长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动系统

本发明涉及长大隧道区间内高速列车火灾预警及消防，尤其涉及一种用于长大区间内高速列车火灾预警与消防救援的应急联动系统。

背景技术：

1、随经济水平的提高，通行压力不断增大。一旦高速列车在长大隧道内发生火灾事故，极易造成重大的人员安全及经济损失事故，当类似事故发生在长大隧道区间时，后果将更加不堪设想。因此，需要对长大隧道区间高速列车火灾行为进行探索，探究长大隧道区间内高速列车火灾预警技术，从而进一步提升高速列车火灾消防救援能力，降低长大隧道区间高速列车火灾的危险性。

2、通过调研发现，授权公告号为cn201364635y的中国专利公开了一种高速列车火灾报警控制系统，该系统包括用于探测火灾的火灾探测器和主要负责记录火警故障、输出报警信号的火灾报警控制器，其中火灾探测器包括：形成有探测火灾的电路模块；与电路模块相连的用于供电的电源；用于探测烟温信息的探测模块；与探测模块相连的处理烟温信息的微处理器；用于在各个探测器之间以及在所述探测器和控制器之间通讯的can总线收发模块；上述探测模块包括探测环境湿度的湿度模块、探测烟浓度的烟浓度探测模块和用于探测温度的温度传感器。

3、该高速列车火灾报警控制系统，能够在一定程度上降低高潮湿环境下探测器的误报率，增加了流体温度测量功能，有助于解决传输线短路时的通讯问题，对与该专利相似的高速列车报警控制系统具有一定的参考价值。但是，该专利在识别列车火灾时需采集的相关信号时别参数相对较少，仅包括湿度、烟浓度、温度，而未包括气体成分、亮度变化、车辆形变等参数，这将导致误报概率更高；其次，高速列车火灾报警后续并未探究，特别是后续的应急联动及消防救援措施应当进一步考虑。最后，高速列车一旦在长大隧道区间中发生故障，其毒性方面的监测工作需要被重点关注，当隧道内毒性过高时，消防员的生命安全将受到严重威胁，不利于救援工作的开展。

4、如何结合高速列车火灾预警及消防救援技术，开发一种用于长大隧道区间内高速列车火灾预警及消防救援应急联动系统，从而提高长大隧道区间高速列车的安全管理水平，已成为亟待解决的科技问题。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动系统，以期能够有效降低高速列车火灾误报率，对隧道内高速列车火灾毒性进行判断，及时给出长大隧道区间高速列车火灾事故避灾、消防疏散策略，从而能降低列车乘客以及消防人员的危险，并能提高消防救援效率。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法的特点在于，是应用于由隧道控制子系统和高速列车控制子系统所构成的应急联动系统中，且所述应急联动系统嵌入在隧道及高速列车监测、控制平台的上位机，其中，所述隧道控制子系统是利用隧道控制器分别控制隧道内的疏散指示模块、通风排烟模块以及灭火模块；

4、所述高速列车控制子系统是利用高速列车控制器分别控制高速列车内的灭火模块、照明模块、制动模块、车厢防火门以及电源动力模块；

5、所述隧道控制子系统中设置有隧道信号采集器，用于实时采集隧道内的气体成分、图像、烟雾浓度以及温度分布情况；

6、所述高速列车控制子系统中设置有高速列车信号采集器，用于实时采集高速列车内部湿度变化、气体成分、亮度变化、烟雾浓度以及温度分布特征；

7、所述应急联动方法是按如下步骤进行：

8、s1，所述上位机利用所述高速列车信号采集器实时采集高速列车车厢内的火灾预警指标信息，包括：温度、烟雾浓度、湿度、气体成分以及亮度，并利用高速列车火灾预警模型实时判断车厢内火灾的发生情况，包括：无火、阴燃、明火；若车厢内火灾的发生情况为无火，则返回s1继续采集；若车厢内火灾的发生情况为明火或阴燃，则执行步骤s2；

