1、硕 士 专 业 学 位 论 文高速公路隧道火灾检测与报警系统的设计与实现Design and implementation of Fire detection and alarm system for highway tunnel作者：XXXX 导师：XXXX 北京交通大学2018年 11月i学校代码：10004密级：公开 北京交通大学硕士专业学位论文 摘要ii北 京 交 通 大 学硕 士 专 业 学 位 论 文高速公路隧道火灾检测与报警系统的设计与实现Design and implementation of Fire detection and alarm system for highwa
2、y tunnel作者姓名：XXXX 学 号：XXXX 导师姓名：XXXX 职 称：XXXX 工程硕士专业领域：XXXX 学位级别：硕士 北京交通大学2018年 11月北京交通大学硕士专业学位论文 摘要iii摘要山西高速公路发展日趋成熟的同时，高速公路隧道作为一种特殊的建筑物，成为山西高速的一部分，由于其地形复杂，结构封闭，交通量大。在其道路运营过程中，一旦发生火灾便会造成隧道主体工程损坏，产生极大的危害性且逃生困难。隧道火灾的发生往往是由于汽车相撞、车辆装载物品燃烧或爆炸、电力电气线路短路等事故引发，其火灾特点是起火速度快、明火事故多于阴燃火。由于隧道环境密闭、交通量大、人员密集，逃生和救援工
3、作相当困难，若一旦发生火灾后不能迅速报警和及时处理，必将导致交通堵塞、重大人员伤亡和财产损失。为保障高速公路隧道内发生火灾事故能够做到实时响应，高速公路隧道火灾检测与报警系统应运而生，使得隧道火灾发生时尽最大程度减少不必要的损失。为使用高速公路的用户营造良好的出行环境。我们决定开发高速公路隧道火灾检测与报警系统，本系统主要工作如下：1. 实现隧道内温度的实时采集，并设置预警温度，当温度达到阈值便触发报警机制，通知值班人员及时查看并处理异常情况，并将异常数据保存至数据库中，以备日后进行故障排除；2. 实现隧道内烟雾的实时采集，并设置预警阈值，一旦烟雾量超出阈值便触发报警机制，通知值班人员及时查看
4、并处理异常情况，并将异常数据保存至数据库中，以备日后进行故障排除；3. 能够对隧道内发生温度及烟雾超过阈值的坐标进行精确定位，辅助值班人员迅速作出应急响应作出应急处理措施并上报上级领导；4. 采用光纤通信，确保从隧道传回监控中心的数据无延时，实现数据传输无延时；5. 采用先进的检测设备，实现隧道内火灾发生的提前响应及预判，不会出现火灾已经到了无法控制的地步才触发报警的情况；6. 实现隧道内手动报警装置与自动报警装置配合双保险，若隧道内发生除火灾之外的其他异常情况，隧道内的司机仍可手动触发报警机制，提示监控人员及时发现并处理异常情况。通过遵循软件工程的思想进行系统开发,本系统的最终成果是实现隧道
5、火灾实时检测与报警，为通行在高速公路隧道内的司机提供更安全和更优质的服务。关键词： 高速公路隧道；实时响应；火灾检测；报警；北京交通大学硕士专业学位论文 ABSTRACTivABSTRACTShanxi expressway is becoming more and more mature at the same time, as a special kind of building, the highway tunnel has become a part of the Shanxi expressway, because of its complex terrain, close stru
6、cture and large traffic volume. In the course of its road operation, once the fire will cause damage to the main body of the tunnel, resulting in great harm and difficult to escape. The occurrence of tunnel fire is often triggered by car collision, vehicle loading items were burning or explosion, po
7、wer line electrical short-circuit accident. The fire characteristics is fire speed, fire accident more than smoldering fire.Due to the tunnel closed environment, heavy traffic, crowded, escape and rescue work is very difficult, if once the fire cannot quickly alarm and timely treatment, will lead to
8、 traffic jams, heavy casualties and property losses.For protection of the highway tunnel fire accident can do real-time response, highway tunnel fire detection and alarm system came into being, the tunnel fire occurs as to minimize unnecessary losses.Create a good travel environment for users who us
