光纤光栅火灾报警系统在高速公路隧道中的应用_张影

光纤光栅火灾报警系统在高速公路隧道中的应用

张

摘

影

（重庆市华驰交通科技有限公司，重庆400060）

要：近年来，随着交通事业的快速发展，国内公路、铁路和城市交通隧道总里程迅速增加，特长公路隧道纪录被不断

刷新，由此给隧道消防安全带来极大的挑战。国内外高速公路隧道火灾事故造成的危害已引起各国对隧道消防安全问题高度重视，因此，隧道内进行实时、准确的火情监测，对保障公共财产安全和人身安全具有十分重要的意义。关键词：高速公路隧道;火灾;光纤光栅报警系统;技术优势文章编号：1009－77（2013）04－0142－03

中图分类号：U459.2

文献标识码：B

ApplicationofFiberGratingFireAlarmSystemsinExpresswayTunnels

ZHANGYing

光纤光栅信号处理部件、传输光缆组度探测单元、

1

高速公路隧道光纤光栅火灾报警系统的目的和意义

高速公路隧道运营后，由于其长度大、地质复杂，随着社会交通车辆数量的不断增加，车辆在隧道内发生火灾事故的可能性也越来越大。隧道火灾不同于一般建筑火灾，特别是长里程隧道，一旦发生火灾，由于其空间狭长，故易形成温室效应，导致火势发展迅速，温度快速升高并带有浓烟，后面跟进的车辆和人员很难及时疏散，从而导致大量人员伤亡。因此在高速公路隧道内采用火灾消防在线监测系统进行监测显得尤其重要。

隧道火灾报警系统选用光纤光栅作为温度探测单元，除了能及时发现火灾、报警火灾外，还能及时反映火情扩散情况，对隧道救援和消防决策提供可靠依据。其在火灾初期温度发生异常变化时就能进行报警，无疑会将损失减少到最小，有助于将火灾扑灭在萌芽状态。22.1

高速公路隧道光纤光栅火灾报警系统构成方案子系统

光纤光栅火灾报警系统包括光纤光栅自动感温火灾探测系统、手动火灾报警系统、数据通讯数据管理系统3大子系统。2.1.1

光纤光栅自动感温火灾探测系统

图2

手动报警按钮、感烟、感温连接方式图1

光纤光栅探测单元布设方式

成。该系统实时监测隧道温度，光纤光栅信号处理部件可显示当前隧道的温度分布曲线，相当直观。当隧道温度达到预先设定的阈值时，系统会自动发出声光报警，同时还会向监测中心发出报警触点闭合信号。光纤光栅探测单元布设方式见图1。2.1.2

手动火灾报警系统

手动火灾报警系统由手动报警按钮、火灾报警控制器、感烟感温探测器、传输电缆组成，见图2。当发生火灾或其他紧急事故时，隧道内的行人按下手动报警按钮向控制器发出火灾报警信号，控制器接收到报警信号后，显示出报警按钮的编号或位置，并发出报警声响。2.1.3

数据通讯、数据管理系统

为了达到实时监测或远程监测的目的，应将光纤光栅火灾报警系统状态信号和报警信号通过合理

光纤光栅自动感温火灾探测系统由光纤光栅温

收稿日期：2013－02－07作者简介：张

影（1981－），女，重庆市人，硕士，工程师．

2013年第4期张影:光纤光栅火灾报警系统在高速公路隧道中的应用143

的方式传输到监控室，或在计算机终端显示，或直接进入监测数据库。这些数据经恰当的组织被有效储存，监控中心人员根据需要可以查询或读取调用。2.2

拓扑结构

光纤光栅火灾报警系统拓扑结构见图3。

5）实时自检。光纤光栅信号处理器可以实时校准，以保证系统的可靠性和正确性。

6）长期稳定。由于采用了非胶封装工艺，传感器的长期稳定性大大提高，尤其适用于在高温高湿环境下的测量，避免了采用传统封装工艺容易出现正常工作状态下能安全运行20年的零点漂移现象，以上。

