一种用于铁路火灾防控的智慧隧道系统

1.本发明涉及轨道交通智能管理，尤其涉及一种用于铁路火灾防控的智慧隧道系统。


背景技术：

2.近年来铁路线路的扩张使得长大隧道、隧道群增多，隧道安全运营问题显得尤为突出。除隧道本身的土建施工质量外，隧道的火灾防控也已成为铁路隧道安全运营的重要课题。由于长大铁路隧道环境封闭，列车乘次高度密集，救援力量难以到达，因此一旦发生火灾事故，往往造成灾难性的后果。
3.目前传统的铁路隧道系统虽已具备探测和灭火等火灾防控基本功能，但是仍然存在许多不完善的地方：一是隧道监测数据不可靠，由于数据监测设备类型少，无法全方位、多维度探测火情，可能造成火情延时、误报等情况，不能对火灾事故突发信息进行精准监测和快速响应，极大地延误了火灾救援；二是多设备协同技术薄弱：面对火灾等严重事故，隧道内各种机电设备独立运作，控制系统封闭，应急响应慢，无法协同联动；三是灭火手段单一，隧道内消防设施落后，自动灭火技术薄弱。面对隧道内火灾，多依靠外部救援力量实施灭火，隧道不能主动消除火灾隐患。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可全方位、多维度探测火情，进行精准监测并能快速响应的智慧隧道系统。
5.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
6.一种用于铁路火灾防控的智慧隧道系统，包括
7.运营监测模块，用于监测隧道内全时域、多维度的运营监测数据；
8.智慧中心模块，包括大数据智能分析系统、应急决策系统以及模块远程控制系统；通过所述大数据智能分析系统对接收到的运营监测数据进行分析、计算，由所述应急决策系统根据隧道内火灾危险状况提出相应的处理措施，并通过所述模块远程控制系统根据给出的处理措施对各个模块进行远程管控；
9.数据传输模块，实现智慧隧道系统内部各个模块之间的数据高速传输；
10.信息通讯模块，实现隧道救援展信息的实时共享；
11.多功能管控模块，包括智能灭火系统，接收所述智慧中心模块的指示控制隧道内的智能灭火系统进行灭火；
12.供能保障模块，为智慧隧道系统各个模块提供能源保障。
13.作为上述技术方案的进一步改进：
14.所述智能中心模块包括数据存储系统和隧道数据库系统，通过所述数据存储系统对监测数据进行云端存储；所述隧道数据库系统整合存入隧道内结构、设备的基本信息以及运营列车的基本参数，所述大数据智能分析系统通过调用所述数据存储系统内储存的监
测数据和所述隧道数据库系统内的数据进行分析、计算。
15.所述智慧中心模块包括数据可视化系统，所述数据可视化系统通过将建筑信息模型(bim)与物联网数据(iot)进行位置坐标及运营状态匹配，将隧道内出现异常的位置可视化处理。
16.所述应急决策系统将隧道内火灾危险程度划分为三个等级：黄色危险等级、橙色危险等级、红色危险等级；当隧道内结构或设备处于异常状态且未见明火明烟时判定为黄色危险等级；当隧道内设备设施发生火灾，出现明火明烟时判定为橙色危险等级；当隧道内行驶的列车发生火灾时判定为红色危险等级。
17.所述多功能管控模块包括警报系统、隧道照明系统、隧道通排风系统、接触网管理系统、智慧信息服务系统以及疏散指示系统；
18.所述接触网管理系统将隧道全线接触网分为若干区段，实现对发生火灾事故区段的接触网锚段单独断电；智慧信息服务系统以app、微信、网站等多种方式为管理部门和个人提供实时准确的信息服务。
19.所述智能灭火系统包括冷却剂系统、高压细水雾系统、洁净气体灭火系统、救援灭火列车系统；
20.当隧道内火灾危险程度为黄色危险等级时，由所述警报系统发出黄色警报，所述智能灭火系统施加冷却剂为设备降温，由所述智慧信息服务系统向上级部门汇报信息并通知检修人员维修；
