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摘 要 本文对烟叶露天堆场火灾监控进行探讨，运用图像型探测和红外光谱扫描远程测温技术建立火灾监控系统，解决其火灾极早期侦测的核心问题，实现烟叶露天堆场防火措施的有机补充，以提高火灾应急效率和防火安全管控水平。
关键词 烟叶堆场；早期火灾；监控系统
中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）05-0015-01
1 烟叶露天堆场的火灾危险性及特点
1.1 烟叶堆垛极易发生阴燃
烟叶堆垛不可避免温度上升问题，烟叶发热主要是烟堆内的烟叶自身和微生物进行呼吸而产生热量积聚的结果，而微生物的呼吸是烟叶发热的主要原因。烟叶成熟后，在每克烟叶上附生的细菌可达5 400～13 000个。烟叶在存放过程中，当烟叶含水量达到15%以上，空气相对温度超过75%以上，温度超过15℃以上的情况下，微生物繁殖极快，细菌只要20min～30min分裂一次，霉菌也只要3～5天即繁殖一代。由于这些微生物进行呼吸而产生热量积聚，使烟叶温度不断升高、碳化、阴燃。烟叶从发热到自燃一般都要经过发热、高温、自燃3个阶段。
升温阶段：当烟堆温度升到35℃～40℃时，由于微生物代谢产生的热能逐渐积蓄，温度将持续上升产生高温。
自燃：微生物在高温下分解烟叶有机物时，产生低燃点的碳氢化合物，只要有充足的氧气，烟叶中的有机化合物还将继续分解，碳化产生新的热流继续升温，最后导致烟叶自燃。
1.2 外部原因造成的火灾
除堆垛自发热造成的火灾外，对于室外堆场，存在很多外部因素的火灾可能。如人为破坏、雷电等恶劣天气造成火灾。多数情况下，外部因素造成的火灾危害性更大，来势更猛，扑救更困难。根据美国的统计，对于仓储类的火灾，其中17%是人为纵火所致，9%是电气和照明系统故障所致。
1.3 堆场面积大，火灾易于扩展、扑救困难、损失大
烟垛的火灾呈现典型的固体深位火灾特征，集聚温度高，加上火灾产生的熱量辐射、扩撒等很容易导致邻近的烟垛的火灾，而且烟叶燃烧的烟气对人伤害大，对于大面积的堆场来讲，消防人员的救援难度大，扑救困难。如果不能实现火灾的极早期侦测，防患于未燃，对于上万吨的烟叶而言，损失较大。
2 烟叶露天堆场火灾安全监控的应对措施
2.1 解决烟叶露天堆场火灾极早期侦测的核心问题
烟叶按堆垛在存放，堆垛的内部微生物产生的热量会不断积聚，达一定程度，极可能产生阴燃。且堆场面积大，对于常规的探测手段根本无法应对。因此新型系统应能针对垛内局部监控和外部大范围的区域进行监控。
烟垛发生阴燃主要的物理表现：过热、产生烟雾、产生表面阴燃火点。因此，新型系统应能针对阴燃火灾的3个阶段分别进行监控。
2.2 极早期火灾侦测的方法
针对烟叶露天堆场的火灾特征，要实现极早期火灾侦测，可采用如下方法：
1）针对每一个堆垛，采用2～6只无线分布式温度传感器进行内部温度的监测。由于自发热和阴燃首先发生于内部，目前基于图像、热像等方法均不能起到直接的探测作用，另外，早期发热或阴燃阶段即便引起表面温度的变化，由于堆场面积大，距离远，热成像系统也很难捕捉到这些温度变化。
2）针对极早期阴燃，采用全视场的红外光谱扫描进程测温系统。该类系统采用点扫描模式，在水平360°，垂直80°～90°的范围内进行逐点扫描，光学放大倍数达上万倍，空间分辨率是热像系统的10倍以上。
3）针对阴燃产生的烟雾或者有焰火，采用基于彩色/黑白图像和近红外图像的双频图像火灾探测器。系统采用可变视场平台，按照一定的角度转动，使系统扫描防护区域，并对烟雾或有焰火进行侦测。
3 图像型火灾探测器的运用
利用AE900进行火灾探测，其探测器依靠一系列算法軟件同时处理防护区域的彩色/ 黑白或NIR图像，寻找符合火灾的大量特征，针对计算获得的所有特征数据，系统进行有机融合，进行火灾的判断决策，进而进行数据融合、决策和报警输出。对于大范围监控场所，由于大焦距的CCD的视场角有限， 需对探测器和云台整合，形成的系统，即可按照一定的规律旋转扫描防护区域。对于图像火灾探测系统，相对经济性较好，但系统只能针对烟雾和有焰火进行探测，无焰的炭火不能触发报警，但可实现预警功能。
4 红外光谱扫描远程测温监控系统的应用