9、s2所述上位机利用隧道信号采集器获取隧道内的火灾图像从而判断高速列车是否处于隧道中，若处于，则执行步骤s3；否则，执行步骤7；

10、s3所述上位机判断高速列车的动力系统是否正常，若是，则执行步骤s4；否则步骤s6；

11、s4所述上位机根据所述火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，同时判断高速列车是否能继续行驶至最近站点；若能，则所述上位机广播灾情以警示其他列车，并指导乘客疏散后关闭火灾车厢防火门，否则，执行步骤s5；

12、s5，所述上位机广播灾情以警示其他列车，并指导乘客疏散后关闭车厢防火门，同时根据列车所处隧道位置以及火灾车厢位置，按照4种避灾策略控制高速列车行驶，直至待列车驶出隧道后，控制高速列车的制动模块立即停车；

13、s6：所述上位机根据所述火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，同时广播灾情以警示其他列车，并切断火灾车厢与消防无关的设备电源，启动疏散指示模块，使得高速列车的全部乘客按照3种疏散策略进行疏散，直至人员疏散完成后，所述隧道及高速列车监测、控制平台启动隧道内的灭火模块及通风排烟模块，并根据隧道内监测的毒性指标，实时判断隧道内的空气质量，若空气质量达标，则通知消防人员进入隧道抢险，否则持续开启隧道通风排烟模块，并继续实时监控隧道内的毒性指标；

14、s7：判断高速列车的动力系统是否正常，若是，则执行步骤s8；否则步骤s10；

15、s8：所述隧道及高速列车监测、控制平台根据所述火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，同时判断高速列车是否能继续行驶至最近站点；若能，则所述隧道及高速列车监测、控制平台广播灾情以警示其他列车，并指导乘客疏散后关闭火灾车厢防火门，否则执行步骤s9；

16、s9：所述隧道及高速列车监测、控制平台广播灾情以警示其他列车，并控制高速列车的制动模块立即停车，同时切断火灾区域与消防无关的设备电源后，启动高速列车内的照明模块，以指导乘客疏散；

17、s10：所述隧道及高速列车监测、控制平台根据所述火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，广播灾情以警示其他列车，并控制高速列车的制动模块立即停车，同时切断火灾区域与消防无关的设备电源后，启动高速列车内的照明模块，以指导乘客疏散。

18、本发明所述的一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法的特点也在于，所述高速列车火灾预警模型包括：输入层、隐含层和输出层，并令n表示输入层中所输入的监测指标个数；令m表示输出层输出的火灾的发生情况类别，包括无火、阴燃、明火，即m＝3。

19、所述高速列车火灾预警模型中的训练样本是通过数字孪生方式获得；

20、所述数字孪生方式是先采集高速列车的数据信息，以构建所述高速列车的数字孪生模型，并结合高速列车在不同部位的起火特点及其导致的温度、烟雾浓度、湿度、气体成分以及亮度，生成所述高速列车火灾事故的孪生数据；再根据所述孪生数据对高速列车的火灾事故进行分析，以得出高速列车的火灾情况。

21、所述空气质量是按如下步骤进行判断：

22、sa：利用式(1)计算隧道内的毒性值n：

23、

24、式(1)中，[co]、[o2]、[co2]、[hcn]、[hcl]、[hbr]、[no2]、[h2s]分别表示测得的一氧化碳、氧气、二氧化碳、氰化氢、氯化氢、溴化氢、二氧化氮以及硫化氢气体的浓度；m和b分别为所拟合的二氧化碳浓度直线的斜率和截距；

