的責任心和自覺性，易受人為因素的影響，很難做到問題閉環跟蹤管理，難以保證消防設備設施始終處于正常工作狀態。

（3）專業人員短缺

根據消防法規要求，消防控制室值班人員需持證上崗且不少于2 人值班。但現有人員配備條件不能滿足，車站內持有注冊消防工程師的專業人員更是屈指可數。消防管理專業人員匱乏、監管手段落后，消防安全隱患難以根治。

1.2 旅游鐵路消防系統運營維護智能化目標

圍繞“基礎數據全面匯聚、風險隱患動態預警、滅火救援精確指揮、火災事故有效控制”的目標，將現代高新技術應用于旅游鐵路消防安全管理模式中，全面提升旅游鐵路的火災防控能力。

（1）借助消防智能終端設備，實現對消防設施的動態檢查與管理，滿足對旅游鐵路全天候7×24 h消防安全管理，有效應對各種動態變化的消防問題。

（2）依靠消防系統智能運營維護平臺集中采集消防相關信息，并實現數據自動分析，為消防安全管理提供有力支持，降低專業人員工作強度。

（3）提升旅游鐵路消防系統運營維護保障與安全管理監督水平，降低人力成本，減少人為因素影響。

2 旅游鐵路消防智能運營維護關鍵技術

2.1 基于視頻監控的人員自動統計

人員安全在消防安全管理中處于首要位置，掌握人員實時分布不僅有助于日常人員安全管理，也為火災等突發情況下的人員救助提供至關重要的信息。

利用視頻監控系統可以實現對車站內人員自動統計。計算機視覺領域的多目標跟蹤算法可以檢測出大多數形態的目標，但對于被遮擋目標的檢測尚有較大提升空間。建筑內設置的視頻監控設施因攝像頭安裝高度受限，拍攝到的人員圖像相互之間可能存在較為嚴重的遮擋。

為此，可采用如圖1 所示的基于檢測策略的多目標跟蹤算法，獲取較為準確的目標檢測結果，實現對多個目標同時跟蹤，獲得更高檢測精度和更快響應。

圖1 基于檢測策略的多目標跟蹤算法

2.2 基于藍牙定位技術的人員動態監測

視頻監控可用于獲得可見區域內的人員分布，但對于衛生間等視頻監控無法覆蓋的區域，需利用其他技術手段獲取人員分布信息。目前，室內人員定位的常見技術主要有通信基站、Wi-Fi 設備和藍牙設備。在設備成本方面，藍牙定位技術具有明顯優勢，且其定位精度、定位算法復雜度、無線安全性等可滿足室內定位和導航功能。考慮到當前智能手機普遍具備藍牙功能，設計了如圖2 示的基于藍牙定位技術的消防系統運營維護智能終端設備，可為消防系統智能運營維護平臺提供建筑內的人員定位和人員分布動態監測提供數據來源。

圖2 基于藍牙定位的消防智能運營維護終端設備構成

基于藍牙定位的消防智能終端設備主要由藍牙定位服務器、藍牙網關、藍牙探針及藍牙終端構成。

2.3 基于物聯網的消防系統實時監測與報警

確保旅游鐵路消防系統臨戰可用是消防安全管理需要解決的一個關鍵問題。根據火災事故調查報告，發生火災時無滅火劑、無警報、無動作是火災事故導致嚴重人員傷亡和財產損失的重要原因。旅游鐵路消防系統一般由消防供水子系統、防排煙子系統、防火分隔設施設備、氣體滅火子系統、消防供電子系統等組成。利用物聯網技術，通過傳感器自動采集這些子系統及設施設備的工作狀態，實時傳輸至消防系統智能運維平臺，實現消防設施設備的自動巡檢。

鑒于各類消防設備設施工程技術條件存在較大差異，難以通過單一技術手段獲取可靠的動態監測數據。為此，研究不同消防設備設施的針對性自動巡檢技術，實現消防設備設施監測數據的采集與傳輸。例如，采用基于圖像處理的防火卷簾自動監測技術，通過無線傳感器控制防火卷簾的開關，同時監控攝像頭獲取防火卷簾狀態；圖3 為基于可編程邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller）的防火卷簾自動監測工作流程。

圖3 基于PLC 的防火卷簾自動監測工作流程

PLC 發出周期性防火卷簾啟動指令，并通過監控視頻檢驗防火卷簾的工作狀態是否良好、卷簾門開關百分比，動態檢測卷簾門開關的工作狀態，保證防火卷簾門始終處于可靠的工作狀態。

