交通隧道火灾监测行业现状及趋势分析

2014-05-09王永皎

交通科技 2014年1期

王永皎

（河南城建学院计算机科学与工程学院平顶山 467036）

随着经济的发展和人们日常生活水平的提高，各种交通隧道相应涌现。据统计，我国现在已经成为世界上交通隧道规模最大和里程最长的国家。交通隧道主要指公路隧道、铁路隧道、地铁隧道等。交通隧道作为立体交通方式之一，不仅可以缓解城市交通压力，解决交通干线跨江越海受到的限制，而且可以缩短线路里程，降低对周围环境和人民生产、生活的影响。交通隧道因其在穿越障碍，提高交通能力，节约土地资源，加强城市防范等方面的巨大优势，日益受到各国的青睐。

随着交通隧道在人们生产、生活中发挥的作用越来越大，应用越来越广，其潜在的灾害也逐渐得到了更多的重视。在已发生的各种隧道事故中，隧道火灾是最严重的一种，造成的人员伤亡和物资损害也是最大的。由于交通隧道环境的封闭性，火灾时，排烟与散热条件差，温度高，会很快产生高浓度的有毒烟雾，致使人员疏散困难、救火难度大，损失程度严重。火灾不但会导致整条线路交通的瘫痪，极大地影响正常的生产和生活的进行，导致社会经济的损失，也会带来严重的社会负面影响，降低公众对隧道安全性的信任，特别是对于各类长距离隧道，一旦发生交通火灾事故，其后果较其他事故更危险、更严重。

可见，交通隧道在给人们生产、生活带来便利的同时，作为隧道事故主要灾害的隧道火灾也给国家和人民造成了巨大的经济损失和社会影响。因此，对交通隧道采取火灾在线监测显得尤其重要。交通隧道火灾监测已成为一个新的研究热点，受到越来越多的关注。笔者就当前交通隧道火灾监测行业现状和发展趋势进行简要介绍。

1 隧道火灾监测技术现状

目前，现有的交通隧道火灾监测技术主要有如下3种：基于多波长红外火焰探测器的隧道火灾监测技术，基于分布式光纤温度传感器的隧道火灾监测技术及基于光纤光栅感温火灾探测器的隧道火灾监测技术。

（1）基于多波长红外火焰探测器的隧道火灾监测技术［1］。多波长火焰探测器运用了多红外传感技术，使用2个以上具有窄带滤波的不同波长的红外传感器，其中一只传感器的工作是反映火焰信息的中心波长，另外的传感器监视环境中的其他红外辐射，结合火焰的闪烁特征，通过特定的微处理器和专用的数学算法模型进行运算分析，使得只有符合火焰特征的辐射频谱才会被确认为火警。该检测技术主要是针对隧道内的车辆火灾或汽油火灾，且必须要产生明火，只要火灾发生，检测到火焰就产生报警，这一点与感温判断火灾截然不同，不需要温度与火灾的判断，也不通过温度趋势变化判断火灾。该设备系统构成较简单，一般包括火灾报警控制器和布设于隧道侧壁的双波长火焰探测器，火焰探测器间距为50～80 m，所有探测器检测信号通过一根总线进行传输。

双波长火焰探测器最明显的优点是检测灵敏度高，不受隧道内射流风机产生的高速气流影响。另一方面，容易受到遮挡物、灰尘等的影响，也需要克服其他光源对火灾监测的影响。

（2）基于分布式光纤温度传感器的隧道火灾监测技术［2］。光纤分布式温度检测系统工作原理为将激光光源发出的光脉冲注入光纤中，拉曼散射光会沿着光纤反射回来，光纤各处反射回来的拉曼散射光的强度会随着光纤长度上的温度变化而变化，通过对反射回来的拉曼散射光进行分析处理，可以判断整条光纤方向的温度分布与变化情况。据此，结合分析应用软件系统，可以判断隧道内是否发生火灾。

