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文物古建筑群先进安全预警监控系统解决方案

一. 行业背景

近年来古村落建筑群的火灾案例相当之多，突出表现为火灾发生突然，蔓延速度快，损失大等特点。应该说针对古建筑的火灾危险性研究和消防安全系统的研究并不多，虽然在山西等省还编制有一些地方规范或消防安全设计导则等，但不足以指导古城镇消防安全系统的设计。归纳起来讲，古村落建筑群具有很大的火灾危险性：

火灾荷载大，耐火等级低。由于大量使用木质建筑，所以火灾荷载远高于其他类型的常规建筑。传统木质建筑的耐火等级很低是显然的。
无防火间距或者防火间距达不到要求，很容易造成火灾的快速蔓延。
古建筑群内火灾的点燃源呈现复杂化，尚不能被归结为几类主要的火灾原因，使得防范的难度加大很多。
消防设施匮乏，建筑群内的道路狭窄，火灾扑救难度大。
古建筑群除了常规居住外，还多涉及佛教等特定活动、旅游、影视、饭店、餐饮等，由于先天规划上的问特点，供配电系统等存在较大的隐患。

以上是从火灾危险性角度来分析的，然而对于古建筑群来讲，灾害的可能性不仅在于火灾，还包括雷电等其他自然灾害和人为灾害,因此在考虑古建筑群的问题是应站在综合安全的角度来看待问题，防患于未然。

现在很多古城建筑成片，相对间距小，居住区、商业区、客栈宾馆区相互交融，人员活动频繁，火源防控呈现易发难控、种类多、面广的特点。这些年发生的一些大大小小的火灾表明古城的防火工作形势严峻。

随着旅游客流量的不断增大，火灾除了造成建筑损失外，还有可能造成群死群伤的现象，社会影响巨大。防火的难度很高，手段尚较落后，只有建设一套适应丽江古城远、中、近距全面覆盖的火灾预警防控系统，才能更有效地应对灾害。

二. 系统框架

针对古城区消防安全实际需求，结合文物建筑原真性保护要求，综合考虑系统效能和工程适用性，最后提出了以下先进性、科学性和可操作性兼具的古建筑群火灾预警防控综合管理系统“一体化”综合解决方案。

如下图所示，一般古建筑群火灾预警防控系统从三个层次开展设计，形成古城火灾预警防控的整体对策。就探测感知层而言，实现古城远、中、近三层距离探测，远处在古城周边设置高点，采用大范围多光谱遥感雷达火灾预警系统和大范围红外/可视复合图像热灾害火灾探测装置，中距离采用已经在街道安装的视频摄像机进行视频烟火分析，近距离在建筑内使用电气火灾监控系统和无线独立式火灾探测系统以及相应的传感探测手段；就信息传输层而言，主要采用有线或无线以太网络、专用无线网络等；对于管理层，主要由消防安全物联网综合监管平台、大范围火灾预警中央监控管理平台和APP移动监控等组成。

系统总体方案结构示意图

三. 系统特点与优势

1) 系统架构针对文物古建筑群的特点，重点实现多发和主要灾害类型的预警报警

文物古建筑群的主要和多发灾害类型包括电气火灾、人为灾害和自然灾害。整个古建筑群火灾预警防控综合管理系统采用最新物联网技术和新兴探测技术，构建了针对性的预警防控系统，目的在于极早期探测灾害，极早期提供报警信息，并极早期处置灾害。

2) 系统实现了远、中、近距离三层防护

就探测感知层而言，实现古城远、中、近三层距离探测，远处在古城周边设置高点，采用大范围多光谱遥感雷达火灾预警系统和大范围红外/可视复合图像热灾害火灾探测装置，中距离采用已经在街道安装的视频摄像机进行视频烟火分析，近距离在建筑内使用电气火灾监控系统和无线独立式火灾探测系统以及相应的传感探测手段

3) 系统按物联网架构设计，分为探测感知层、信息传输层和管理应用层

丽江古城火灾预警防控系统从三个层次开展设计，形成古城火灾预警防控的整体对策，即探测感知层、信息传输层和管理应用层。由此确保了系统的完整性，有效性和可靠性。

四. 系统应用

本次建设的古城火灾预警防控综合管理系统涉及大范围火灾预警监控系统、消防安全物联网监控管理平台、移动监控管理系统几方面的子系统。由于本息系统建设面临的是世界性的难题，因此设计到一系列技术路径的选择问题，这是成功建设和使用这些系统的关键。

1) AE8000多光谱遥感雷达探测预警技术

多光谱遥感雷达火灾探测预警监控系统主要选用了火灾特定的响应波段和参比波段进行红外线感应，暗火、明火燃烧、燃烧后的热烟气均会因为二氧化碳的作用而在红外4.3um中心波段上形成点型的辐射峰。而系统通过水平和垂直两个方向上连续的旋转实现360度范围内大范围林区全景的连续逐点扫描，反射镜摄入的每一个点的光通过光学放大后投射到制冷红外高光谱传感器上，既可提取出完整的场景镜像图和火灾响应参数，一旦参数和参数比符合火灾特征，系统机会给出报警。这样的系统可以实现很小火点的探测，灵敏度达到1Km的距离0.25m²的阴燃和明火探测能力，是目前世界上大范围火灾探测灵敏度最高的探测系统技术。

2) AE3000分布式视频图像智能分析技术

通过在监控塔设置嵌入式分析模块，采用图像处理技术、计算机视觉技术、模式识别技术等对采集的红外和可见视频图像进行分析，实现对大范围火灾进行准确实时检测。在自动监测状态下，云台自动转动，分布子站一方面实施提取红外图像，进行温度异常分析，另一方面，程序实时地抓取视频图像，经图像处理提取烟火特征(如烟火的灰度分布特征、形状和烟火的运动特征等)，应用模式识别技术进行烟火、雾的自动判别。通过相应的算法，其他的非烟火目标(如飞行物、车辆等)将被排除。烟火自动识别算法主要利用色彩迁移理论、计算机视觉、图像形态学以及图像相关和匹配等处理手段减小时间变化(图像明暗变化)、早晚霞、树影晃动、光影、雨雪以及像素偏移等因素造成的影响，降低烟火识别误报率，提高准确率。

3) 消防安全物联网监控管理技术

物联网充分应用覆盖区域内的各种通信路由，包括wifi、GPRS、专用无线网络和有线网络等，将古城区域与消防安全相关的所有传感层的探测报警系统、消防系统关键指标参数的传感探测器等通过各种可能的网络方式接入监控中心的应用层监控管理平台，通过对各类数据的分类、整理、决策分析，指导防火工作高效进行。物联网技术并不是绝对创新，但是如何应用到古城消防安全系统，确实首次进行。