2.4 基于物聯網的火災參數動態監測與預警

火災發生后，消防救援人員趕赴現場進行撲救過程中，往往面臨不明確現場情況的難題，消防救援指揮工作存在一定盲目性，由于無法準確判斷通往受困人員所處位置的救援路徑上潛在的危險因素，往往導致消防救援官兵傷亡。因此，為消防救援人員提供火災現場的相關信息至關重要。目前現有商用智能消防系統尚不能充分滿足這方面的需求。

為此，通過高精度傳感器，獲取火場溫度、CO濃度、CO2濃度、煙氣密度、音頻及視頻等火災現場相關信息，讓救援指揮人員能夠遠程掌握火災現場較為全面的動態。同時，采用基于長短期記憶（LSTM，Long Short-Term Memory）時間序列預測算法預測災情，為消防管理決策提供數據依據。

3 工程應用實例

3.1 工程概況及平臺架構

都四線位于橫斷山脈東緣，起點為成都至都江堰（成灌）高鐵的都江堰站，終點為小金縣四姑娘山鎮的四姑娘山站，正線長123.180 km，沿線共設車站11 座，預留車站1 座，橋隧總長121.142 km，占比98.34%。

該線路所有車站及重要建筑物均設置有消防智能終端設備，消防控制中心位于車輛段綜合樓內，配備專職值班員，負責該工程所有車站、區間、變電站及車輛基地等處所的消防監控，并與上一級消防指揮中心的聯網通信。都四線消防系統智能運營維護平臺架構如圖4 所示。

圖4 都四線消防系統智能運營維護平臺架構

車站及區間根據實際情況設置必要的消防設備設施，安裝有火災報警及消防聯動和防排煙聯動控制裝置，火災報警控制指令具有優先權。列車在橋梁、車站等明線段發生火災時，可就地疏散旅客。列車在隧道內發生火災時，則控制列車駛出隧道后再進行疏散；當列車不能駛出隧道時，應控制列車?？吭诰o急救援站（或地下車站）進行疏散和救援。

3.2 平臺主要功能

3.2.1 人員檢測、定位與跟蹤

開發了基于視頻監控的人員檢測、定位與跟蹤功能，結合視頻監控、藍牙定位、計算機視覺等技術，實現旅游鐵路內全場景人員規模、空間分布、流動狀態動態監測與預警，能夠準確地統計火災發生前及火災時各區域的人員分布，并將統計數據實時反饋給消防控制中心，通過數據可視化展示在消防系統監控界面上，為消防救援人員提供指揮決策參考。人員檢測、定位與跟蹤功能的工作流程如圖5所示。

圖5 人員檢測、定位與跟蹤工作流程

3.2.2 消防設備設施實時監測與預警

實現了基于物聯網技術的消防供水子系統、防排煙子系統管網及設備、防火卷簾等隔離設施狀態實時監測與故障預警，可實時掌握消防管網、防火卷簾門運行狀態，當出現異常情況時，能夠及時預警，確保消防設備設施臨戰可用。

3.2.3 災情現場火災參數動態監測與預警

通過耐高溫雙光式攝像頭、溫度及各類煙霧濃度傳感器等，實時采集現場火災參數數據，結合人員分布等相關信息，方便救援人員實時掌握現場火災發展態勢。

采用大數據可視化技術，結合SpringBoot+Vue前后端分離技術，開發消防系統實時監測與預警功能，傳感器采集的檢測數據經預處理后，以曲線圖和駕駛艙的形式展示在監測大屏上，方便值班人員直觀地查看建筑物內消防設備設施的實時工作狀態，如圖6 所示。

圖6 某車站人流分布及人員數量實時統計結果

消防監控界面的消息提示框中動態更新顯示的報警信息，提醒值班人員及時查看和處理，并將報警信息發送給指定的責任人員，提示其對異常報警的處置做出決策。

4 結束語

針對旅游鐵路消防系統智能運營維護的現實需求，研究將視頻監控、藍牙定位、物聯網等技術應用于消防安全管理，結合都四線示范工程，重點實現人員自動檢測、定位和跟蹤，消防設備設施狀態監測和自動巡檢，以及災情現場火災參數動態監測與預警，能夠極大地增強旅游鐵路消防系統運營維護能力，為火災救援指揮提供準確可靠的決策參考信息。

通過都四線示范工程開展的旅游鐵路消防系統智能運營維護技術實踐探索，可為其他旅游鐵路消防系統智能運營維護平臺的建設提供有益參考。