25、sb：当n≥1时，表示空气质量不达标；

26、当n<1时，表示空气质量达标。

27、所述4种避灾策略包括：

28、避灾策略a：当高速列车在隧道入口段发生火灾时，所述上位机利用制动模块控制高速列车减速后，利用电源动力模块反向驶出隧道；

29、避灾策略b：当高速列车在隧道中间段发生火灾，且火灾发生在列车车厢的中部或末端时，所述高速列车继续驶出隧道；

30、避灾策略c：当高速列车在隧道中间段发生火灾，且火灾发生在列车车厢的前端时，所述上位机利用制动模块控制高速列车减速后，利用电源动力模块反向驶出隧道；

31、避灾策略d：当高速列车在隧道出口段发生火灾时，所述高速列车继续行驶出隧道。

32、所述3种疏散策略包括：

33、疏散策略a：当火灾位置处于列车车厢末端时，所述上位机启动通风排烟模块，使得主隧道的通风方向由出口段指向入口段，以避免烟气危害，并根据高速列车所处的位置，指导位于列车入口段及中间段的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散，处于列车位于出口段的乘客通过隧道出口疏散；

34、疏散策略b：当火灾位置处于列车车厢中部，且列车位于隧道入口段时，待列车末端的乘客从隧道入口段疏散完成后，所述上位机启动通风排烟模块，使得通风方向由出口段指向入口段，同时列车前端的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散；

35、当火灾位置处于列车车厢中部，且列车位于隧道中间段时，火灾车厢两侧的乘客均通过主隧道内的内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散，待疏散完成后，所述上位机启动通风排烟模块；

36、当火灾位置处于列车车厢中部，且列车位于隧道出口段时，待列车前端的乘客从隧道出口段疏散完成后，所述上位机启动通风排烟模块，使得通风方向由入口段指向出口段，同时列车末端的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散；

37、疏散策略c：当火灾位置处于列车车厢前端时，所述上位机启动通风排烟模块，使得主隧道通风方向均由入口段指向出口段，以避免烟气危害；并根据高速列车所处的位置，指导位于列车出口段及中间段的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散，处于列车位于入口段的乘客通过隧道出口疏散。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

39、1、现阶段针对高速列车与隧道的应急联动系统建设不完善。而本发明构建了一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援应急联动系统，该系统嵌入在隧道及高速列车监测、控制平台的上位机，能够分别实现隧道和高速列车的数据采集及设备控制，缩短了高速列车火灾事故响应及救援时间，从而提高了疏散救援效率，降低了经济损失及人员伤亡的风险。

40、2、基于隧道内高速列车火灾事故发展流程及推演规律，本发明提出了长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援应急联动系统的工作流程，该流程方法创造性的分析了高速列车火灾事故可能存在的各个环节，并结合隧道和高速列车的数据采集及设备控制手段，提出了相应的消防救援措施，从而提高了该系统的实际操作性。

41、3、火灾报警探测器普遍存在着误报率较高的风险。本发明的高速列车火灾判断算法结合了深度学习算法，同时监测温度、烟雾浓度、湿度、气体成分以及亮度等指标，并利用数字孪生手段获取学习样本，进而判断高速列车火灾类别，包括无火、阴燃、明火。该算法能够有效提升火灾报警准确度，降低误报率，从而延长了高速列车火灾避险时间，增强了疏散救援成功率。

42、4、当高速列车发生火灾事故并滞留在隧道内时，火灾列车将会产生大量有毒烟气，会对乘客及消防救援人员的生命安全造成威胁。因此，在上述事故情况下，本发明提出了空气质量实时判断方法，通过获取的隧道内一氧化碳、氧气、二氧化碳、氰化氢、氯化氢、溴化氢、二氧化氮以及硫化氢气体浓度的基础上，对隧道内毒性进行事实判断，并划分了安全标准，从而有效降低了消防人员进入隧道抢修救援火灾事故时的风险。

43、5、针对高速列车所处长大隧道区间内位置以及火灾车厢位置，本发明提出了隧道内高速列车火灾4种避险以及3种疏散预案，能够较为全面的覆盖隧道内高速列车火灾事故情况，从而可为长大隧道区间高速列车火灾预警及消防救援提供重要的理论参考。