21.当隧道内火灾危险程度为橙色危险等级时，由所述警报系统发出橙色警报，所述智能灭火系统通过洁净气体灭火系统或者高压细水雾系统实施自动灭火措施，由所述智慧信息服务系统向上级部门汇报信息并通知检修人员维修，所述接触网管理系统将该火灾区段接触网锚段单独断电，所述隧道通排风系统自动调节风阀；
22.当隧道内火灾危险程度为红色危险等级时，由所述警报系统发出红色警报，所述智能灭火系统通过洁净气体灭火系统、高压细水雾系统实施自动灭火措施，由所述智慧信息服务系统向上级部门汇报信息并通知救援人员实施救援，所述接触网管理系统将该火灾区段接触网锚段单独断电，所述隧道通排风系统自动调节风阀，所述疏散指示系统智能引导人员逃生。
23.所述运营监测数据模块监测的数据包括隧道内温度湿度、有害气体、电气设备状态、列车运行状态、弓网系统状态、隧道关键结构图像、各模块运作状态以及火灾态势。
24.所述信息通讯模块包括隧道内信息共享，车隧信息通讯，隧地信息通讯；
25.所述隧道内信息共享，通过4g或5g通信将隧道内部异常信息实时共享给各救援站；
26.所述车隧信息通讯，实现列车与救援站之间的信息通讯；
27.所述隧地信息通讯，实现救援站与上级部门之间的信息通讯。
28.所述数据传输模块包括无线传输方式和有线传输方式；所述智慧信息服务系统中使用无线传输方式；隧道内所述数据监测设备、所述多功能管控模块与所述智慧中枢模块之间使用有线传输方式。
29.与现有技术相比，本发明的优点在于：
30.本发明的一种用于铁路火灾防控的智慧隧道系统，通过运营监测模块监测隧道内
全时域、多维度的运营数据，并通过数据传输模块将监测到的运营数据发送至智慧中心模块，由智慧中心模块的大数据智能分析系统对接收到的运营数据进行分析、计算，并由应急决策系统根据隧道火灾危险状况做出相应的处理措施，由模块远程控制系统落实，对各个模块进行远程管控，多功能管控模块接收到智慧中心模块的信号后，由智能灭火系统进行灭火执行防火措施，由供能保障模块对各个模块提供能源保障，保证防控工作的正常进行；各个设备协同联动，全方位、多维度探测火情，进行精准监测并快速响应，根据隧道内火灾状态快速做出对应的处理措施并执行，实现迅速、自动、准确地防控铁路隧道内火灾，有效提升隧道安全运营水平。
附图说明
31.图1是本发明的智慧隧道系统的内部电路示意图。
32.图2是本发明的黄色危险等级下智慧隧道系统应急响应的流程示意图。
33.图3是本发明的橙色危险等级下智慧隧道系统应急响应的流程示意图。
34.图4是本发明的红色危险等级下智慧隧道系统应急响应的流程示意图。
35.图中各标号表示：
36.1、供能保障模块；2、运营监测模块；3、数据传输模块；4、智慧中心模块；5、信息通讯模块；6、多功能管控模块。
具体实施方式
37.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
38.图1至图4示出了本发明用于铁路火灾防控的智慧隧道系统的一种实施例，包括
39.运营监测模块2，用于监测隧道内全时域、多维度的运营监测数据；
40.智慧中心模块4，包括大数据智能分析系统、应急决策系统以及模块远程控制系统；通过大数据智能分析系统对接收到的运营监测数据进行分析、计算，由应急决策系统根据隧道内火灾危险状况提出相应的处理措施，并通过模块远程控制系统根据给出的处理措施对各个模块进行远程管控；
41.数据传输模块3，实现智慧隧道系统内部各个模块之间的数据高速传输；
42.信息通讯模块5，实现隧道救援展信息的实时共享；
43.多功能管控模块6，包括智能灭火系统，接收智慧中心模块4的指示控制隧道内的多功能系统进行灭火；
44.供能保障模块1，为智慧隧道系统各个模块提供能源保障。