9、e the freeway.We decided to develop the highway tunnel fire detection and alarm system,The main work of this system is as follows:1. Realize the real-time collection of temperature inside the tunnel and set the alarm temperature, when the temperature reaches the threshold will trigger the alarm mech
10、anism, inform the officer on duty timely check and deal with abnormal and abnormal data saved to the database, eliminate to prepare for future fault;2. Achieve real-time acquisition of smoke in the tunnel, and by setting the threshold of the warning, once the smoke amount exceeds a threshold will tr
11、igger the alarm mechanism, inform the officer on duty timely check and deal with abnormal and abnormal data saved to the database, eliminate to prepare for future fault;3. To be able to accurately locate the coordinates of temperature and smoke in the tunnel, and assist on duty personnel to quickly
12、respond to the emergency response and report to the superior;4. The use of optical fiber communication, to ensure that the data from the tunnel back to the monitoring center without delay, to achieve data transmission without delay;5. Using advanced detection equipment, to achieve the fire in the tu
13、nnel ahead of the response and anticipation, no fire has reached the point of no control to trigger the alarm;北京交通大学硕士专业学位论文 ABSTRACTv6. The tunnel in the manual alarm device and automatic alarm device with double insurance, if the other abnormal conditions in addition to the fire occurred in the tu
14、nnel, tunnel driver can still manually trigger alarm mechanism, suggesting that staff monitor the timely detection and treatment of abnormal situation.By following the theory of software engineering to develop the system, the final results of the system is achieve real-time tunnel fire detection and
15、 alarm, to provide more security and better quality of service for traffic drivers in highway tunnel.KEYWORDS：Highway tunnel; Real-time response; Fire detection; the alarm;北京交通大学硕士专业学位论文 目录vi目录摘要 .IIIABSTRACT.IV第一章 绪论 .11.1 课题背景及意义 .11.2 国内外发展趋势 .11.2.1 国际隧道火灾检测与报警系统的现状 .11.2.2 国内隧道火灾检测与报警系统的现状 .21.
16、3 课题来源 .21.4 论文组织结构 .2第二章 火灾检测与报警系统的相关技术研究 .32.1 多线程技术 .32.1.1 多线程的定义 .32.1.2 多线程的应用 .32.2 数据传输技术 .42.3 本章小结 .4第三章 高速隧道火灾检测与报警系统需求分析 .53.1 系统概括 .53.2 高速公路隧道火灾检测与报警系统的目标 .53.3 高速公路隧道火灾检测与报警系统结构 .63.4 高速公路隧道火灾检测与报警系统的组成 .83.4.1 火灾检测与报警系统包含的独立子系统 .83.4.2 火灾检测与报警系统包含的其它子系统 .83.4.3 火灾检测与报警系统总体功能模块图 .93.5
