Файл: Система мониторинга пожарной и медико экологической безопасности с использованием анализа видеоданных с беспилотных летательных аппаратов.pdf

13
 максимально-дифференциальные (формируют извещение о пожаре при любом из вышеуказанных случаев).
По способу электропитания извещатели подразделяют на питаемые по шлейфу (двухпроводное включение), питаемые по отдельному проводу
(четырехпроводное включение), питаемые от автономного источника (в корпус извещателя установлен источник питания) и автономные (в корпусе конструктивно интегрированы источник питания и элементы, необходимые для обнаружения возгорания).
По конфигурации измерительной зоны выделяют следующие виды пожарных извещателей:
 линейные (реагирует на опасные факторы пожара в горизонтальной, линейной плоскости);
 точечные (реагирует на опасные факторы пожара в ограниченной зоне);
 многоточечные (реагирует на опасные факторы пожара посредством их контроля в нескольких зонах).
По возможности установки адреса в пожарных извещателях их подразделяют на адресные (устройства, имеющие адрес, определяемый приемно- контрольным прибором) и неадресные.
По характеру обмена информацией с приемно-контрольным прибором автоматические устройства обнаружения пожара делятся на пороговые (извещает при достижении или превышении величины установленного порога) и аналоговые
(извещает о текущем показателе контролируемого фактора пожара). Следует отметить, что для возможности интеграции с иными контрольно-приемными устройствами неадресные пороговые извещатели также классифицируют по типам сигналов с уточнением характеристик постоянного и переменного тока.
Наиболее важным методом классификации для решения задач, поставленных в работе, является классификация пожаров по виду контролирующего признака. По указанной классификации существует несколько

14 типов пожарных извещателей: дымовые, тепловые, пламени, газовые и комбинированные.
Тепловые пожарные извещатели являются средствами обнаружения, реагирующими на определенное значение температуры и (или) скорости ее нарастания.
Особенностью классификации пороговых тепловых пожарных извещателей
(ИПТ) является характер реакции на контролируемый признак пожара, согласно которому данные устройства разделяют на:
 максимальные (ИПТ, формирующий извещение о пожаре при превышении температурой окружающей среды установленного порогового значения (температуры срабатывания));
 дифференциальные (ИПТ, формирующий извещение о пожаре при превышении скорости нарастания температуры окружающей среды установленного порогового значения);
 максимально-дифференциальные (ИПТ, выполняющий функции максимального и дифференциального ИПТ (по схеме «ИЛИ»)).
По конфигурации измерительной зоны тепловые, газовые и дымовые оптико-электронные ИП подразделяют на:
 точечные (ИПТТ – извещатель пожарный тепловой точечный): ИПТ, в котором устройство обнаружения фактора пожара расположено в ограниченном объеме, много меньшем объема защищаемого помещения;
 линейные (ИПТЛ – многоточечный тепловой линейный пожарный извещатель): ИПТ, который предполагает возможность обнаружения очага путем объединения тепловых потоков в пространственной зоне нахождения чувствительных элементов самого устройства;
 многоточечные (ИПТМ – извещатель пожарный тепловой многоточечный): ИПТ, чувствительные элементы которого дискретно расположены в протяженной линейной зоне.

15
Дымовые пожарные извещатели представляют собой средства обнаружения аэрозольных частиц, возникающих в воздухе при химической реакции горения, и реагируют на частицы твердых или жидких продуктов горения или пиролиза в атмосфере. При возникновении очага возгорания на начальном этапе в воздушной или газообразной среде образуется большое количество твердых частиц продуктов горения, именуемого дымом. Особенность функционирования дымовых пожарных извещателей состоит в ионизационном и оптическом способах обнаружения дыма, выделяемого при термическом разложении.
Принцип действия ионизационных пожарных извещателей основан на анализе динамики ионизационного тока, воздействующего на радиоизотопную камеру, которая представляет собой элемент измерительного преобразователя дымового извещателя и формирует основные параметры устройства. Действие оптико- электронных пожарных извещателей основано на принципе обнаружения изменений оптических свойств среды. При выделении дыма происходит изменение оптической плотности среды, как в связи с рассеиванием твердыми частицами светового потока, так и за счет ослабления прозрачности атмосферы
(потери видимости в помещении или замкнутом пространстве).
В последнее время появились сообщения об обнаружителях очагов возгорания с использованием дымовых видеоизвещателей. Данный метод противопожарной защиты представляет собой альтернативный вариант мониторинга пожарной обстановки в зданиях и на открытой местности вне зависимости от времени суток и атмосферных явлений. При использовании данного метода задействуются стационарные камеры видеонаблюдения, выполняющие функции средств обнаружения пожара и отдельных особенностей его развития, а также других сопутствующих характерных признаков. Камеры, установленные в зданиях, помещениях и сооружениях, имеют возможность обнаружения очагов возгорания на начальных стадиях их развития, что снижает риск причинения жизни и здоровья людей и ценному имуществу. Наибольшую эффективность дымовые видеоизвещатели представляют на потенциально опасных, взрывоопасных и технически сложных объектах, поскольку постоянный

