火灾视频监控系统在动车存车场的应用.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１８）增２０２７２０５・其他・火灾视频监控系统在动车存车场的应用李旱４然Ｊ’’，、（中铁第五勘察设计院集团有限公司北京１０２６００）摘要：通过对徐州东动车存车场火灾视频监控系统进行分析，介绍了火灾视频报警系统的构成、工作原理和火灾探测器的功能。结合不同火灾视频探测器的技术对比，选用探测效果最优的技术并应用于徐州东动车存车场火灾视频监控系统设计。关键词：动车存车场火灾视频监控系统全频谱火灾报警探测器中图分类号：Ｕ２９８．４文献标识码：Ａ—ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９４５３９．２０１８．Ｓ２．０７１ＦｉｒｅＶｉｄｅｏＳｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅＳｙｓｔｅｍＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＥＭＵＳｔｏｒａｇｅＹａｒｄＬｉＺｉｒａｎ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＦｉｆｔｈＳｕｒｖｅｙａｎｄＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ，，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２６００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｖｉｄｅｏｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｓｙｓｔｅｍｏｆＸｕｚｈｏｕＥａｓｔＥＭＵｓｔｏｒａｇｅｙａｒｄ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｏｒｋｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｆｉｒｅａｌａｒｍｄｅｔｅｃｔｏｒｆｏｒｆｉｒｅｖｉｄｅｏｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｓｙｓｔｅｍ．Ｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｒｅｖｉｄｅｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｂｅｓｔｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｆｉｒｅｖｉｄｅｏｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｓｙｓｔｅｍｏｆＸｕｚｈｏｕＥａｓｔＥＭＵｓｔｏｒａｇｅｙａｒｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＭＵｓｔｏｒａｇｅｙａｒｄ；ｆｉｒｅｖｉｄｅｏｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｓｙｓｔｅｍ；ｆｕｌｌｓｐｅｃｔｒｕｍｆｉｒｅａｌａｒｍｄｅｔｅｃｔｏｒ１概述徐州东站为京沪线的重要枢纽，是京沪高铁的七大主要站之一，又是徐兰客运专线、徐连客运专线、济徐城际铁路、徐宿淮盐城际铁路的始发站。在建徐宿淮盐铁路在徐州东站设置动车存车场，动车存车线远期规划３４股道，先期实施２２股道，承担徐连客运专线、徐宿淮盐城际铁路、徐兰客运专线动车组列车存放功能。徐州东动车存车场２０１６年开建，２０１７年年底投入运营。随着高速铁路全面建设，越来越多的地区设置高铁、动车组存车场。高铁动车组造价高，动车组存放可靠性直接影响铁路运营调度稳定。