45.该用于铁路火灾防控的智慧隧道系统，通过运营监测模块2监测隧道内全时域、多维度的运营数据，并通过数据传输模块3将监测到的运营数据发送至智慧中心模块4，由智慧中心模块4的大数据智能分析系统对接收到的运营数据进行分析、计算，并由应急决策系统根据隧道火灾危险状况做出相应的处理措施，由模块远程控制系统落实，对各个模块进行远程管控，多功能管控模块6接收到智慧中心模块4的信号后，由智能灭火系统进行灭火执行防火措施，由供能保障模块1对各个模块提供能源保障，保证防控工作的正常进行；各个设备协同联动，全方位、多维度探测火情，进行精准监测并快速响应，根据隧道内火灾状态快速做出对应的处理措施并执行，实现迅速、自动、准确地防控铁路隧道内火灾，有效提
升隧道安全运营水平。
46.本实施例中，智能中心模块包括数据存储系统、隧道数据库系统、数据可视化系统，数据存储系统通过对运营监测模块2获取到的海量监测数据进行云端存储，实现隧道状态数据的实时获取；隧道数据库系统整合存入隧道结构特征、关键部位的结构耐火性能、隧道内设施设备的位置、数量、类型等基本信息以及运营列车的基本参数，大数据智能分析系统通过调用隧道数据库系统内的数据和数据存储系统进行分析、计算，智能ai诊察异常数据，并将异常数据传输给数据可视化系统。数据可视化系统将建筑信息模型(bim)与物联网数据(iot)进行位置坐标及运营状态匹配，以三维的方式来全方位、立体化的呈现整个隧道全景全貌，并将视频、音频等数据整合在统一的可视化界面上，精准、高效、直观的获取隧道内火灾危险状况的具体信息，为应急决策系统实施决策提供数据参考，便于应急决策系统根据隧道内火灾危险状况提出相应的处理措施。模块远程控制系统则根据智慧中心模块4下达的决策实施对各个模块的远程管控。
47.本实施例中，多功能管控模块6包括警报系统、隧道照明系统、隧道通排风系统、接触网管理系统、智慧信息服务系统以及疏散指示系统；隧道照明系统根据隧道实际情况安设照明灯；当发生火灾等紧急事故时，能够实现该区段自动照明，及时辅助隧道应急救援疏散工作，减少事故损失。隧道通排风系统能够根据隧道火灾危险状况自动调节风阀，抑制火势蔓延，快速排出隧道内烟尘。
48.接触网管理系统将隧道全线接触网分为若干区段，能够实现发生火灾事故区段的接触网锚段单独断电，其他接触网锚段可以正常通电，确保火灾事故区段的接触线被烧毁时不会影响到其他接触线的正常运行，救援列车的受电弓可正常取流。
49.警报系统在接收到多功能管控模块6的指示后发出警报，通过发出不同颜色警报灯提醒检修作业人员和救援站工作人员隧道内正发生火灾等紧急事故。
50.智慧信息服务系统以app、微信、网站等多种方式为管理部门和个人提供实时准确的信息服务。疏散指示系统则是当发生火灾等紧急事故时，通过电子屏终端引导疏散乘客。
51.本实施例中，智能灭火系统包括冷却剂系统、高压细水雾系统、洁净气体灭火系统、救援灭火列车。冷却剂用于隧道内设备过热的场景；高压细水雾系统用于列车着火场景；洁净气体灭火系统用于电气设备火灾场景；救援灭火列车用于应对客运列车火灾以及救援疏散乘客。
52.本实施例中，应急决策系统将隧道内火灾危险程度划分为三个等级：黄色危险等级、橙色危险等级、红色危险等级；黄色危险等级为隧道内关键结构或设备处于异常状态，但未见明火明烟，例如电缆线路老化、照明系统故障、设备过热等，及时通知检修人员进行检修，设备过热的情况则通过冷却剂系统进行降温，保证设备正常运行，有效防控；橙色危险等级为隧道内如接触网等设备设施发生火灾，出现明火明烟，这时候通过洁净气体灭火系统进行灭火；红色危险等级为在隧道内行驶的列车发生火灾，必须紧急停车或者驶入就近救援站，通过高压细水雾系统进行灭火，通过救援灭火列车应对客运列车火灾以及救援疏散乘客。
