摘 要：大空間建筑，尤其是存在遮擋和環境干擾時，現行的火災探測技術將難以正常發揮效用，無法解決靈敏度與可靠性之間的矛盾，大空間建筑早期火災的探測已成為火災探測領域的一個世界性難題，各國火災科學及消防科技工作者對此都十分關注。本文對大空間建筑火災探測中存在的問題進行了分析，并介紹兩種大空間建筑早期火災智能探測報警技術。

　　關鍵詞：大空間建筑 早期火災 智能探測

　　1. 引言

　　隨著我國經濟建設的飛速發展，大空間建筑迅速增多，火災監控形勢日益嚴峻。近年來，全國大空間建筑如家俱城、大型倉庫、大型商場、工業車間等場所火災頻繁，財產損失和人員傷亡極為嚴重。如1997年11月17日，新疆喀什工業品貿易中心大樓火災，造成15人死亡，21人受傷，直接財產損失400萬元;1998年5月5日，北京玉泉營環島家俱城火災，直接財產損失2087.7萬元。這些大空間建筑火災，在國內外造成了很大的震動，已引起國家有關方面的極大關注，成為迫切需要解決的重大問題之一。

　　大空間建筑的火災探測監控是世界各國火災科學及消防科技工作者關注的課題之一。大空間建筑火災尤其是存在遮擋和環境干擾的時候，常規的感煙、感溫探測器由于火災燃燒產物在空間傳播受空間高度和面積的影響，常常當火災發展到相當的程度，探測器才能感應，現行的火災探測方法難以正常發揮效用，無法解決靈敏度與可靠性之間的矛盾。中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室和熱安全工程技術研究中心，從1991年開始致力于大空間建筑早期火災的探測技術研究，建造了大空間建筑火災實驗廳，對大空間建筑早期火災探測中存在的問題進行了深入研究，在大空間建筑火災探測技術上有重大突破，成功地解決了這一難題，其中“LA100 型大空間火災安全監控系統”采用“雙波段圖像型火災探測技術”和“光截面圖像感煙火災探測技術”兩項技術，使大空間火災探測問題得到了較好地解決，并在國內煙草、石化、廣播電視和電信行業得到了廣泛應用，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

　　2. 大空間建筑火災探測中存在的問題

　　在一般建筑中廣泛使用頂棚安裝的感煙和感溫型火災探測器，其高度通常在6米以下，火災煙氣能夠很快到達頂棚，并沿頂棚蔓延，而在大空間場所，由于火災燃燒產物在空間傳播受空間高度和面積的影響，常常當火災發展到相當的程度，探測器才能感應，難以實現早期火災報警。

　　在環境狀況比較惡劣、存在眾多干擾的情況下(灰塵、電磁干擾、水蒸汽、空調、光干擾、震動等)，現行的火災探測方法難以正常發揮效用，常發生誤報現象。

　　在大空間火災探測中，提高火災探測的靈敏度，則常發生誤報現象，降低火災探測的靈敏度，易發生漏報和報警延誤現象，難以解決火災探測的靈敏度與可靠性之間的矛盾。

　　3. 雙波段圖像型火災探測技術

　　雙波段圖像型火災探測技術針對大空間建筑火災中普遍存在的技術難題，即火災的誤報、漏報和報警延誤，以及火災的空間定位，通過對火災的熱、色、形、光譜及運動特性的研究，在色度模型、穩定性模型、增長趨勢模型的基礎上，發展了紋理模型、立體視角模型、基于紅外影像的頻域紋理模型、閃爍模型，提出了基于彩色影像和紅外影像的雙波段火災識別模型，采用了圖像處理、計算機視覺、人工智能等多項高新技術，實現了大空間建筑早期火災的探測和真三維空間定位。

　　系統構成

　　在火災的燃燒產物煙、熱、光這三種物質中，以光傳播最快，它最不易受環境及空間尺寸的影響，以光作為信息源識別信號，針對現行感光火災探測器大多采用點型感光元件，其探測距離有限，不適合大空間火災探測，本技術采用面陣CCD彩色和紅外攝象機作為探測元件，以此實現獲取火災信息的功能，從而極大地提高了探測距離。在火災識別認知方面，根據火災在燃燒過程中的光譜特性、色度特性、紋理特性、運動特性以及頻譜特性，將這些特性模型化、工程化，形成計算機可執行的火災識別判據，由計算機進行火災有無的判別，以此實現識別火災信息的功能。通過聯動控制器，進行聯動撲救動作,以此實現撲救火災的功能。其系統簡圖如圖1所示。

