基于多傳感器的大跨度隧道消防報(bào)警控制技術(shù)

嚴(yán)小亮

(柳州城市職業(yè)學(xué)院,廣西 柳州 545036)

0 引言

隨著隧道技術(shù)的迅速發(fā)展,各類隧道工程的建設(shè)為公路運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了方便,同時(shí)也對隧道的消防安全提出了新的挑戰(zhàn)。連續(xù)的大范圍火災(zāi)表明,如果不在隧道火災(zāi)初期加以有效的控制,將會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,甚至出現(xiàn)人員傷亡。王培平等[1]提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備聯(lián)動(dòng)方法,采用近距離無線感應(yīng)技術(shù)處理消防巡查信息,通過智能識別卡將信息傳輸至監(jiān)視平臺,再通過云平臺傳送給遠(yuǎn)端處理器進(jìn)行處理,獲取報(bào)警內(nèi)容;王佳等[2]提出基于BIM的設(shè)備聯(lián)動(dòng)方法,通過格式模型輕量化展示消防架構(gòu),結(jié)合BIM工具化處理方式,整理幾何信息與非幾何信息,實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備的智能聯(lián)動(dòng)。然而,使用這兩種方法容易受到誘導(dǎo)信息影響,傳輸?shù)南佬畔⒋嬖趥卧煨?聯(lián)動(dòng)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(bào)警控制技術(shù)。

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(cè)的隧洞中有一定的偏置,工程地質(zhì)條件不佳,在隧洞施工過程中容易出現(xiàn)大變形、塌方等危險(xiǎn),并且建設(shè)周期較長,施工困難。

該隧道內(nèi)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)為一種基于視頻的仿真監(jiān)測系統(tǒng),由于觀測角度有限,很難對隧道中的其他報(bào)警進(jìn)行有效的觀測。

2 基于多傳感器的大跨度隧道消防報(bào)警控制技術(shù)

2.1 監(jiān)控裝置和消防報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制原理

由于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和視頻監(jiān)測系統(tǒng)不能形成有效的聯(lián)動(dòng)控制,有太多的環(huán)節(jié)需要人為思考,不僅會影響到滅火效率,還會使火災(zāi)蔓延,造成嚴(yán)重后果。因此,需要通過高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)[3],準(zhǔn)確地判斷噴水口的位置,防止人工判斷錯(cuò)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(jiān)控系統(tǒng)能夠輔助定位隧道內(nèi)噴水口位置,基于該情況,設(shè)計(jì)了一種基于多傳感器技術(shù)的煙感器智能聯(lián)動(dòng)監(jiān)控裝置,如圖1所示。

圖1 煙霧傳感器智能監(jiān)控裝置示意圖

由圖1可知,該系統(tǒng)由采集、處理、通信三大模塊組成,采用多個(gè)煙感器進(jìn)行煙霧濃度數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)的交互、傳輸,并由服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲與分析[5],最后通過監(jiān)測裝置將所檢測的數(shù)據(jù)傳送至多臺傳感器及遙控終端,實(shí)現(xiàn)對各種異常狀況的實(shí)時(shí)、無死角追蹤。

2.1.2 煙霧傳感器聯(lián)動(dòng)控制檢測報(bào)警

在煙感器智能聯(lián)動(dòng)控制監(jiān)控裝置下,設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)控制報(bào)警流程如下:

步驟一:通過管理平臺能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測雙波長串行信號,在監(jiān)控到火情的情況下,系統(tǒng)界面會自動(dòng)將報(bào)警信號收集到管理平臺[6],并在訊息面板中顯示報(bào)警信息。

步驟二:當(dāng)GIS位置坐標(biāo)中的報(bào)警裝置點(diǎn)開始閃動(dòng)時(shí),屏幕中心顯示聚集的報(bào)警點(diǎn)位。

步驟三:火災(zāi)點(diǎn)煙感器在收到火災(zāi)報(bào)警信息后,會在客戶端和大屏幕上顯示相應(yīng)的煙霧濃度數(shù)據(jù)。

步驟四:在控制面板中,如果確定發(fā)生火災(zāi),面板將自動(dòng)打開煙霧傳感器進(jìn)行煙霧濃度掃描;如果出現(xiàn)錯(cuò)誤的警報(bào),則自動(dòng)記錄為虛警,并向ifix5發(fā)出指令,ifix5會把執(zhí)行結(jié)果反饋給管理平臺,并將其結(jié)果記錄在日志中。

2.2 基于多傳感器技術(shù)的滅火聯(lián)動(dòng)控制

2.2.1 位置傳感器火情坐標(biāo)定位

通過一個(gè)單一的參照節(jié)點(diǎn),對跳數(shù)傳播過程進(jìn)行研究,如圖2所示。

圖2 跳數(shù)傳播過程示意圖

由圖2可知,通過獲取其他基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)的位置和間隔跳數(shù),得到各基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)的平均每跳距離,并將其作為校正值廣播到網(wǎng)絡(luò)中[7]。參考節(jié)點(diǎn)i的平均每跳距離,其計(jì)算公式為:

