城市重点区域火灾预警探测技术

上海市松江区消防救援支队 唐 淼

本文论述了一种针对城市重点区域的火灾预警探测技术，通过该技术能够实时对重点区域内的火灾情况进行24h不间断监测预警，实时向救援人员提供火灾预警信息和火灾现场情况。

火灾所造成的损失约为地震的5倍，仅次于干旱和洪涝。随着近些年城市化进程的逐步加快，城市重点区域（包括消防安全重点单位及“九小场所”）的火灾发生率成倍的增加，同时也给区域属地消防救援部门提出了新时代的更高要求。降低火灾产生的危害，就必须在火灾初期或者更早的时期发现和消灭，也因此产生对火灾预警探测的实际需求。火灾必然产生烟、雾、火焰等，同时也会造成周边环境温度升高，形成特有的燃烧声音和燃烧图像。火灾预警探测技术就是对火灾燃烧中产生的烟雾、火焰、环境温度、气体形态等做出智能分析并判断来确定是否为火灾。

1 各类火灾探测技术对比分析（如表1）

表1 各类火灾探测技术对比分析表

2 城市重点区域特点及火灾预警探测方法

2.1 城市重点区域的特点

城市重点区域这里是指区内消防重点单位及城市内九小场所，如医院、学校、大型综合体等消防重点单位和小学校、小医院、小商场、小餐饮场所、小旅馆、小歌舞娱乐场所、小网吧、小美容洗浴场所、小生产加工企业等九小场所。这些场所具有的共同特点是：各类空间环境有限、人员结构错综复杂、配套消防设施差、整体出入口单一、火灾发生后疏散较为困难、救援进入不便捷等。如果只采取单一的火灾探测系统进行火灾预警探测，误报较多，漏报严重；而且火灾定位极其困难或者无法定位。

2.2 城市重点区域火灾预警探测技术需求

城市重点区域装备的火灾探测系统与目前常规使用的探测系统相比，需要增加一些特定的技术。

（1）点。在城市制高点部署基于红外多频谱及大范围图像识别技术的红外遥感球型摄像机，实现对全区域7×24h全面火灾监测预警。可以实时定位火灾发生地点，记录火灾发生、发展全过程视频，并利用5G网络低延时，大带宽的技术特点，实时传输火灾现场图片及视频到消防救援部门。

（2）片。接入现有街面视频监控进行图像识别，及重点单位周边增加红外遥感筒型摄像机，实现各街面片上7×24h火灾监测预警。可以实时定位火灾发生地点，记录火灾发生、发展全过程视频，并利用5G网络低延时，大带宽的技术特点，实时传输火灾现场图片及视频到消防救援部门。同时可以充分利旧，接入街面原有各类（兼容数字、模拟等）监控摄像机并实现火灾图像预警分析。

（3）面。在重点建筑内部各个房间配套安置独立式烟感报警探测器和电气火灾探测器及各种探测头，实现室内重点部位7×24h全面火灾监测预警。可以实时定位火灾发生地点，并结合物联网技术实时传输火灾烟、雾及电气线路温度、电流等各类参数。

集成各种火灾预警探测技术、5G技术、物联网技术等，总体实现城市重点区域点、片、面全方位立体实时火灾预警探测系统。

3 城市重点区域火灾预警探测技术的实现

3.1 综合图像分析探测技术

（1）火焰形态图像探测技术。使用高清数字摄像机实时扫描重点区域，对现场图像形态利用各种算法及技术（不限于图像小块分割算法、外形判断算法、图像阵列算法等）进行分析，结合火灾早期火焰形态（包括火焰颜色、闪烁频率、形状变化、发生发展趋势等）特征来实现预警探测。可以实现火灾探测预警和现场实时图像结合，保证了系统的实时性、可靠性和实战性。

（2）火焰光波图像探测技术。使用红外多光谱摄像机实时扫描重点区域，对现场红外图像利用各种算法及技术（不限于红外图像的预处理、滤波放大技术、FPGA+DSP组合、光波频谱分布算法、平方率衰减算法等）进行分析，结合火焰大小、烟雾大小等的反射、吸收及散射等情况实现火灾预警探测。具有高智能化、应用范围大、探测距离远、采集信息资料成本低、响应度高、误漏报率低、对阴燃烟火灵敏度高、适应性和抗干扰性突出等特点。

3.2 独立式烟感探测技术

独立式烟感探测器通过检测判断烟雾浓度来实现火灾报警。分为离子型和光电型。离子型利用烟雾影响电离子电流和电压变化来产生报警。光电型利用烟粒子对光线的散射和吸收作用来产生报警，光电型又分为散光、遮光两种。基本都采用密封结构，内置烟雾探测传感器、报警模块、无线传输模块等，支持NB-LoT方式，具有灵敏度高，耗电量低，易使用、易维护，性价比高等优点。适用重点区域室内各种环境，尤其密闭空间。预警发生后，通过无线网络即时发出报警信息到消防救援单位，实战性高。

3.3 电气火灾探测技术

电气火灾探测器通过监控主机下连接各种探测头（如剩余电流互感器、温度传感器等），利用电磁场感应、温度效应变化等相关原理，并经过信号放大、A/D转换、处理器对变化幅值进行分析、判断后产生预警信号。可以探测电气线路上的剩余电流、温度、电压等关键参数，同时内置无线传输模块，支持支持NB-LoT方式。具有灵敏度高，适用范围广，误报率低，实时传输报警数据等特点。可以设定各类报警阈值，当被监测电气线路中漏点电流、电压、温度发生异常时，传感器采集传感信号发送到监控主机进行分析，并通过无线网络即时发送报警信息到消防救援单位。

3.4 5G网络技术

5G网络技术，数据传输速率远远高于原来的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，相比先前的4G LTE蜂窝网络快100倍。更低的网络延迟（更快的响应时间），低于1ms，而4G网络为30-70ms。非常适合在火灾图像分析探测系统中应用。

3.5 物联网技术

物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。非常适用于各类火灾预警探测系统的探测器信息传输中。

结束语：如何实现城市重点区域火灾预警探测本身就是一个没有规律性、没有结构性的城市管理难题，更是无法使用精确的数据语言来描述和总结。任何火灾从发生到发展最终结束的过程都是相当复杂，始终会伴随有很多非规律性、无法数字表达的各类信号产生。同时任何两次火灾，即时发生再同一区域、同一地点也会完全不一样。现阶段仍然没有什么火灾预警探测系统能够适用并满足各类环境需求，即使是在成熟的城市重点区域。因此在城市火灾预警探测系统中如何降低误报率，如何避免漏报率，如何提升火灾预警探测的实战性仍然有很多需要研究探讨的课题。