7）全寿命成本低。不需日常维护，使用成本低。8）多种接口。配置各种常用输出接口，以满足各种系统的配接需要。3

高速公路隧道光纤光栅火灾报警系统技术优势目前应用于隧道的火灾报警技术有3种，即双波长火焰探测技术、分布式光纤探测技术及光纤光栅探测技术。

双波长火焰探测技术的优点是成本低，但其在温度报警点的设置以及定位、定量、重复使用性等方面存在严重缺陷。

分布式光纤探测技术于上世纪80年代提出，其长距离的温度测量，但其仅是基于对能进行分布式、

微弱反射模拟信号的测量，所以容易受光源起伏等其它因素的干扰；另一方面，其测量精度和响应时间无法同时实现既响应时间短又测量精度高。相互制约，

光纤光栅探测技术是近几年发展起来的新一代传感技术，其采用对波长信号进行数字式测量，具有抗强电磁干扰、电绝缘性好、防雷击、本质安全防爆、

精度高、重量轻、体积小等优点，而且监测距离长、响应时间快、布点灵活，已应用于许多领域的安全监测。

双波长火焰探测技术、分布式光纤探测技术及光纤光栅探测技术优缺点比较如表1所示。

图3隧道火灾报警系统拓扑结构

2.3功能特点

1）差温报警。依据隧道内温度升高的速率预/

报警，可将火灾消除在萌芽状态，同时防止误报警。

2）快速响应。温度探测、信号处理和判断的总时间不超过10s，确保事故能得到及时处理。

3）精确定位。报警点定位取决于相邻火灾探测器的间距，可根据工程需要灵活调整探头的布设间距，一般为10m。

4）界面直观。用户可通过软件界面了解隧道内温度变化情况，并进行数据管理，包括温度列表、温度分布曲线、温度和报警历史记录等。

表1

比较内容响应时间/s测量精度报警定位报警全面性测量范围报警方式检测量类型系统稳定性总体性能

分布式光纤

＜40中一般

全程监控分布式测温，

－30～120℃任意设定定温，差温，混合

模拟量经常维护

光强检测对光源要求高，长期使用寿命短；反应速稳定性差，

度慢；报警定位不准确

几种火灾探测技术比较

双波长火焰

＜30中一般

以点测温，无法全程监控

只能检测明火

定温开关量经常维护

光纤光栅＜10高准确

光纤光栅测温，全程监控

－30～120℃任意设定

定温，差温，混合

数字量稳定

受电磁干扰和恶劣环境影响小，抗干扰能精度力强；反应速度快；报警定位准确，高；稳定性好，基本免维护

易受电磁干扰，只能一次性使用；感温铜管施工维护困难；灵敏度低，容易误报、漏报

144公路交通技术2013年

J］．激光与红外，2010，40（2）：178－180．中的应用［

4结语

本文论述了光纤光栅火灾报警系统的构成、拓

［2］李春杰．光纤光栅火灾报警系统设计应用［J］．中国交2008（5）：110－112．通信息产业，［3］姜德生，何［4］朱［5］陈

军，范

．光伟．光纤光栅传感器的应用概况［J］2002，13（4）：420－430．电子激光，

典．光纤光栅隧道火灾探测器的设计研J］．武汉理工大学学报，2007，29（4）：107－109．究［

飚，范

典，王立新，等．基于光纤光栅传感器的

扑结构、系统功能特点及其技术优势，该技术是近年发展起来的新一代传感技术。光纤光栅火灾报警系统集多级定差温报警、手动报警及实时温度监测于一体，可真正做到防患于未然，作为隧道火情监测系在高速统其具有其它技术无可比拟的优势。因此，公路隧道内采用光纤光栅火灾报警系统，不仅可以提高火灾报警系统的可靠性，使火灾造成的损失降到最小，还可取得一定的经济效益和社会效益。

参考文献

［1］张

嵩，王

剑．光纤光栅传感技术在隧道火灾监控

J］．公路交通科技：应用技术隧道火灾报警监测系统［2006（7）：122－123．版，［6］常

菲．光纤光栅传感技术在火灾报警系统中的应用［J］．建筑电气，2007，26（12）：33－35．

［7］熊晓方，王凯睿．分布式光纤温度传感技术及其应用［J］．江西电力，2007，31（3）：9－12．［8］张昕明，余有龙，朱

勇．光纤光栅传感系统信号解调

J］．光电子技术与信息，2002，15（4）：17－20．技术［

欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍(上接第141页)

J］．自动化技术，2008，30（2）：161－1．测方法［象，依据燃烧火焰的剧烈跳动特性，通过小波变换来

［5］许宏科，房建武，文常保．基于亮度与火焰区域边缘颜分析火焰疑似区域高度变化曲线，并利用高频分量系数绝对值在某一阈值范围内的数量来识别视频图

像中是否存在火灾火焰。通过试验得出如下结论。

1）在利用HSI颜色模型提取火焰疑似区域前，需将隧道内移动车辆灯光干扰滤除，以使提取的疑似区域更加精准。

2）本文提出的火焰检测方法可以很好地将一

尾灯和受控源（如蜡烛火焰、打般火焰与汽车车灯、

火机）区分开来，达到用视频图像识别火焰的目的。

进一步的研究主要有如下2方面。1）如何克服稳定燃烧后的火灾，其火焰跳动变化不大的问题。

2）结合图像中火灾烟雾检测方法，对阴燃或火焰被遮挡情况下的火灾进行识别。

参考文献

［1］王少飞，林

．志．公路隧道火灾事故特性及危害［J］

2011，30（4）：337－340．消防科学与技术，

．计算机应用研究，2010，27色分布的火焰检测［J］（9）：3581－3584．［6］张进华，庄

健．一种基于视频多特征融合的火焰识

J］．西安交通大学学报，2006（7）：811－814．别算法［

［7］ByoungCK，Kwang－HoCheong，Jae－YealNam．Early

firedetectionalgorithmbasedonirregularpatternsof．FireflamesandhierarchicalBayesianNetworks［J］SafetyJournal，2010（45）：262－270．

［8］ChenTH，WuPH，ChiouYC．Anearlyfiredetection

methodbasedonimageprocessing［C］//ProcessingofIEEEInternationalConferenceonImageProcessing．2004．［9］HaritaogluI，HarwoodD，DavisL．W4：real－time

surveillanceofpeopleandtheiractivities［J］．IEEETrans2003，22（8）：PatternAnalysisandMachineIntelligence，809－830．

［10］杨伟松．基于视频的高速公路隧道火灾检测技术研究

［D］．西安：长安大学，2012．

［11］HangWenbing，PengJianwen，ChenChiyuan．Anew

imagebasedreal－timeflamedetectionmethodusingcoloranalysis［C］//ProceedingofNetworking，SensingandControl.2005．

［12］刘建伟，苏亚新，万俊甫，等．基于视频的公路隧道检测

J］．交通安全，2007（12）：18－12．算法研究综述［

［2］许宏科，房建武，杨伟松．高速公路隧道火灾检测技术

J］．公路交通技术，2011，6（3）：119－124．研究［［3］孙

宇，王

健，于

洋，等．浅谈图像型早期火灾监

J］．消防科学与技测与数控固定消防水炮扑救技术［2003，22（3）：223－225．术，

［4］王振华，王慧琴，王燕妮，等．基于视频图像的火灾探