17、 高速公路隧道火灾检测与报警系统总体功能需求 .93.6 高速公路隧道火灾检测与报警系统各子系统的功能需求 .103.6.1 隧道本地控制系统功能需求 .103.6.2 电视图像检测子系统的功能 .113.6.3 紧急电话及广播检测子系统功能需求 .113.6.4 交通控制子系统功能需求 .12北京交通大学硕士专业学位论文 目录vii3.6.5 通风控制子系统功能需求 .123.6.6 照明控制子系统功能需求 .133.6.7 火灾报警控制子系统功能需求 .133.7 万开隧道监控系统信息传输特点 .133.8 万开隧道监控系统其它要求 .143.9 本章小结 .14第四章 高速隧道火灾检测与
18、报警系统设计 .154.1 软件体系架构 .154.2 火灾报警子系统的设计 .164.2.1 火灾报警子系统的双备用结构设计 .164.2.2 监控中心火灾监控子系统软件控制流程 .164.2.3 监控中心火灾监控主机与其它主机间的通信 .174.2.4 火灾监控系统数据处理 .184.3 隧道监控系统与火灾子系统之间的联动控制设计 .194.4 万开隧道监控系统安全性设计 .194.4.1 硬件方面的安全性设计 .194.4.2 软件方面的安全设计 .204.5 数据库设计 .204.6 本章小结 .23第五章 高速隧道火灾检测与报警系统的实现 .245.1 系统开发环境 .245.2 火
19、灾报警子系统的实现 .245.2.1 火灾监控系统与隧道报警主机通信模块的实现 .265.2 总结 .285.3 未来工作展望 .28第六章 总结与展望 .30参考文献 .31作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果 .33学位论文数据集 .34北京交通大学硕士专业学位论文 绪论1第一章 绪论1.1 课题背景及意义随着我国经济的飞速发展，交通运输在人类生产生活中的地位越来越重要，高速公路的建设步伐也随之加快。计划到 2020 年，建成山西省高速公路规划“三纵十二横十二环” ，为全省 119 个县（市、区）实现县县通高速公路，由于山西省的特殊地理环境，高速公路隧道作为一种特殊的建筑物，成为
20、山西高速的一部分，由于其地形复杂，结构封闭，交通量大。在其道路运营过程中，一旦发生火灾便会造成隧道主体工程损坏，产生极大的危害性且逃生困难。隧道火灾的发生往往是由于汽车相撞、车辆装载物品燃烧或爆炸、电力电气线路短路等事故引发，其火灾特点是起火速度快、明火事故多于阴燃火。由于隧道环境密闭、交通量大、人员密集，逃生和救援工作相当困难，若一旦发生火灾后不能迅速报警和及时处理，必将导致交通堵塞、重大人员伤亡和财产损失。能够及时检测发现隧道内的异常状态，采取行动快速组织施救，才能最大限度的地减少损失。火灾检测与报警系统的设置便成为预防山西高速公路隧道火灾发生必不可少的配置之一。隧道火灾监控自动报警系统设
21、计与实现必须做到可靠、先进并具有集成性和可扩展性的特点，这样才能立足于防患未然及早期自救。1.2 国内外发展趋势1.2.1 国际隧道火灾检测与报警系统的现状日本是非常重视隧道火灾检测与报警的国家，其在 1958 年开通的关门海底隧道，便安装了空气管式感温火灾自动探测器等消防设备，开启了日本公路隧道安装消防设施的先河。1963 年建设名神高速公路时，随着技术的提高，科技的进步，安装了辐射式火焰探测报警器。到了 1979 年研发出新的双波长火灾探测器，目前日本 90%的隧道采用该产品，并在我国亦有采用。在欧洲国家则倾向于缆线式传感器报警，研究方向在光纤传感及金属电缆传感方面，英国的 Rotherh
22、ithe 隧道是其第一条安装了光纤火灾报警系统的公路隧道，首次将火灾检测报警系统接入中央控制和监控系统；希腊的 Tempi 隧道是一条双北京交通大学硕士专业学位论文 绪论2线铁路隧道，采用了光纤分布式温度检测系统。1.2.2 国内隧道火灾检测与报警系统的现状二十世纪九十年代起，我国新建的高速公路隧道也开始采用隧道火灾报警技术，典型的工程如：1992年成渝高速公路龙泉山隧道安装了点烟式感烟探测器；2002年雁荡山隧道群、重庆市石黄隧道、京珠高速公路粤境北段隧道双波长火焰探测器。在这些工程应用中，不同的火灾自动检测报警技术有着不同的应用效果。但国内对隧道防火技术的研究尚属初期，在已实施的隧道火灾检
23、测中大部分采用国外进口设施，少数国产设备的应用还处于实验阶段。1.3 课题来源本论文来源于作者供职的公司针对山西苛临高速公路隧道开发的高速公路隧道火灾检测与报警系统。经过大量的准备工作，目前该项目研发完成，并经过测试，已投入使用,并通过相关部门的验收,取得了良好的效果。1.4 论文组织结构第一章为绪论，主要介绍了项目的选题来源及项目背景，从 ETC 的定义及工作原理为引线开端，对 ETC 不停车收费系统的国内外发展现状及本项目所具有的理论和实际意义等内容做一个简单的介绍。第二章介绍了有关停车场 ETC 系统的概念、功能构成及关键技术，以及对项目涉及的相关技术和理论进行分析，制订可行性实施方案。第三章针对项目目前的现状及现场考察的环境，针对系统的功能需求进行分析概述并根据停车场的实际环境进行系统硬件的需求分析设计，总结了在硬件设计上的优点及不足。第四章结合 ETC 系统的功能需求概述，对本项目停车场 ETC 系统软件进行详细的设计并实现。第五章对本项目设计实现的停车场 ETC 不停车收费系统进行实地测试，以及对测试结果进行分析改进，总结项目应用的优势及不足。
