长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动系统

1.本发明涉及长大隧道区间内高速列车火灾预警及消防技术领域，尤其涉及一种用于长大区间内高速列车火灾预警与消防救援的应急联动系统。


背景技术：

2.随经济水平的提高，通行压力不断增大。一旦高速列车在长大隧道内发生火灾事故，极易造成重大的人员安全及经济损失事故，当类似事故发生在长大隧道区间时，后果将更加不堪设想。因此，需要对长大隧道区间高速列车火灾行为进行探索，探究长大隧道区间内高速列车火灾预警技术，从而进一步提升高速列车火灾消防救援能力，降低长大隧道区间高速列车火灾的危险性。
3.通过调研发现，授权公告号为cn201364635y的中国专利公开了一种高速列车火灾报警控制系统，该系统包括用于探测火灾的火灾探测器和主要负责记录火警故障、输出报警信号的火灾报警控制器，其中火灾探测器包括：形成有探测火灾的电路模块；与电路模块相连的用于供电的电源；用于探测烟温信息的探测模块；与探测模块相连的处理烟温信息的微处理器；用于在各个探测器之间以及在所述探测器和控制器之间通讯的can总线收发模块；上述探测模块包括探测环境湿度的湿度模块、探测烟浓度的烟浓度探测模块和用于探测温度的温度传感器。
4.该高速列车火灾报警控制系统，能够在一定程度上降低高潮湿环境下探测器的误报率，增加了流体温度测量功能，有助于解决传输线短路时的通讯问题，对与该专利相似的高速列车报警控制系统具有一定的参考价值。但是，该专利在识别列车火灾时需采集的相关信号时别参数相对较少，仅包括湿度、烟浓度、温度，而未包括气体成分、亮度变化、车辆形变等参数，这将导致误报概率更高；其次，高速列车火灾报警后续并未探究，特别是后续的应急联动及消防救援措施应当进一步考虑。最后，高速列车一旦在长大隧道区间中发生故障，其毒性方面的监测工作需要被重点关注，当隧道内毒性过高时，消防员的生命安全将受到严重威胁，不利于救援工作的开展。
5.如何结合高速列车火灾预警及消防救援技术，开发一种用于长大隧道区间内高速列车火灾预警及消防救援应急联动系统，从而提高长大隧道区间高速列车的安全管理水平，已成为亟待解决的科技问题。