　　系統的特點

　　l 采用CCD攝像機作為探測系統的前端，可實現防火、防盜和一般監控三位一體。

　　l 采用防火并行處理器，能同時對多只雙波段攝像機獲取的信息進行及時處理。

　　l 監控距離遠(0.5～60米)，適合大空間建筑的防火。

　　l 具有防爆、防潮功能，可使用于環境惡劣的工業場所。

　　l 報警確認簡單、迅速、直觀。

　　l 能自動實現火災的空間定位，通過聯動控制系統實現火災的定點撲救工作。

　　l 能對監控現場進行實時錄像，保留現場的第一手資料，為事后分析、處理提供依據。

　　l 具有聯動控制功能，能迅速聯動聲光報警、自動滅火、排煙、錄像、報警電話等系統，將火災損失降低到最低限度。

　　4. 光截面圖像感煙火災探測技術

　　光截面圖像感煙火災探測技術利用主動紅外光源作為目標，結合紅外面陣接收器形成多光束紅外光截面，通過成像的方式和利用圖像處理的方法，測量煙霧穿過紅外光截面對光的散射、反射及吸收情況，利用模式識別、持續趨勢、雙向預測算法實現對早期火災的識別與判斷。

　　系統構成

　　光截面圖像感煙火災探測系統由光截面發射器、光截面接收器、防火并行處理器、中央處理器、數據處理中心和聯動控制報警器組成。

　　l 由多光束組成光截面，對被保護空間實施任意曲面覆蓋，大大地提高了快速響應區域的面積。

　　l 對光截面中相鄰光束的相關分析，克服了單光束火災報警由于系統偶然因素而引起的誤報。

　　l 能自動檢測和跟蹤由灰塵積累而引起的工作狀態的漂移，當這種漂移超出給定范圍時，自動發出故障信號，同時能跟蹤環境變化，自動調節探測器的工作參數，因此可大大降低由灰塵積累和環境變化所造成的誤報和漏報。

　　l 面成像自動跟蹤定點監測，可以避免由于安裝移動而造成的誤報問題。

　　l 面成像的使用，使得光截面圖像感煙在空間具有分辨發射光源和干擾光源的能力，提高了系統抗干擾性能，擴大了系統的應用范圍。

　　5. 結束語

　　火災是一種復雜的燃燒現象，具有多種表征參數。如果想通過單一參數的測量進行火災早期階段的探測，很難同時獲得較高的準確性和廣泛的適用性。通過對火災中多個相關參數的綜合判斷，能更為準確地體現真實火災現象的綜合特征，使探測方法更加智能化。圖像型火災探測技術可以有效地綜合煙、溫、光等主要火災參數，使火災探測更大程度地滿足人們對火災安全的要求，代表了當今火災探測技術的較高水平。

　　LA100型大空間火災安全監控系統較好地解決了大空間建筑早期火災探測中靈敏度與可靠性之間的矛盾，可以有效地避免誤報、漏報和報警延誤現象，具有控制距離遠、保護面積大、響應速度快、高靈敏度、高可靠性等優點，并可實現防火、防盜、一般監控三位一體和多項聯動控制報警功能。非常適合家俱城、大型倉庫、大型商場、工業車間等大空間建筑和惡劣環境場所的早期火災探測報警和監控。

　　參 考 文 獻

　　[1] 公安部消防局編.中國火災統計年鑒(1996).北京:中國人民公安大學出版社,1996

　　[2] 公安部消防局編.中國火災統計年鑒(1998).北京:警官教育出版社,1998

　　[3] 范維澄等.火災探測與聯動撲救系統.火災科學.1995,4(3):49-53

　　[4] 袁宏永等.大空間內火災早期自動探測和定位研究.自然災害學報.1995,4(2):104-108

　　[5] 霍 然等.應當重視大空間建筑的火災防治.安全工程學報.1996(3):13-16

　　[6] 袁宏永等.圖像型火災智能自動探測與空間定位技術.安全工程學報.1996(3):17-19

　　桐城市規劃建筑設計院 黃學莉

　　桐城市公園路清風市B幢 郵編 231400