为了加强灾害防控、提高高速铁路动车集中存放的安全保证，相关部门制定了详细要求：关于印发《铁路客车停留存放消防安全管理规定》的通知（铁公安“［２０１１］６６号）中，第二十一条动车段（所）、客车技——收稿日期：２０１８０３０４作者简介：李子然（１９８５一），男，工程师，主要从事电力设计及科研等方面的工作。２７２铁道建筑技术术整备所（客技站）旅客列车检修所，客车集中存放场所应设置视频安防监控系统（具备火灾探测报警”功能）和消防广播系统。新版铁路工程设计防火规范（ＴＢ—１００６３２０１６）中，也明确动车段（所），客车技术整备所（客技站）、旅客列车检修所的客车集中存放场所设置火灾视频监控系统。２火灾视频监控系统通过对已投运的动车存车场火灾视频监控系统调研分析¨Ｊ，火灾视频监控系统主要由探测子系统、数据传输子系统、数据处理和控制及执行子系统构成旧Ｊ。探测子系统包括一台或多台摄像机以及与其匹配的摄像头、防护罩等；数据传输子系统包括电缆或光缆，以及有线／无线信号调制解调设备等；数据处理和控制及执行子系统包括主机、光端机、硬盘录像机、集线器、显示器、琴台、键盘、摇杆以及火灾报警控制器和不间断电源等组成。各类型火灾视频监控系统主要区别在于探测子系统。目前主流的大空间火灾探测技术主要分为图ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｌ增２）万方数据・其他・像型火焰探测和红紫外复合探测两大类。但是，对处于高大室外空间的铁路动车组存车场而言，这两种技术又都有其局限性。高大室外空间光线条件极为复杂，干扰因素众多，图像算法方案在使用存在着大量的误报漏报现象，且因为安装条件限制，存在探头覆盖距离不足的问题；而现有的红紫外复合探测技术其探测距离同样不能满足需求，并且难以满足火源定位及火情显示等需要。２．１图像型火焰探测器即通过视频图像采集，包括红外影像和可见光影像的采集，经过处理和分析，判断火焰的发生，进而启动消防系统。图像型火焰探测器旧。由于依赖于后端平台软件进行分析和判断，对算法、样本数要求很高，同时对于系统硬件的处理能力和可靠性要求也极高。图像型火焰探测器¨１优点：（１）硬件成本低：视频采集技术在监控领域的广泛”使用大幅拉低视频采集设备成本，设备提供商众多Ｊ。（２）监控距离２５～６０ｍ，更远距离依靠变焦镜头和云台。视频图像智能算法技术帕。已经发展了数年时间，目前除森林火灾这种大范围火灾能够有效报警外，在其它场景的应用效果不尽人意，主要技术硬伤在如下几方面：（１）火灾场景繁杂多变，燃烧物种数百上千，根据火焰燃烧特征形态以及色温的帧变化来判断普适的智能算法现阶段几乎不可能实现。（２）对于人工智能技术来讲，目前用于比对的样本数量严重不足，三五年内不足以通过机器的自学习达到人脑对火焰的判别水平。（３）前端视频采集设备智能处理芯片运算能力不足，目前主流的前端处理芯片只能处理诸如数人头、越界、逆向行驶、遗留物、简单抠图等功能，达不到分布式复杂智能应用计算的能力，这样致使中央服务器要处理上百甚至上千路传回的视频图像，负荷超出现有芯片发展水平或者给业主带来高昂的成本负担，最严重的问题是计算结果严重滞后，达不到迅速处理灾情的应用要求。（４）受限于监控距离和视角的约束关系同时又要达到可用于计算的视频信号辨识度，完整覆盖被监控空间需要用到云台＋自动变焦镜头（Ｐ＇ＦＺ），一个摄像头要设置十多个甚至更多预置位进行定速巡航，以１０ｓ为一个巡航周期，四个月传动机构就铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ要运转１００万次以上，这样带来的问题是可靠性差，同时维护也困难。同时，严格意义上来讲，这种方式实现的监控区域的全覆盖是时分系统，并不是实‘时监控７｜。（５）复杂多变的环境带来更多不确定性，雾霾、风沙会严重劣化图像质量，使得后台获取的像素不可用。虽然目前有透雾功能的摄像机，但都只是基于算法强化图像视觉效果，用于智能算法的原始像素劣化程度没有改变。（６）灯光抖动等外部干扰源会引起高频误报，系统可靠性差。可靠性一方面针对漏报，另一方面也涉及到误报。漏报率较高是因为样本数不足造成，误报原因是干扰源也是林林总总种类众多。太阳光、各种灯光干扰、红外辐射源、电火花、闪电等都会造成图像局部的色温变化，由此而引发误报。