AE6000图像火灾探测器是一种国际领先的光谱扫描极早期火灾探测技术，探测系统采用两自由度水平和垂直转动，实现大范围的热点扫描，所采用的一个光谱波段是火灾的特有红外波段，另一个光谱波段是避免太阳光和人工光源干扰的参比波段，扫描完成即形成不同波段的光谱图像。其火灾探测器一般装在防护区域内相对制高点上，在水平360°，5km半径内逐点逐行进行搜索，可及时发现明火和暗火。该侦测系统接收的是防护区域火（明火或暗火）或火灾的热烟气发出的红外辐射，不论白天、夜间24小时都可以工作，发现目标后自动报警，并及时把火点的坐标用有线或无线传输给消防指挥部门，以便及时扑救，避免造成更大火灾损失。
5 烟叶露天堆场火灾安全监控系统解决方案
1）方案1：基于AE900变视场图像型火灾探测与无线分布测温系统的解决方案。本方案基于经济、有效的原则，采用了AE900变视场图像型火灾探测器和无线分布温度探测器相结合。无线分布温度探测器放置于堆垛内部，主要用于监测堆垛的温度异常变化；AE900探测器采用定周期扫描的方式，对堆场进行全覆盖扫描，主要探测烟雾和火焰；当无线分布温度探测器发现某一个堆垛温度异常时，系统自动联动AE900探测器直接监视温度异常的堆垛，当一定的周期后未发现异常或警报解除后，AE900自动转入自扫描探测状态。该方案无线数据接收装置，通过无线通信与前端的探测器进行通信连接。
2）方案2：基于AE6000双光谱扫描远程测温、AE900变视场图像型烟雾探测与无线分布测温系统的解决方案。在方案一的基础上提高系统极早期探测能力，增加AE6000双光谱扫描进程测温监控子系统，通过360°水平和90°垂直逐点扫描和近万倍光学放大，使得温度探测器的距离大大增加。当AE6000报警，系统将联动AE900转向发生异常的部位，进行定点监视，当警报解除或超出一定周期后未发现异常，AE900将转入自动扫描状态。
6 结论
1）烟叶堆垛易于发生阴燃火，火灾危害性较大，扑救困难，而外部因素引起的火灾也不容小视，因此烟叶堆场的极早期火灾探测意义重大。
2）方案1采用分布无线感温探测器针对堆垛进行实时温度监测，采用AE900图像火灾探测器针对阴燃烟雾或火灾早期火焰进行侦测，可以基本解决火灾的探测问题，相对成本较低。
3）方案2则增加采用了双光谱扫描测温监控子系统，在极早期探测方面更具优势，但相对成本较高。
参考文献
[1]杜建华，张认成.LVQ神经网络的红外光谱火灾早期预警算法[D].华侨大学学报：自然版，2011，32（6）：607-610.
关键词 烟叶堆场；早期火灾；监控系统
中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）05-0015-01
1 烟叶露天堆场的火灾危险性及特点
1.1 烟叶堆垛极易发生阴燃
烟叶堆垛不可避免温度上升问题，烟叶发热主要是烟堆内的烟叶自身和微生物进行呼吸而产生热量积聚的结果，而微生物的呼吸是烟叶发热的主要原因。烟叶成熟后，在每克烟叶上附生的细菌可达5 400～13 000个。烟叶在存放过程中，当烟叶含水量达到15%以上，空气相对温度超过75%以上，温度超过15℃以上的情况下，微生物繁殖极快，细菌只要20min～30min分裂一次，霉菌也只要3～5天即繁殖一代。由于这些微生物进行呼吸而产生热量积聚，使烟叶温度不断升高、碳化、阴燃。烟叶从发热到自燃一般都要经过发热、高温、自燃3个阶段。
升温阶段：当烟堆温度升到35℃～40℃时，由于微生物代谢产生的热能逐渐积蓄，温度将持续上升产生高温。
自燃：微生物在高温下分解烟叶有机物时，产生低燃点的碳氢化合物，只要有充足的氧气，烟叶中的有机化合物还将继续分解，碳化产生新的热流继续升温，最后导致烟叶自燃。
1.2 外部原因造成的火灾
除堆垛自发热造成的火灾外，对于室外堆场，存在很多外部因素的火灾可能。如人为破坏、雷电等恶劣天气造成火灾。多数情况下，外部因素造成的火灾危害性更大，来势更猛，扑救更困难。根据美国的统计，对于仓储类的火灾，其中17%是人为纵火所致，9%是电气和照明系统故障所致。
1.3 堆场面积大，火灾易于扩展、扑救困难、损失大
烟垛的火灾呈现典型的固体深位火灾特征，集聚温度高，加上火灾产生的熱量辐射、扩撒等很容易导致邻近的烟垛的火灾，而且烟叶燃烧的烟气对人伤害大，对于大面积的堆场来讲，消防人员的救援难度大，扑救困难。如果不能实现火灾的极早期侦测，防患于未燃，对于上万吨的烟叶而言，损失较大。
2 烟叶露天堆场火灾安全监控的应对措施
2.1 解决烟叶露天堆场火灾极早期侦测的核心问题