16 видеоанализ позволяет обнаружить дым в замкнутом помещении гораздо раньше, чем на него отреагирует классический дымовой извещатель, установленный на потолке.
Принцип работы пожарных извещателей пламени заключается в возможности реагирования на оптическое электромагнитное излучение тлеющего пожара или непосредственно очага пламени. Электромагнитное излучение, которое сопровождает процесс возникновения и развития возгорания, в зависимости от длины оптического диапазона может быть представлено в инфракрасном (ИК), видимом, многодиапазонном и ультрафиолетовом (УФ) вариантах. Различные температурные и физико-химические режимы развития пожара предполагают разный спектральный состав электромагнитного излучения.
Тип и количество пожарной нагрузки формирует конкретные виды спектров, характерные для определенных веществ и материалов, в целом устанавливающие общие свойства спектра излучения пламени. Электромагнитное излучение в инфракрасном, видимом или ультрафиолетовом диапазонах воздействует на чувствительный элемент средства обнаружения пожара и преобразовывает его в электросигнал, подаваемый на приемно-контрольный прибор.
Для ультрафиолетовых устройств предусмотрена ультрафиолетовая область излучений в коротковолновом диапазоне от 185 до 280 нм. Этот диапазон выбран в целях недопущения оптического искажения природным ультрафиолетом, создаваемым солнечными лучами, длина волн которых более 286 нм, что не дает возможности реагирования ультрафиолетовым датчикам на солнечное излучение.
Кроме того, ультрафиолетовые датчики имеют технические характеристики, позволяющие выявлять возгорание с больших расстояний (до 80 м), и обеспечивать быстрое (от 0,5 сек) обнаружение очагов пожара [5, 50].
В соответствии с действующей нормативной документацией наиболее оптимальное расстояние для обнаружения тестовых пожаров типа ТП-5 и ТП-6 ультрафиолетовыми извещателями составляет 25 м. Ввиду того, что продукты термического разложения некоторых легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и газов, а также химически опасных веществ, эффективно поглощают

17 ультрафиолетовое излучение, обнаружение очагов с больших расстояний не представляется возможным. Ультрафиолетовые средства обнаружения пожара капризны к внешним воздействиям, таким как повышенная запыленность и влажность, соседство с источниками рентген и гамма-излучений, электромагнитные импульсы, создаваемые грозой или излучением при проведении сварочных и иных строительно-ремонтных работ. Поэтому использование указанных пожарных извещателей в зонах, в которых выделяются горючие газы или пары, а также переходят во взвешенное состояние горючие пыли и волокна, следует исключить [50].
При нагревании все вещества и материалы, находящиеся в твердом, жидком или газообразном состояниях, способны выделять излучение в инфракрасном спектре, что влечет распределение в нем большого количества энергии. При этом температурный показатель нагреваемого тела определяет длину волны излучения и еѐ интенсивность. Например, солнечные лучи, направляя потоки инфракрасного излучения, могут стать причиной ложных срабатываний однодиапазонных извещателей пламени. Поэтому наиболее целесообразное проектирование систем пожарной сигнализации с использованием указанных средств обнаружения пожара предполагается в местах, где исключено попадание солнечного света и различных источников, провоцирующих помехи: логистические комплексы, технические и производственные помещения, в которых технологический процесс не предполагает оптическое искажение.
Пожар в процессе своего развития совершает колебательные движения низкой частоты в интервале от 2 до 20 Гц, что позволяет инфракрасным извещателям фиксировать данные колебания и исключать иные факторы, влияющие на чувствительный элемент датчика. Но учитывая, что на многих объектах используются спецтранспорт, имеющий сигнально-световые устройства, действие которых может создать ложное оптическое искажение указанным средствам обнаружения, применение частотного метода обнаружения очагов возгорания приводит к определенным трудностям. Выходом из данной проблемной ситуации является использование в одном извещателе нескольких