目前，依靠图像算法把各种干扰源都剔除干净技术难度很大，除非大量牺牲漏报率指标。（７）车厢内燃烧无法监控。光线走直线，视频采集设备无法获取车厢体内的任何信息，对火灾防控无从谈起。２．２紫外／红外传感器或者复合火焰探测器即通过传感器接收火焰燃烧所发射的特定频谱来确定火焰的发生。国际主流的做法：紫红外或复合火焰探测器旧Ｊ，主要探测火焰燃烧时所发射的典型特征的紫红外发射光谱，从而增强火焰判断的准确性。通常检测０．２斗（紫外段）火焰紫外发射光谱、４．３斗（红外段）燃烧产生的二氧化碳发射光谱。例如霍尼ｘ尔三频火焰探测器，除了检测４．３斗红外光谱确定ＣＯ：波峰外，同时检测２．８斗和４．６斗二个红外波段波谷值，用以确定４．３斗ＣＯ：峰值的存在，从而增强火焰判断的准确性。对于无机物燃烧的火焰，如氢气燃烧，由于没有二氧化碳燃烧产物，所以４．３斗峰值不存在，无法“判断火焰的发生。此时，检测２．７燃烧产物Ｈ：０所发射光谱，进而确认火焰。主要技术存在不足如下：（１）设备主要是国外厂家供货，国内一般是代理，国内厂家设备良莠不齐，可靠性偏低。（２）更多适用于室内防火监控，面积不大，距离不远。（３）只适用于火警报警简单功能，无需日志管２０１８【增２ｌ２７３万方数据・其他・理、回放查询取证、火隋定位等较高要求。（４）不能有效规避红外发射体的各种干扰，仅适用于密闭空间。（５）用于高大室外空间时，调低灵敏度，牺牲有—效监控距离，通常为３５５０ｍ。在安装位置受限的情况下，不能实现被监测空间全覆盖。（６）产品形态一般的单一红外探测器没有视频辅助，在诸多误报的情况下，需要人工现场查看干预，不胜其扰。很多场景下，为减少误报，人为进一步调低灵敏度，最后已安装的设备成了聋子的耳朵纯摆设。２．３全频谱火焰探测器由于全频段光谱基线分析技术在原理上优于红紫外复合探测技术，结合高灵敏度红紫外与可见光传感器的应用。通过全频谱基线分析＋图像算法来判断火情。全频谱分析属于一二类方案的结，明显区别于前两类技术，具体分析如下：国际主流紫红外或复合火焰探测器，主要探测火焰燃烧时所发射的典型特征的紫红外发射光∽谱Ｊ。其所安装的传感器，通过封装或镀膜等手段，屏蔽其他波段，只接收特定波段的火焰发射光谱，判断火焰的发生，同时滤除其他光线的干扰。对火焰的判断性，有着一定的局限性，当且仅当火焰发射光谱满足条件后，才能判定为火焰。全频谱采用的是全波段传感器，同时接收整个火焰的紫红外发射光谱，通过光谱特征频点能量值的突然的变化（能量激增）判断火焰的发生¨０｜。阳光、红外热源、闪电等干扰，则靠其他传感器数据进行滤除。该技术主要特点是内置大量典型光谱基线，监测全波段光谱能量变化来进行分析判断，同时增加阳光、红外热源辐射、雷电等传感器来免疫干扰源¨１｜。全波段传感器得到的能量信号与图像算法所得结果相互参照，就可适当放宽图像算法确定火警所设定的边界条件，既能及时报警，又能通过图像算法实现火情定位。不仅解决了单纯图像法火灾探测器产品对初起的火情和远距离火情无力探测的问题，还从根本上杜绝了漏报与误报。全频谱探测技术优点如下：（１）对火焰的识别更广泛、更快速。同时，测定火彬火焰的能量值，针对火花类危害有着特殊的２７４铁道建筑技术检测和抑制手段。（２）标准火焰（１平方英尺标准锅火，燃烧物为正庚烷、煤油或柴油）探测距离＞］２０ｍ，探测时间＜５ｓ。（３）基于全频谱光学基线分析，有效排除各种已知的环境噪声干扰，例如：红辐射源、人体、太阳光、电火花、闪电、灯光的抖动。（４）采用高灵敏度探测器，极大延伸探测距离。（５）监控角度广，很好地了解决视频采集云台工作不稳定的问题。（６）不涉及火焰燃烧面积过小而误报、漏报。（７）结合图像算法和传感器数据交叉分析，可以实现火情定位。主要技术存在如下不足：（１）硬件成本较高，硬件主要是全波段的复合传感器（多个传感器构成），各窗口衔接处有交叉匹配。传感器的价格比普通传感器贵。（２）涉及到的软件算法主要是基础光谱基线的制作，初期耗费时间较长。（３）造价略高于其他方案，但提供给切实有效的解决方案，解决实际问题，避免误报误操作等不利因素。３徐州东动车存车场火灾视频监控系统设计火灾视频监控系统设计通过上述方案分析、综合考虑采用全波段光谱探测分析加智能视频分析技术，建立一个有效的动车组存车场高大空间火灾防控的视频监控系统Ｈ２｜，在传统功能的基础上强化火灾预警功能，打造新一代火灾视频监控系统综合管理平台。