该检测器的优点是系统方案简单，控制设备少，检测距离长，且不中断，无中继设备，光纤即是感温元件，又是信号传输媒体，不受周围环境中电磁波干扰。另一方面，硬件系统属于微弱信号检测，复杂的信号检测和处理技术。系统可实现火灾的预警、火灾趋势分析及火灾报警的智能化预警控制功能；火灾报警控制方式可通过温度值，也可通过温升速率进行监控，该检测系统组网灵活，安装方便，并可对光纤损坏、设备故障等进行自检。

（3）基于光纤光栅感温火灾探测器的隧道火灾监测技术［3］。光纤光栅探测器采用光纤光栅作为温度敏感元件，对波长信号进行数字式测量，采用先进解调技术进行波长检测。当信号处理器检测到光纤光栅的反射波长出现异常，它会发送报警信号给火灾报警控制器，火灾报警控制器再发出采取措施的信号。

该系统采用光栅进行信号检测，信号数字化，不受光强起伏变化干扰，检测精度高，响应速度快，适用于各种恶劣环境下长距离、高精度的温度监测。同时具备检测速度快，检测灵敏度高的特点。

2 隧道火灾监测技术发展趋势

（1）智能化。隧道火灾监测系统智能化是其发展的主要趋势之一。隧道火灾监测系统智能化是指系统对采集的环境温度、湿度、灰尘、光波等数据进行计算及综合分析，通过对各项环境数据进行对比判断，判断火灾信号真伪，从而准确地预报和探测火灾，避免环境因素的干扰，解决目前交通隧道火灾监测系统无法解决的误报和漏报现象。同时火灾报警系统与视频系统、消防系统、管理系统有机结合，服务隧道交通的管理。

（2）网络化。目前交通隧道火灾监测系统存在着通信协议不一致，网络化程度低，自我封闭，无法互联互通的不足。采用统一标准、开放的通信协议，实现资源与信息共享，是交通隧道火灾监测系统发展的趋势，也是交通隧道火灾监测系统与城市消防信息系统联网的需要。

（3）技术多样化。目前交通隧道火灾监测采用多种监测技术与手段，如：光电感烟探测器、红外对射式感烟探测器、线型感温电缆、智能型感温探测器，双波长火焰火灾探测器、分布式光纤感温探测器和光纤光栅感温火灾探测器等。将多种监测技术进行融合及研制新型交通隧道火灾监测技术成为交通隧道火灾探测技术发展和应用研究的方向。

总体来看，考虑到不同技术的特点，将光纤感温和红外火焰探测技术相结合，组合成综合性的火灾报警系统应该是今后的发展趋势。交通隧道火灾监测系统架构图见图1。

图1 交通隧道火灾监测系统架构图

3 隧道火灾监测市场需求分析

我国现有公路大型隧道1 000余个，总长1 000多k m；铁路隧道5 300多个，总长2 500余k m；地下铁路885 k m，我国是世界上隧道数量最多、建设规模最大、发展速度最快的国家之一。随着我国近几年西部大开发战略的实施，隧道长度和规模还会不断增加，即将建设的隧道数量越来越多，公路交通隧道的火灾报警系统的潜在市场需求巨大。

近年来，城市快速轨道交通（以下简称城轨交通）在我国得到较快发展，部分特大城市相继建成了一批项目，使城市交通状况有了明显改善，对充分发挥城市功能，改善环境，促进经济和社会发展起到了重要作用。2012年9月6日国家发改委公布了批复的24项城市轨道交通建设规划，总投资规模预计超过8 000亿元，涉及18市和2个城市群。苏州、杭州、成都、青岛、深圳、广州、宁波、天津、西安、长春、石家庄、太原、兰州、上海、哈尔滨、沈阳、厦门、常州的城市轨道建设获批。内蒙古呼包鄂地区和江苏省沿海城市群的城际铁路规划获批，前者包括呼和浩特、包头、鄂尔多斯3市，后者涵盖南京、镇江、常州、无锡、苏州、扬州、泰州、南通8市。

根据各个城市的轨道交通建设规划，中国各大主要城市的地铁线路已开通的有71条，建设中的有82条，规划实施中的有208条，地铁建设总量在361条。

按每条线路投入200万元用于光纤温度监测及火灾报警测算，2013年在交通隧道领域的光纤传感技术市场需求在4～5亿元之间，预计到2015年，市场年需求接近7亿元。