53.具体地，当隧道内火灾危险程度为黄色危险等级时，由警报系统发出黄色警报，智能灭火系统施加冷却剂为设备降温，由智慧信息服务系统向上级部门汇报信息并通知检修人员维修。
54.当隧道内火灾危险程度为橙色危险等级时，由警报系统发出橙色警报，智能灭火系统通过洁净气体灭火系统或者高压细水雾系统实施自动灭火措施，由智慧信息服务系统向上级部门汇报信息并通知检修人员维修，接触网管理系统将该火灾区段接触网锚段单独断电，隧道通排风系统自动调节风阀。
55.当隧道内火灾危险程度为红色危险等级时，由警报系统发出红色警报，智能灭火系统通过洁净气体灭火系统、高压细水雾系统实施自动灭火措施，由智慧信息服务系统向上级部门汇报信息并通知救援人员实施救援，接触网管理系统将该火灾区段接触网锚段单独断电，隧道通排风系统自动调节风阀，疏散指示系统智能引导人员逃生。
56.本实施例中，运营监测数据模块使用的监测设备包括：遮挡探测器、电压传感器、湿度传感器、烟温复合探测器、火焰探测器、特征气体探测器、红外成像温度传感器和监控摄像头，实现对隧道各设施设备和列车的运行状态信息及异常温度、烟气、火焰形态、特征气体浓度等信息的实时监测和采集，监测的具体数据包括隧道内温度湿度、有害气体、电气设备状态、列车运行状态、弓网系统状态、隧道关键结构图像、各模块运作状态以及火灾态势。
57.本实施例中，数据传输模块3包括无线传输方式和有线传输方式；无线传输方式在智慧信息服务系统中使用，从数据安全与经济方面对采取的数据传输方式进行综合考虑，各类无线传输方式的优先级依次为：lte通信方式、其他专用频段、wlan、4g/5g通信形式。
58.有线传输方式在隧道内数据监测设备、多功能管控模块6与智慧中心模块4之间使用，有线传输优先选择接入隧道已有数据传输网络的方式，保证后续与其他系统设备之间的数据互联互通。也可以单独设置一条有线传输，实现各设备之间的数据传输。
59.信息通讯模块5包括隧道内信息共享，车隧信息通讯，隧地信息通讯；隧道内信息共享即通过4g或5g通信将隧道内部异常信息实时共享给各救援站，以供救援站及时做出应急反应；车隧信息通讯即实现列车与救援站之间的信息通讯，以便列车与就近救援站快速做出应急决策；隧地信息通讯即实现救援站与上级部门之间的信息通讯，将隧道内火灾紧急情况及时向上级部门反映，以便上级部门做出紧急情况下的应急措施与外部救援保障。
60.具体地，供能保障模块1包括电力资源、水资源、气体资源、人力资源。电力资源用于为智慧隧道系统各个模块提供电力保障；水资源用于为智能灭火系统提供水资源保障；气体资源用于为智能灭火系统提供洁净气体资源保障；人力资源用于为智慧隧道系统各个模块提供人力资源保障。
61.如图2、图3、图4所示，为三种火灾危险等级下智慧隧道系统应急响应的流程图：
62.具体地，针对黄色危险等级火灾，智慧中心根据不同设备异常状态下达相应的故障处理决策，并通过智慧信息服务系统为管理部门和个人提供实时准确的信息。针对橙色危险等级火灾，根据智慧中心下达的决策，多功能管控模块6控制各个子系统协同运作：照明系统对列车停车区段提供照明；通排风系统调整风阀以防止火势蔓延；接触网管理系统对该区段接触网锚段进行单独断电；智慧信息服务系统将火灾发生原因及自动处置信息上报铁路上级部门，寻求上级部门指示。针对红色危险等级火灾，智慧中心模块4根据列车运行状态进行应急决策，多功能管控模块6控制各个子系统协同运作：照明系统对列车停车区段提供照明；通排风系统调整风阀以防止火势蔓延；接触网管理系统对该区段接触网锚段进行单独断电；疏散指示系统智能引导人员疏散至安全场所；智慧信息服务系统将火灾信
息及已经采取的自动处置信息上报铁路上级部门，并请求外部救援力量的支援。
63.虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。