３．１系统设计原则（１）系统中采用的设计方法和技术路线需在行业中处于领先地位，软件的设计先进灵活，便于升级以及二次开发与其它系统的互联互通。（２）综合考虑系统功能、质量和价格等因素，将本系统构建成一个经济实用、功能强大、质量优异、操作方便、接口丰富的综合性管理平台。（３）系统设计时，对需要实现的功能进行合理地配置，并且这种配置是可以通过良好的兼容性和较低的成本扩展的。采用多层架构，业务层相对独“”“”“”立，系统可随需而变、随规而变、随法而变，能够适应数据量、用户需求、用户业务规则的变化，快速改进已有功能，添加新的功能；通过提供二次ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｌ增２１万方数据・其他・开发平台，支持用户利用本系统自主开发新功能，满足业务需求；核心比对系统采用并行分布式架构，当系统容量超出设计容量时，可以通过扩充硬件设备，保证系统的正常运行；用户可以通过增加新设备或增强现有设备，提高系统处理能力和识别比对速度。（４）系统具有开放性的标准体系，后端基于开放式的ＴＣＰ／ＩＰ网络平台进行设计，支持多种网络协议，便于各系统之间能够互联、互通、互控，遵循规范的通用接１２Ｉ标准，使系统对硬件环境、通信环境、软件环境、操作平台之间的相互制约和影响减至最小。（５）具有良好的人机界面，尽可能避免出现需要繁琐操作才能实现某项具体业务应用的情形；系统在体系设计及工程实施中应根据用户使用需要充分考虑性能优化，将系统操作响应时间在合理范围内尽可能缩短；系统的维护也应在合理范围内尽可能简易化。使操作干警能方便地学习和掌握操作系统。（６）平台在建库、查询、传输、比对确认过程中，可以根据参数设置进行数据加密处理，防止数据被截获、窃取、破坏等，确保数据传送、使用的安全性；采用多维安全策略，结合动态安全技术和数据加密技术，实现整个系统的高度安全性。３．２探测器安装设计方案探测器安装部位、安装方式影响到工程投资、监控效果以及后期的运营维护成本等。因此，探测器尽量利用存车场设置的外构、建筑物进行安装。根据徐州东动车存车场设置灯桥进行设备安装，避免新增探测器安装架构引起投资浪费，同时维护人员可在灯桥检修廊道上很方便地对探测器进行维护，提高了检修效率。徐州动车存车场设置的两座灯桥¨纠间距为２８０ｍ，灯桥ｌ需保护区域边界据灯桥１４０ｍ，灯桥２需保护区域１４０ｍ。火灾探测器安装与两座室外灯桥横梁底部１５ｔｎ处。两座灯桥间２８０ｍ的范围进行了全方位探测，东灯桥东侧采用１２０ｍ探测距离的探测器探测较远距离的区域；西灯桥西侧采用同样布置方式，实现对存车场有效区域内的全方位监视。探测器利用徐州东动车存车场灯桥的平面布置见图１。豳嬲函酬鳃鞫㈣磷懒１窗三参『ｉ［．Ｊｒ／，Ｊ痄Ｑ１ｌ灯桥Ｑ２图１徐州东动车存车场探测器平面布置３．３数据传输子系统设计方案通过传输光缆和交流２２０Ｖ电源电缆，以及有线／无线信号调制解调设备等，将数据上传至消防控制室。４数据处理和控制及执行子系统设计方案火灾视频监控主机、光端机接收端、火灾报警控制器、ＵＰＳ电源均设置在消防控制室。当室外动车存车场发生火灾报警时，主机根据报警部位，自动将监视器切换至报警区域，并自动录像；消防控制室值班人员在火灾确认后发出火警信号，联动动车所值班室切断存车场接触网电源，及时通过广播系统发布火灾信息，并在指挥疏散相关人员撤离事故区后监控设备主机发出相关消防设备的启动指令。徐州东动车存车场火灾视频监控系统示意如图２。图２徐州东动车存车场火灾监控系统示意铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹｃＯＮｓＴＲＵｃＴ｜ｏＮＴＥｃＨＮＯＬＯＧＹ２０１８（增２）２７５万方数据・其他・５结束语通过分析目前火灾视频监控系统主流探测器，结合动车存车场实际情况进行分析研究，最终徐州东动车存车场采用基于全频谱分析技术的火灾视频监控系统，提高火灾视频报警的准确度，降低了误报率。动车存车场火灾视频监控系统是一个系统工程，与室外消防、接触网供电、广播系统等相互配，密切联系。