城市重點區(qū)域火災(zāi)預(yù)警探測技術(shù)

上海市松江區(qū)消防救援支隊 唐 淼

本文論述了一種針對城市重點區(qū)域的火災(zāi)預(yù)警探測技術(shù)，通過該技術(shù)能夠?qū)崟r對重點區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)情況進(jìn)行24h不間斷監(jiān)測預(yù)警，實時向救援人員提供火災(zāi)預(yù)警信息和火災(zāi)現(xiàn)場情況。

火災(zāi)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(jìn)程的逐步加快，城市重點區(qū)域（包括消防安全重點單位及“九小場所”）的火災(zāi)發(fā)生率成倍的增加，同時也給區(qū)域?qū)俚叵谰仍块T提出了新時代的更高要求。降低火災(zāi)產(chǎn)生的危害，就必須在火災(zāi)初期或者更早的時期發(fā)現(xiàn)和消滅，也因此產(chǎn)生對火災(zāi)預(yù)警探測的實際需求?；馂?zāi)必然產(chǎn)生煙、霧、火焰等，同時也會造成周邊環(huán)境溫度升高，形成特有的燃燒聲音和燃燒圖像。火災(zāi)預(yù)警探測技術(shù)就是對火災(zāi)燃燒中產(chǎn)生的煙霧、火焰、環(huán)境溫度、氣體形態(tài)等做出智能分析并判斷來確定是否為火災(zāi)。

1 各類火災(zāi)探測技術(shù)對比分析（如表1）

表1 各類火災(zāi)探測技術(shù)對比分析表

2 城市重點區(qū)域特點及火災(zāi)預(yù)警探測方法

2.1 城市重點區(qū)域的特點

城市重點區(qū)域這里是指區(qū)內(nèi)消防重點單位及城市內(nèi)九小場所，如醫(yī)院、學(xué)校、大型綜合體等消防重點單位和小學(xué)校、小醫(yī)院、小商場、小餐飲場所、小旅館、小歌舞娛樂場所、小網(wǎng)吧、小美容洗浴場所、小生產(chǎn)加工企業(yè)等九小場所。這些場所具有的共同特點是：各類空間環(huán)境有限、人員結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜、配套消防設(shè)施差、整體出入口單一、火災(zāi)發(fā)生后疏散較為困難、救援進(jìn)入不便捷等。如果只采取單一的火災(zāi)探測系統(tǒng)進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警探測，誤報較多，漏報嚴(yán)重；而且火災(zāi)定位極其困難或者無法定位。

2.2 城市重點區(qū)域火災(zāi)預(yù)警探測技術(shù)需求

城市重點區(qū)域裝備的火災(zāi)探測系統(tǒng)與目前常規(guī)使用的探測系統(tǒng)相比，需要增加一些特定的技術(shù)。

（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(shù)的紅外遙感球型攝像機(jī)，實現(xiàn)對全區(qū)域7×24h全面火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警?？梢詫崟r定位火災(zāi)發(fā)生地點，記錄火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展全過程視頻，并利用5G網(wǎng)絡(luò)低延時，大帶寬的技術(shù)特點，實時傳輸火災(zāi)現(xiàn)場圖片及視頻到消防救援部門。

（2）片。接入現(xiàn)有街面視頻監(jiān)控進(jìn)行圖像識別，及重點單位周邊增加紅外遙感筒型攝像機(jī)，實現(xiàn)各街面片上7×24h火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警。可以實時定位火災(zāi)發(fā)生地點，記錄火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展全過程視頻，并利用5G網(wǎng)絡(luò)低延時，大帶寬的技術(shù)特點，實時傳輸火災(zāi)現(xiàn)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(shù)字、模擬等）監(jiān)控攝像機(jī)并實現(xiàn)火災(zāi)圖像預(yù)警分析。

（3）面。在重點建筑內(nèi)部各個房間配套安置獨立式煙感報警探測器和電氣火災(zāi)探測器及各種探測頭，實現(xiàn)室內(nèi)重點部位7×24h全面火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警?？梢詫崟r定位火災(zāi)發(fā)生地點，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時傳輸火災(zāi)煙、霧及電氣線路溫度、電流等各類參數(shù)。