烟叶按堆垛在存放，堆垛的内部微生物产生的热量会不断积聚，达一定程度，极可能产生阴燃。且堆场面积大，对于常规的探测手段根本无法应对。因此新型系统应能针对垛内局部监控和外部大范围的区域进行监控。
烟垛发生阴燃主要的物理表现：过热、产生烟雾、产生表面阴燃火点。因此，新型系统应能针对阴燃火灾的3个阶段分别进行监控。
2.2 极早期火灾侦测的方法
针对烟叶露天堆场的火灾特征，要实现极早期火灾侦测，可采用如下方法：
1）针对每一个堆垛，采用2～6只无线分布式温度传感器进行内部温度的监测。由于自发热和阴燃首先发生于内部，目前基于图像、热像等方法均不能起到直接的探测作用，另外，早期发热或阴燃阶段即便引起表面温度的变化，由于堆场面积大，距离远，热成像系统也很难捕捉到这些温度变化。
2）针对极早期阴燃，采用全视场的红外光谱扫描进程测温系统。该类系统采用点扫描模式，在水平360°，垂直80°～90°的范围内进行逐点扫描，光学放大倍数达上万倍，空间分辨率是热像系统的10倍以上。
3）针对阴燃产生的烟雾或者有焰火，采用基于彩色/黑白图像和近红外图像的双频图像火灾探测器。系统采用可变视场平台，按照一定的角度转动，使系统扫描防护区域，并对烟雾或有焰火进行侦测。
3 图像型火灾探测器的运用
利用AE900进行火灾探测，其探测器依靠一系列算法軟件同时处理防护区域的彩色/ 黑白或NIR图像，寻找符合火灾的大量特征，针对计算获得的所有特征数据，系统进行有机融合，进行火灾的判断决策，进而进行数据融合、决策和报警输出。对于大范围监控场所，由于大焦距的CCD的视场角有限， 需对探测器和云台整合，形成的系统，即可按照一定的规律旋转扫描防护区域。对于图像火灾探测系统，相对经济性较好，但系统只能针对烟雾和有焰火进行探测，无焰的炭火不能触发报警，但可实现预警功能。
4 红外光谱扫描远程测温监控系统的应用
AE6000图像火灾探测器是一种国际领先的光谱扫描极早期火灾探测技术，探测系统采用两自由度水平和垂直转动，实现大范围的热点扫描，所采用的一个光谱波段是火灾的特有红外波段，另一个光谱波段是避免太阳光和人工光源干扰的参比波段，扫描完成即形成不同波段的光谱图像。其火灾探测器一般装在防护区域内相对制高点上，在水平360°，5km半径内逐点逐行进行搜索，可及时发现明火和暗火。该侦测系统接收的是防护区域火（明火或暗火）或火灾的热烟气发出的红外辐射，不论白天、夜间24小时都可以工作，发现目标后自动报警，并及时把火点的坐标用有线或无线传输给消防指挥部门，以便及时扑救，避免造成更大火灾损失。
5 烟叶露天堆场火灾安全监控系统解决方案
1）方案1：基于AE900变视场图像型火灾探测与无线分布测温系统的解决方案。本方案基于经济、有效的原则，采用了AE900变视场图像型火灾探测器和无线分布温度探测器相结合。无线分布温度探测器放置于堆垛内部，主要用于监测堆垛的温度异常变化；AE900探测器采用定周期扫描的方式，对堆场进行全覆盖扫描，主要探测烟雾和火焰；当无线分布温度探测器发现某一个堆垛温度异常时，系统自动联动AE900探测器直接监视温度异常的堆垛，当一定的周期后未发现异常或警报解除后，AE900自动转入自扫描探测状态。该方案无线数据接收装置，通过无线通信与前端的探测器进行通信连接。
2）方案2：基于AE6000双光谱扫描远程测温、AE900变视场图像型烟雾探测与无线分布测温系统的解决方案。在方案一的基础上提高系统极早期探测能力，增加AE6000双光谱扫描进程测温监控子系统，通过360°水平和90°垂直逐点扫描和近万倍光学放大，使得温度探测器的距离大大增加。当AE6000报警，系统将联动AE900转向发生异常的部位，进行定点监视，当警报解除或超出一定周期后未发现异常，AE900将转入自动扫描状态。
6 结论
1）烟叶堆垛易于发生阴燃火，火灾危害性较大，扑救困难，而外部因素引起的火灾也不容小视，因此烟叶堆场的极早期火灾探测意义重大。
2）方案1采用分布无线感温探测器针对堆垛进行实时温度监测，采用AE900图像火灾探测器针对阴燃烟雾或火灾早期火焰进行侦测，可以基本解决火灾的探测问题，相对成本较低。
3）方案2则增加采用了双光谱扫描测温监控子系统，在极早期探测方面更具优势，但相对成本较高。
参考文献
[1]杜建华，张认成.LVQ神经网络的红外光谱火灾早期预警算法[D].华侨大学学报：自然版，2011，32（6）：607-610.