(1)

式中:sij——節(jié)點(diǎn)i到j(luò)的跳數(shù);

(xi,yi)、(xj,yj)——節(jié)點(diǎn)i和j的坐標(biāo)。

(2)

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

X=(RTR)-1RTa

(3)

當(dāng)RTR的值為非奇異值時(shí),節(jié)點(diǎn)k的坐標(biāo)就是一個(gè)唯一值。

2.2.2 滅火聯(lián)動(dòng)控制方案

通過對煙霧傳感、位置傳感器的聯(lián)動(dòng)控制,能夠獲取火災(zāi)位置、火情大小,從而實(shí)現(xiàn)智能消防報(bào)警的應(yīng)急措施。此處通過與監(jiān)視裝置的聯(lián)動(dòng)控制,設(shè)計(jì)了聲光報(bào)警模塊,與其他裝置的輸出接觸點(diǎn)相連接,如圖3所示。

圖3 滅火聯(lián)動(dòng)控制方案示意圖

由圖3所知,當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí),火災(zāi)探測器會同時(shí)向消防管理計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)出訊號。該系統(tǒng)能將火災(zāi)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到消防屏幕上,實(shí)現(xiàn)了聲光的同步聯(lián)動(dòng)控制[8]。當(dāng)消防水泵啟動(dòng)時(shí),供水系統(tǒng)自動(dòng)連接,鎖定水源,開啟閥門,精確控制火焰。當(dāng)火焰完全熄滅時(shí),閥門會自動(dòng)關(guān)閉,也能開啟氣體滅火裝置,達(dá)到自動(dòng)滅火目的。

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)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(yàn)平臺,如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)平臺示意圖

以圖4為例,通過GIS位置坐標(biāo)直觀地展示了該隧道的斷面效應(yīng),在隧道內(nèi)設(shè)立多個(gè)探測器裝置,與火災(zāi)監(jiān)控中心互聯(lián),從而可以實(shí)時(shí)地將隧道各報(bào)警所獲取的數(shù)據(jù)信息反饋到GIS環(huán)境中,實(shí)現(xiàn)對各種異常情況的實(shí)時(shí)追蹤。

3.2 火災(zāi)定位精準(zhǔn)度對比分析

為了驗(yàn)證所提方法的可行性,進(jìn)行試驗(yàn)。在火勢蔓延區(qū)域,預(yù)設(shè)著火點(diǎn)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(jù),對火災(zāi)定位精準(zhǔn)度進(jìn)行分析,結(jié)果如圖6所示。

圖6 3種方法火災(zāi)定位精準(zhǔn)度對比散點(diǎn)圖

由圖6可知,使用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制方法定位的著火點(diǎn)位置有5個(gè),使用基于BIM的設(shè)備聯(lián)動(dòng)方法定位的著火點(diǎn)位置有9個(gè),均與實(shí)際著火點(diǎn)(6.8,7.0)不一致;使用基于多傳感器的控制技術(shù)定位的著火點(diǎn)位置有兩個(gè),坐標(biāo)分別為(6.9,7.1)、(7.0,6.9),與實(shí)際著火點(diǎn)(6.8,7.0)相差不大,基本一致。

通過上述研究結(jié)果可知,所提方法能夠精準(zhǔn)定位火災(zāi)位置。

3.3 聯(lián)動(dòng)控制時(shí)間對比分析

分別使用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備聯(lián)動(dòng)方法、基于BIM的報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制方法和基于多傳感器的控制技術(shù),對比分析聯(lián)動(dòng)控制時(shí)間,如表1所示。

表1 3種方法聯(lián)動(dòng)控制時(shí)間對比分析表

由表1可知,在火災(zāi)蔓延范圍為14 m時(shí),使用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備聯(lián)動(dòng)方法,聯(lián)動(dòng)控制時(shí)間為41 s;使用基于BIM的設(shè)備聯(lián)動(dòng)方法,聯(lián)動(dòng)控制時(shí)間為35 s;使用基于多傳感器的控制技術(shù),聯(lián)動(dòng)控制時(shí)間為18 s,說明該方法運(yùn)行速度快,聯(lián)動(dòng)控制效率高。

4 結(jié)語

通過上述試驗(yàn)可知,基于多傳感器的大跨度隧道消防報(bào)警控制技術(shù),在廣西大浦高速公路某大跨度隧道內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。該方法可以實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)的精確定位,有效地提高現(xiàn)場應(yīng)急反應(yīng)能力,從而實(shí)現(xiàn)滅火自動(dòng)化,降低火災(zāi)損失,增強(qiáng)隧道消防安全。