集成各種火災(zāi)預(yù)警探測技術(shù)、5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，總體實現(xiàn)城市重點區(qū)域點、片、面全方位立體實時火災(zāi)預(yù)警探測系統(tǒng)。

3 城市重點區(qū)域火災(zāi)預(yù)警探測技術(shù)的實現(xiàn)

3.1 綜合圖像分析探測技術(shù)

（1）火焰形態(tài)圖像探測技術(shù)。使用高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)實時掃描重點區(qū)域，對現(xiàn)場圖像形態(tài)利用各種算法及技術(shù)（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(jìn)行分析，結(jié)合火災(zāi)早期火焰形態(tài)（包括火焰顏色、閃爍頻率、形狀變化、發(fā)生發(fā)展趨勢等）特征來實現(xiàn)預(yù)警探測。可以實現(xiàn)火災(zāi)探測預(yù)警和現(xiàn)場實時圖像結(jié)合，保證了系統(tǒng)的實時性、可靠性和實戰(zhàn)性。

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

3.2 獨立式煙感探測技術(shù)

獨立式煙感探測器通過檢測判斷煙霧濃度來實現(xiàn)火災(zāi)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(chǎn)生報警。光電型利用煙粒子對光線的散射和吸收作用來產(chǎn)生報警，光電型又分為散光、遮光兩種?；径疾捎妹芊饨Y(jié)構(gòu)，內(nèi)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(hù)，性價比高等優(yōu)點。適用重點區(qū)域室內(nèi)各種環(huán)境，尤其密閉空間。預(yù)警發(fā)生后，通過無線網(wǎng)絡(luò)即時發(fā)出報警信息到消防救援單位，實戰(zhàn)性高。

3.3 電氣火災(zāi)探測技術(shù)

電氣火災(zāi)探測器通過監(jiān)控主機(jī)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(yīng)、溫度效應(yīng)變化等相關(guān)原理，并經(jīng)過信號放大、A/D轉(zhuǎn)換、處理器對變化幅值進(jìn)行分析、判斷后產(chǎn)生預(yù)警信號?？梢蕴綔y電氣線路上的剩余電流、溫度、電壓等關(guān)鍵參數(shù)，同時內(nèi)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(shù)據(jù)等特點?？梢栽O(shè)定各類報警閾值，當(dāng)被監(jiān)測電氣線路中漏點電流、電壓、溫度發(fā)生異常時，傳感器采集傳感信號發(fā)送到監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行分析，并通過無線網(wǎng)絡(luò)即時發(fā)送報警信息到消防救援單位。

3.4 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原來的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，最高可達(dá)10Gbit/s，相比先前的4G LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)快100倍。更低的網(wǎng)絡(luò)延遲（更快的響應(yīng)時間），低于1ms，而4G網(wǎng)絡(luò)為30-70ms。非常適合在火災(zāi)圖像分析探測系統(tǒng)中應(yīng)用。

3.5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物體與網(wǎng)絡(luò)相連接，物體通過信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能。非常適用于各類火災(zāi)預(yù)警探測系統(tǒng)的探測器信息傳輸中。

結(jié)束語：如何實現(xiàn)城市重點區(qū)域火災(zāi)預(yù)警探測本身就是一個沒有規(guī)律性、沒有結(jié)構(gòu)性的城市管理難題，更是無法使用精確的數(shù)據(jù)語言來描述和總結(jié)。任何火災(zāi)從發(fā)生到發(fā)展最終結(jié)束的過程都是相當(dāng)復(fù)雜，始終會伴隨有很多非規(guī)律性、無法數(shù)字表達(dá)的各類信號產(chǎn)生。同時任何兩次火災(zāi)，即時發(fā)生再同一區(qū)域、同一地點也會完全不一樣?，F(xiàn)階段仍然沒有什么火災(zāi)預(yù)警探測系統(tǒng)能夠適用并滿足各類環(huán)境需求，即使是在成熟的城市重點區(qū)域。因此在城市火災(zāi)預(yù)警探測系統(tǒng)中如何降低誤報率，如何避免漏報率，如何提升火災(zāi)預(yù)警探測的實戰(zhàn)性仍然有很多需要研究探討的課題。