摘要：大空間建筑，尤其是存在遮擋和環(huán)境干擾時，現(xiàn)行的火災探測技術將難以正常發(fā)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。文章對大空間建筑火災探測中存在的問題進行了分析，并介紹兩種圖像型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；圖像型智能探測

　　1引言

　　隨著我國經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展，大空間建筑迅速增多，火災監(jiān)控形勢日益嚴峻。近年來，全國大空間建筑如家具城、大型倉庫、大型商場、工業(yè)車間等場所火災頻繁，財產(chǎn)損失和人員傷亡極為嚴重。如1994年12月8日，新疆克拉瑪依市友誼館火災，造成323人死亡，130人受傷，直接財產(chǎn)損失210.9萬元;1997年12月30日，吉林長春商業(yè)城火災，造成11人死亡，2人受傷，過火面積4500m2，直接財產(chǎn)損失1461.4萬元;1998年5月5日，北京玉泉營環(huán)島家具城火災，燒毀鋼結構房屋建筑23000m2，以及家具城內(nèi)參展的348個廠家的高、中檔家具和室內(nèi)的空調(diào)設施，直接財產(chǎn)損失2087.7萬元;1999年1月10日，四川達川市通州百貨商場火災，造成10人死亡，20人受傷，直接財產(chǎn)損失3163.1萬元。這些大空間建筑火災，在國內(nèi)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(jiān)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(huán)境干擾的時候，常規(guī)的感煙、感溫探測器由于火災燃燒產(chǎn)物在空間傳播受空間高度和面積的影響，常常當火災發(fā)展到相當?shù)某潭?，探測器才能感應，現(xiàn)行的火災探測方法難以正常發(fā)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立安安全技術有限責任公司，從1991年開始致力于圖像型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(jiān)控系統(tǒng)"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(nèi)煙草、石化、廣播電視和電信行業(yè)得到了廣泛應用，取得了顯著的經(jīng)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6m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(chǎn)物在空間傳播受空間高度和面積的影響，常常當火災發(fā)展到相當?shù)某潭?，探測器才能感應，難以實現(xiàn)早期火災報警。

　　在環(huán)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(diào)、光干擾、震動等)，現(xiàn)行的火災探測方法難以正常發(fā)揮效用，常發(fā)生誤報現(xiàn)象。

　　在大空間火災探測中，提高火災探測的靈敏度，則常發(fā)生誤報現(xiàn)象，降低火災探測的靈敏度，易發(fā)生漏報和報警延誤現(xiàn)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(wěn)定性模型、增長趨勢模型的基礎上，發(fā)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(xiàn)了大空間建筑早期火災的探測和真三維空間定位。

　　3.1系統(tǒng)構成

　　在火災的燃燒產(chǎn)物煙、熱、光這三種物質(zhì)中，以光傳播最快，它最不易受環(huán)境及空間尺寸的影響，以光作為信息源識別信號，針對現(xiàn)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(xiàn)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(jù)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(zhí)行的火災識別判別，以此實現(xiàn)識別火災信息的功能。通過聯(lián)動控制器，進行聯(lián)動撲救動作，以此實現(xiàn)撲救火災的功能。

　　3.2系統(tǒng)的特點

　　(1)采用CCD攝像機作為探測系統(tǒng)的前端，可實現(xiàn)防火、防盜和一般監(jiān)控三位一體。

　　(2)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。

　　(3)監(jiān)控距離遠(0.5~60），適合大空間建筑的防火。

　　(4)具有防爆、防潮功能，可使用環(huán)境惡劣的工業(yè)場所。

　　(5)報警確認簡單、迅速、直觀。

　　(6)能自動實現(xiàn)火災的空間定位，通過聯(lián)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)火災的定點撲救工作。

　　(7)能對監(jiān)控現(xiàn)場進行實時錄像，保留現(xiàn)場的第一手資料，為事后分析、處理提供依據(jù)。

　　(8)具有聯(lián)動控制功能，能迅速聯(lián)動聲光報警、自動滅火、排煙、錄像、報警電話等系統(tǒng)，將火災損失降到最低限度。

　　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(xù)趨勢、雙向預測算法實現(xiàn)對早期火災的識別與判斷。

　　4.1系統(tǒng)構成

　　光截面圖像感煙火災探測系統(tǒng)由光截面前端、紅外攝像機、防火并行處理器、信息處理主機和聯(lián)動控制報警器組成。    

　　4.2系統(tǒng)的特點

　　(1)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(qū)域的面積。

　　(2)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(tǒng)偶然因素而引起的誤報。

　　(3)能自動檢測和跟蹤由灰塵積累而引起的工作狀態(tài)的漂移，當這種漂移超出給定范圍時，自動發(fā)出故障信號，，同時能跟蹤環(huán)境變化，自動調(diào)節(jié)探測器的工作參數(shù)，因此可大大降低由灰塵積累和環(huán)境變化所誤報和漏報。

　　(4)面成像自動跟蹤定點監(jiān)測，可以避免由于安裝移動而造成的誤報問題。

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

　　5結束語

　　火災是一種復雜的燃燒現(xiàn)象，具有多種表征參數(shù)。如果想通過單一參數(shù)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(shù)的綜合判斷，能更為準確地體現(xiàn)真實火災現(xiàn)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(shù)，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。

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