18 инфракрасных каналов, работающих посредством создания алгоритмов с более интеллектуальной обработкой сигналов, что снижает вероятность реагирования устройств на внешние оптические помехи. Данное техническое решение послужило предпосылкой разработки и внедрению многодиапазонных извещателей, сочетающих в себе симбиоз принципов микропроцессорного отображения измеряемых величин и учета данных, получаемых из нескольких инфракрасных каналов. Это позволило повысить качественные показатели помехоустойчивости указанных устройств. Также установлено, что инфракрасное излучение не подвержено реакции на механические продукты термического разложения и образованию грязи, что даѐт обоснованные преимущества применения данных извещателей в объектах со сложными технологическими процессами производств, транспортной инфраструктуры, а также хранения и переработки горючих пылей, газов и волокон. В целях минимизации получения ложных сигналов элементами системы пожарной сигнализации, производителями пожарно-технической продукции предложены матричные многодиапазонные варианты пожарных извещателей, сочетающие в себе способность реагирования на инфракрасный и ультрафиолетовый спектры излучения. Данные устройства изготавливаются, как правило, во взрывозащищенном исполнении и могут применяться на объектах добычи, переработки и хранения углеводородного сырья и готовой продукции.
В настоящее время набирает обороты производство высокотехнологичных видеокамер, способных отслеживать возникновение очагов возгорания в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном спектрах излучения. Обнаружение пожаров в таких автоматизированных системах осуществляется с использованием методов искусственного интеллекта.
Большой популярностью пользуются газовые пожарные извещатели, реагирующие на продукты горения, возникающие при тлении и находящиеся в газообразном состоянии. При производстве газовых средств обнаружения пожара используются датчики, собранные из полупроводниковых электрохимических преобразователей.

19
Для выявления и анализа нескольких опасных факторов пожара применяются теплосветовые, теплодымовые, светодымовые и иные извещатели комбинированного типа. Принцип действия самых распространѐнных теплодымовых датчиков заключается в реагировании теплового или дымового каналов обнаружения очага и формировании и передаче сигнала на приемно- контрольный прибор. При этом стоит отметить, что обнаружение пожара происходит по одному признаку, второй признак пожара имеет функцию дополнительного.
Традиционно для достижения очень высокой чувствительности в особых зонах контроля противопожарного режима использовали аспирационные системы. Суть работы данных систем обнаружения представляет собой принудительное создание потока воздуха, который засасывается из места, контролируемого элементами пожарной сигнализации, и по специальной трубопроводной сети передается оптическому пожарному устройству, выполняющему функции детектора и выявляющему очаг на ранней стадии до появления опасных факторов пожара, которые можно увидеть человеческим зрением.
Лазерные технологии также прочно вошли в сферу разработок систем противопожарной защиты и были, в частности, реализованы в виде фотоэлектрических дымовых пожарных извещателей, в которых используется лазер. Данные приборы контроля многократно превышают уровень восприимчивости чувствительных элементов инфракрасных датчиков, а при сравнении с показателями аспирационных систем, которые оценивают всю зону потенциального пожара, они обладают преимуществом обнаружения конкретного участка, что позволяет более точно определить источник разложения продуктов горения, выделяющихся в форме дыма. Отдельно стоит отметить особую совместимость лазерных датчиков с другими типами тепловых и дымовых средств обнаружения и возможность их точечной интеграции в существующие системы пожарной сигнализации или в качестве отдельных подсистем. Также отсутствует необходимость соблюдения баланса чувствительности между

20 разными извещателями, расположенными на одном шлейфе, что создает условия индивидуального подхода к их размещению, исходя из архитектурных и конструктивных особенностей объектов защиты и неравномерности распределения горючей нагрузки в помещениях или сооружениях. Кроме того, при использовании лазерных пожарных извещателей пылевые составы или волокна, витающие в пространстве помещений, не создадут угрозу частых ложных срабатываний, как это характерно для аспирационных систем обнаружения очагов возгорания или тления.
Таким образом, современная промышленность выпускает значительную номенклатуру газовых извещателей, грамотное использование которых позволяет свести к минимуму пожарные риски.
Одним из действенных способов повышения качества работы систем обнаружения пожаров является предотвращение ложных тревог, обеспечиваемое рядом технологических приемов. Наиболее значимым из таких приемов было искусственное снижение чувствительности датчиков, что было угрожающим фактором возгорания, особенно на ранних стадиях возникновения пожаров.
В современных системах (например, согласно протоколу VDE 0833-2) предусмотрено несколько технических и технологических приемов, минимизирующих вероятность ложных тревог.
Рассмотрим основные из них:
 использование одновременно работающих двух пожарных извещателей, когда решение принимается по совпадению (функция λ) двух тревожных сигналов;
 использование алгоритмов распознавания образцов пожаров
(соответствие сигнальной последовательности событий шаблону ситуации пожара);
 сочетание различных алгоритмов обнаружения пожара (например, сочетание разных длин волн и углов рассеивания позволяет определять, какая

21 доля неопределенности присутствует в принятом решении, и какой материал горит);
 применение технологии компенсации фонового сигнала в дежурной камере, в соответствии с которой порог срабатывания извещения адаптируется к уровню фоновой составляющей или загрязнению сигнала;
 применение высокотехнологичных извещателей с высоким соотношением сигнал/шум и использование сложных алгоритмов, снижающих уровень шума по отношению к полезному сигналу;
 использование механических воздушных фильтров, улавливающих пыль, и не пропускающих дым (используется в аспирационных извещателях).
Таким образом, современная промышленность выпускает набор технических средств, позволяющих значительно снизить угрозы возникновения пожаров. Работы в этом направлении продолжаются во многих странах, включая
Россию.