基于多傳感器的大跨度隧道消防報警控制技術

嚴小亮

(柳州城市職業學院,廣西 柳州 545036)

0 引言

隨著隧道技術的迅速發展,各類隧道工程的建設為公路運輸、經濟的發展提供了方便,同時也對隧道的消防安全提出了新的挑戰。連續的大范圍火災表明,如果不在隧道火災初期加以有效的控制,將會造成巨大的經濟損失,甚至出現人員傷亡。王培平等[1]提出基于物聯網技術的設備聯動方法,采用近距離無線感應技術處理消防巡查信息,通過智能識別卡將信息傳輸至監視平臺,再通過云平臺傳送給遠端處理器進行處理,獲取報警內容;王佳等[2]提出基于BIM的設備聯動方法,通過格式模型輕量化展示消防架構,結合BIM工具化處理方式,整理幾何信息與非幾何信息,實現消防設備的智能聯動。然而,使用這兩種方法容易受到誘導信息影響,傳輸的消防信息存在偽造性,聯動效果不佳。為此,本文提出了基于多傳感器的大跨度隧道消防報警控制技術。

1 工程概況

廣西大浦高速公路某大跨度隧道為雙向隧道,左線全長1 105 m,右線全長1 140 m。在隧道的入口處和右側的隧洞中有一定的偏置,工程地質條件不佳,在隧洞施工過程中容易出現大變形、塌方等危險,并且建設周期較長,施工困難。

該隧道內的視頻監控系統為一種基于視頻的仿真監測系統,由于觀測角度有限,很難對隧道中的其他報警進行有效的觀測。

2 基于多傳感器的大跨度隧道消防報警控制技術

2.1 監控裝置和消防報警聯動控制原理

由于火災報警系統和視頻監測系統不能形成有效的聯動控制,有太多的環節需要人為思考,不僅會影響到滅火效率,還會使火災蔓延,造成嚴重后果。因此,需要通過高清視頻監控系統與火災報警系統的聯動控制技術[3],準確地判斷噴水口的位置,防止人工判斷錯誤,影響救援工作效率[4]。

2.1.1 煙霧傳感器智能檢測裝置

視頻監控系統能夠輔助定位隧道內噴水口位置,基于該情況,設計了一種基于多傳感器技術的煙感器智能聯動監控裝置,如圖1所示。

圖1 煙霧傳感器智能監控裝置示意圖

由圖1可知,該系統由采集、處理、通信三大模塊組成,采用多個煙感器進行煙霧濃度數據采集和數據的交互、傳輸,并由服務器進行數據的存儲與分析[5],最后通過監測裝置將所檢測的數據傳送至多臺傳感器及遙控終端,實現對各種異常狀況的實時、無死角追蹤。

2.1.2 煙霧傳感器聯動控制檢測報警

在煙感器智能聯動控制監控裝置下,設計聯動控制報警流程如下:

步驟一:通過管理平臺能夠實時監測雙波長串行信號,在監控到火情的情況下,系統界面會自動將報警信號收集到管理平臺[6],并在訊息面板中顯示報警信息。

步驟二:當GIS位置坐標中的報警裝置點開始閃動時,屏幕中心顯示聚集的報警點位。

步驟三:火災點煙感器在收到火災報警信息后,會在客戶端和大屏幕上顯示相應的煙霧濃度數據。

步驟四:在控制面板中,如果確定發生火災,面板將自動打開煙霧傳感器進行煙霧濃度掃描;如果出現錯誤的警報,則自動記錄為虛警,并向ifix5發出指令,ifix5會把執行結果反饋給管理平臺,并將其結果記錄在日志中。

2.2 基于多傳感器技術的滅火聯動控制

2.2.1 位置傳感器火情坐標定位

通過一個單一的參照節點,對跳數傳播過程進行研究,如圖2所示。

圖2 跳數傳播過程示意圖

由圖2可知,通過獲取其他基準節點的位置和間隔跳數,得到各基準節點的平均每跳距離,并將其作為校正值廣播到網絡中[7]。參考節點i的平均每跳距離,其計算公式為:

(1)

式中:sij——節點i到j的跳數;

(xi,yi)、(xj,yj)——節點i和j的坐標。

(2)

將式(2)表示為線性方程形式,使用最小均方差估計方法,能夠得到節點k的坐標:

X=(RTR)-1RTa

(3)

當RTR的值為非奇異值時,節點k的坐標就是一個唯一值。

2.2.2 滅火聯動控制方案

通過對煙霧傳感、位置傳感器的聯動控制,能夠獲取火災位置、火情大小,從而實現智能消防報警的應急措施。此處通過與監視裝置的聯動控制,設計了聲光報警模塊,與其他裝置的輸出接觸點相連接,如圖3所示。

圖3 滅火聯動控制方案示意圖

由圖3所知,當火災發生時,火災探測器會同時向消防管理計算機和現場火災報警控制器發出訊號。該系統能將火災現場的數據轉移到消防屏幕上,實現了聲光的同步聯動控制[8]。當消防水泵啟動時,供水系統自動連接,鎖定水源,開啟閥門,精確控制火焰。當火焰完全熄滅時,閥門會自動關閉,也能開啟氣體滅火裝置,達到自動滅火目的。

3 試驗

3.1 試驗平臺的搭建

以廣西大浦高速公路某大跨度隧道為例,搭建試驗平臺,如圖4所示。

圖4 試驗平臺示意圖

以圖4為例,通過GIS位置坐標直觀地展示了該隧道的斷面效應,在隧道內設立多個探測器裝置,與火災監控中心互聯,從而可以實時地將隧道各報警所獲取的數據信息反饋到GIS環境中,實現對各種異常情況的實時追蹤。

3.2 火災定位精準度對比分析

為了驗證所提方法的可行性,進行試驗。在火勢蔓延區域,預設著火點位置,如下頁圖5所示。

圖5 火勢蔓延位置示意圖

以圖5為依據,對火災定位精準度進行分析,結果如圖6所示。

圖6 3種方法火災定位精準度對比散點圖

由圖6可知,使用基于物聯網技術的報警聯動控制方法定位的著火點位置有5個,使用基于BIM的設備聯動方法定位的著火點位置有9個,均與實際著火點(6.8,7.0)不一致;使用基于多傳感器的控制技術定位的著火點位置有兩個,坐標分別為(6.9,7.1)、(7.0,6.9),與實際著火點(6.8,7.0)相差不大,基本一致。

通過上述研究結果可知,所提方法能夠精準定位火災位置。

3.3 聯動控制時間對比分析

分別使用基于物聯網技術的設備聯動方法、基于BIM的報警聯動控制方法和基于多傳感器的控制技術,對比分析聯動控制時間,如表1所示。

表1 3種方法聯動控制時間對比分析表

由表1可知,在火災蔓延范圍為14 m時,使用基于物聯網技術的設備聯動方法,聯動控制時間為41 s;使用基于BIM的設備聯動方法,聯動控制時間為35 s;使用基于多傳感器的控制技術,聯動控制時間為18 s,說明該方法運行速度快,聯動控制效率高。

4 結語

通過上述試驗可知,基于多傳感器的大跨度隧道消防報警控制技術,在廣西大浦高速公路某大跨度隧道內得到了廣泛的應用。該方法可以實現對火災的精確定位,有效地提高現場應急反應能力,從而實現滅火自動化,降低火災損失,增強隧道消防安全。