[發明專利]隧道火災分布式光纖溫度傳感小波分析報警方法及系統

有效

• 申請號: 201110028194.2
• 申請日: 2011-01-26
• 公開（公告）號: CN102074091A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 張巍;丁蓬萊;侯軍;孫可;施斌
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G08B17/06
• 分類號: G08B17/06;G01K11/32
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 朱戈勝

技術領域

本發明屬于消防領域，涉及電子工程等技術，具體是一種隧道火災分布式光纖溫度傳感小波分析報警方法及系統。

背景技術

由于隧道火災后果的嚴重性，隧道火災的探測與報警問題已成為隧道安全領域的首要問題之一。近年來，分布式光纖溫度傳感裝置開始逐步被應用于隧道火災探測與報警領域，主要的方式包括光纖光柵傳感、拉曼光時域反射計傳感以及布里淵光時域反射計傳感。與傳統的點式火災探測系統(如雙波長火焰探測器等)相比，分布式傳感具有空間連續分布探測的優點，分布范圍內任意一點發生火災都可以進行準確判別定位。同時，由于光纜不易受電磁等擾動影響，不易出現分布式感溫電纜的誤報等狀況。然而，隧道內起火到爆發成災經歷的時間往往較短，這就要求基于分布式光纖溫度傳感裝置的火災探測與報警系統具有較快的響應速度，而分布式光纖通常布置在隧道拱頂位置，在隧道斷面上與路面火災發生點的距離往往是最大的，因此響應時間往往也會有所延長；此外，當隧道內縱向風速較大的情況下(例如開啟風機的情況下)，根據通常的絕對溫度、絕對溫升以及溫升梯度均等判別指標均難以在較短時間內識別溫度場異常進而觸發報警。這制約了基于分布式光纖溫度傳感裝置的火災探測與報警系統的廣泛應用。目前尚未有方法及系統可以有效解決分布式光纖溫度傳感裝置的以上局限。

發明內容

針對既有分布式光纖溫度傳感裝置用于火災探測與報警時存在的局限性，本發明的目為利用小波分析實現信號的局部特征分析和細化分析來檢測隧道溫度場信號的突變點，從而較大程度上提高火災的定位識別精度，縮短火災的探測報警時間。

小波分析方法在時、頻域上都有很好的表征信號局部特征的能力，擅于檢測信號的瞬態點或奇異點。利用小波對隧道溫度場進行多尺度分析，可以對原始信號中包含的各種頻率成分進行分解，提取隧道溫度場的動態特性，評定實時監測結果的形態，在隧道火災探測與預警中有很高的應用價值。

本隧道火災分布式光纖溫度傳感小波分析報警方法及系統，是以傳感光纖作為分布式溫度傳感器，可實時測量光纖沿線的溫度場分布。通過對監測數據進行實時小波分析，可迅速準確地檢測到隧道溫度場的奇異點，及時探測到火災發生事件并準確定位火災發生位置。

本發明是采用如下技術方案實現的：

1、溫度場監測數據的時空矩陣獲取

分布式光纖監測方法具有長測距，多測點和實時采樣等特點，因此必然產生海量的監測數據，為了對隧道溫度場的各項形態分布加以有效提取，可將所有監測數據組織成時空矩陣B的形式。假設光纖沿線的采樣點總數為n，采樣總次數為m，則B為一個n行m列的二維矩陣。

2、溫度場形態特征的提取

對時空矩陣B進行各種提取操作，可得到隧道溫度場多項形態分布的矩陣或向量表示：可得到隧道局部溫度場的形態分布，可得到傳感光纖既定位置在整個監測時段內的溫度場形態分布，可得到既定時刻傳感光纖沿線的溫度場形態分布。

3、火災預報警

在未發生火災時隧道內的溫度相對穩定，可根據長期數據積累和歷史波形總結出一個標準波形y＝f(x)，為了確定報警波形，將標準波形加上一個幅值T(幅值可通過大量的異常波形與正常波形對比得到)，即S(x)＝f(x)+T，實際波形F(x)超過報警波形的部分即被認為是奇異點。當檢測到奇異點的數目超過M(數量報警值)或者同一時刻的相鄰測點的溫升梯度值超過G(溫升梯度報警值)或者同一測點相鄰采樣時刻的溫升梯度值超過H(溫升梯度報警值)便進行預報警。

4、隧道火災報警確認

將預報警的信號導入現場工控機數據處理軟件，選擇合適的小波基進行多尺度分解，根據隧道環境各項參數選取小波基尺度。如果沒有檢測到奇異點，取消報警認定為安全狀態，如果檢測出奇異點，進行緩沖，對于下一個信號再次進行基于小波分析的奇異點檢測，當再次檢測到奇異點進行火災位置時間確認及發布報警。

關于奇異點確認的判斷標準：

①如果在j-1尺度上有一個較大幅度的模極大值，并且它的位置接近于在j尺度上具有相同符號的模極大值的位置，就可以判定這兩個極值點是對應于同一個突變點的，并說明這兩個點在同一條極大值線上；若下一個采樣點j-1尺度上的極大值特征表現的更為明顯，可判斷為該點發生溫度場異常；

②搜索j尺度上的模極大值的最大值Max，如果Max超過設定的報警值，并且下一個采樣點后的下個信號對應位置的系數也是模最大值，且持續增大，可判斷此處發生溫度場異常；

③滿足①或②任意一個可認定為溫度場奇異點。