平时要做好相关设施的维护及宣传教育工作，使每一位运营管理人员树立牢固的防火意识并掌握必要的防火知识，降低火灾的危害。参考文献［１］霍水清．火灾自动探测技术在铁路动车段检修库应用探—析［Ｊ］．安防科技（应用与实践），２００９（５）：３４３６．［２］张军丹．微波自动报警电子监控技术在邻近营业线施工—安全中的应用［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１７（Ｓ１）：５５５５５８．［３］崔凯，曹榆，冯杰平．图像型火灾探测技术浅议［Ｊ］．消防技术与产品信息，２００５（４）：３０一３２．［４］黄勉生．提高火灾探测系统可靠性的探讨［Ｊ］．福建建—筑，２００９（６）：１２９１３２．［５］鲁维．基于图像处理的火灾智能监视识别技术的研究［Ｄ］．西安：长安大学，２００９．［６］毕振波，乐天，潘洪军．图像型火灾探测预处理方法综—述［ｊ］．消防科学与技术，２０１６（１）：８７９１．［７］徐冬新．视频图像检测火灾探测技术比较［Ｊ］．化工自—动化及仪表，２０１３（６）：７２８７２９．［８］贾阳．基于视频的大空间建筑火灾探测方法研究［Ｄ］．西安：西安建筑科技大学，２０１３．［９］杨晨，赵惠平．火灾视频探测中火焰识别算法研究—［Ｊ］．船海工程，２０１３（４）：２５２７．［１０］王世东．视频中火焰和烟气探测方法的研究［Ｄ］．合肥：中国科学技术大学，２０１３．［１１］周清锋，杨宣访，张相宜．火焰及干扰图像形态特征分—析研究［Ｊ］．消防设备研究，２０１５（１２）：１６４１１６４５．［１２］王青录．兰州西动车存车场视频火灾报警系统设计—［Ｊ］．铁路技术创新，２０１５（５）：８６８７．［１３］范永光．关于城市轨道交通车辆基地室外综合管线设—计的再思考［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（１０）：１２０１２３．（上接第２６０页）为今后高铁单线梁线路设计及施工提供借鉴。架桥机在过孔中可自动调整，当第一次过孔到位后，前辅助支腿位置与前方墩横向偏差１．３ｍ（架设４００ｍ曲线桥），通过前支腿设置的横移机构，架桥机主梁绕后支腿中心销横向摆动，满足前辅助支腿站立在前方墩中心，达到支撑目的，架桥机继续过孔，直到后支腿走行到位¨０｜。５．５低位驮运穿过单线隧道（见图３）图３施工图片６结束语随着高速铁路网的更深入推进，越来越多难度更大的单线梁线路施工会显露出来，目前单线架桥机能解决隧道进出１５２０ｍ位置架梁，如何能解决通过隧道同时在隧道进出口０ｍ位置架梁问题，通过本文所述架桥机在实际工程中应用的成功经验，能２７６参考文献［１］陈浩．铁路客运专线９００ｔ级架桥机研究［Ｊ］．铁道标—准设计，２００８（３）：５１０．［２］陈浩，张志华，吴耀辉，等．ＤＦ９００Ｄ型导梁式定点起吊—架桥机［Ｊ］．铁道标准设计，２００８（３）：１０１３．［３］王光欣．小曲线大坡度单线箱梁架桥机方案的研究与应用［Ｊ］．起重运输机械，２０１２（３）：７ｌ一７３．［４］刘亚滨，刘利国．整孑Ｌ箱梁架桥机穿越隧道及隧道口—架梁技术方案［Ｊ］．铁道标准设计，２００４（１２）：３７４２．［５］张明宽．ＤＦ９００Ｄ架桥机通过隧道施工［Ｊ］．铁道建筑—技术，２０１１（ｓ１）：２４６２４９．［６］许军．尼日利亚阿布贾城铁大坡道小半径曲线架梁施—工技术［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（１）：２５２９．［７］代宇，陈德利，张艳丽．穿隧道架梁的高速铁路９００ｔ架—桥机研制［Ｊ］．铁道标准设计，２０１６，６０（１０）：５４５７．［８］尚朝军．ＤＦ９００Ｄ型架桥机整机自助升降通过隧道口并架梁施工研究及应用［Ｊ］．铁道标准设计，２０１ｌ（９）：—６３６９．［９］王模公，江创华．架桥机喂梁工况的探讨［Ｊ］．工程机—械，２００７（８）：６５６７．［１０］张乐亲，孙庆龙，陈程广．轻轨小曲线架桥机的设计—［Ｊ］．起重运输机械，２０１６（１０）：３２３５．铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｉ增２１万方数据