技术实现要素：

6.本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动系统，以期能够有效降低高速列车火灾误报率，对隧道内高速列车火灾毒性进行判断，及时给出长大隧道区间高速列车火灾事故避灾、消防疏散策略，从而能降低列车乘客以及消防人员的危险，并能提高消防救援效率。
7.本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
8.本发明一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法的
特点在于，是应用于由隧道控制子系统和高速列车控制子系统所构成的应急联动系统中，且所述应急联动系统嵌入在隧道及高速列车监测、控制平台的上位机，其中，所述隧道控制子系统是利用隧道控制器分别控制隧道内的疏散指示模块、通风排烟模块以及灭火模块；
9.所述高速列车控制子系统是利用高速列车控制器分别控制高速列车内的灭火模块、照明模块、制动模块、车厢防火门以及电源动力模块；
10.所述隧道控制子系统中设置有隧道信号采集器，用于实时采集隧道内的气体成分、图像、烟雾浓度以及温度分布情况；
11.所述高速列车控制子系统中设置有高速列车信号采集器，用于实时采集高速列车内部湿度变化、气体成分、亮度变化、烟雾浓度以及温度分布特征；
12.所述应急联动方法是按如下步骤进行：
13.s1，所述上位机利用所述高速列车信号采集器实时采集高速列车车厢内的火灾预警指标信息，包括：温度、烟雾浓度、湿度、气体成分以及亮度，并利用高速列车火灾预警模型实时判断车厢内火灾的发生情况，包括：无火、阴燃、明火；若车厢内火灾的发生情况为无火，则返回s1继续采集；若车厢内火灾的发生情况为明火或阴燃，则执行步骤s2；
14.s2所述上位机利用隧道信号采集器获取隧道内的火灾图像从而判断高速列车是否处于隧道中，若处于，则执行步骤s3；否则，执行步骤7；
15.s3所述上位机判断高速列车的动力系统是否正常，若是，则执行步骤s4；否则步骤s6；
16.s4所述上位机根据所述火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，同时判断高速列车是否能继续行驶至最近站点；若能，则所述上位机广播灾情以警示其他列车，并指导乘客疏散后关闭火灾车厢防火门，否则，执行步骤s5；
17.s5，所述上位机广播灾情以警示其他列车，并指导乘客疏散后关闭车厢防火门，同时根据列车所处隧道位置以及火灾车厢位置，按照4种避灾策略控制高速列车行驶，直至待列车驶出隧道后，控制高速列车的制动模块立即停车；
18.s6：所述上位机根据所述火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，同时广播灾情以警示其他列车，并切断火灾车厢与消防无关的设备电源，启动疏散指示模块，使得高速列车的全部乘客按照3种疏散策略进行疏散，直至人员疏散完成后，所述隧道及高速列车监测、控制平台启动隧道内的灭火模块及通风排烟模块，并根据隧道内监测的毒性指标，实时判断隧道内的空气质量，若空气质量达标，则通知消防人员进入隧道抢险，否则持续开启隧道通风排烟模块，并继续实时监控隧道内的毒性指标；
19.s7：判断高速列车的动力系统是否正常，若是，则执行步骤s8；否则步骤s10；
20.s8：所述隧道及高速列车监测、控制平台根据所述火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，同时判断高速列车是否能继续行驶至最近站点；若能，则所述隧道及高速列车监测、控制平台广播灾情以警示其他列车，并指导乘客疏散后关闭火灾车厢防火门，否则执行步骤s9；
21.s9：所述隧道及高速列车监测、控制平台广播灾情以警示其他列车，并控制高速列车的制动模块立即停车，同时切断火灾区域与消防无关的设备电源后，启动高速列车内的照明模块，以指导乘客疏散；
22.s10：所述隧道及高速列车监测、控制平台根据所述火灾图像将高速列车位置及火
灾车厢上报给消防部门，广播灾情以警示其他列车，并控制高速列车的制动模块立即停车，同时切断火灾区域与消防无关的设备电源后，启动高速列车内的照明模块，以指导乘客疏散。
23.本发明所述的一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法的特点也在于，所述高速列车火灾预警模型包括：输入层、隐含层和输出层，并令n表示输入层中所输入的监测指标个数；令m表示输出层输出的火灾的发生情况类别，包括无火、阴燃、明火，即m＝3。
24.所述高速列车火灾预警模型中的训练样本是通过数字孪生方式获得；
25.所述数字孪生方式是先采集高速列车的数据信息，以构建所述高速列车的数字孪生模型，并结合高速列车在不同部位的起火特点及其导致的温度、烟雾浓度、湿度、气体成分以及亮度，生成所述高速列车火灾事故的孪生数据；再根据所述孪生数据对高速列车的火灾事故进行分析，以得出高速列车的火灾情况。
26.所述空气质量是按如下步骤进行判断：
27.sa：利用式(1)计算隧道内的毒性值n：
[0028][0029]
式(1)中，[co]、[o2]、[co2]、[hcn]、[hcl]、[hbr]、[no2]、[h2s]分别表示测得的一氧化碳、氧气、二氧化碳、氰化氢、氯化氢、溴化氢、二氧化氮以及硫化氢气体的浓度；m和b分别为所拟合的二氧化碳浓度直线的斜率和截距；
[0030]
sb：当n≥1时，表示空气质量不达标；
[0031]
当n《1时，表示空气质量达标。
[0032]
所述4种避灾策略包括：
[0033]
避灾策略a：当高速列车在隧道入口段发生火灾时，所述上位机利用制动模块控制高速列车减速后，利用电源动力模块反向驶出隧道；
[0034]
避灾策略b：当高速列车在隧道中间段发生火灾，且火灾发生在列车车厢的中部或末端时，所述高速列车继续驶出隧道；
[0035]
避灾策略c：当高速列车在隧道中间段发生火灾，且火灾发生在列车车厢的前端时，所述上位机利用制动模块控制高速列车减速后，利用电源动力模块反向驶出隧道；
[0036]
避灾策略d：当高速列车在隧道出口段发生火灾时，所述高速列车继续行驶出隧道。
[0037]
所述3种疏散策略包括：
[0038]
疏散策略a：当火灾位置处于列车车厢末端时，所述上位机启动通风排烟模块，使得主隧道的通风方向由出口段指向入口段，以避免烟气危害，并根据高速列车所处的位置，指导位于列车入口段及中间段的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散，处于列车位于出口段的乘客通过隧道出口疏散；
[0039]
疏散策略b：当火灾位置处于列车车厢中部，且列车位于隧道入口段时，待列车末端的乘客从隧道入口段疏散完成后，所述上位机启动通风排烟模块，使得通风方向由出口段指向入口段，同时列车前端的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散；
[0040]
当火灾位置处于列车车厢中部，且列车位于隧道中间段时，火灾车厢两侧的乘客
均通过主隧道内的内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散，待疏散完成后，所述上位机启动通风排烟模块；
[0041]
当火灾位置处于列车车厢中部，且列车位于隧道出口段时，待列车前端的乘客从隧道出口段疏散完成后，所述上位机启动通风排烟模块，使得通风方向由入口段指向出口段，同时列车末端的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散；
[0042]
疏散策略c：当火灾位置处于列车车厢前端时，所述上位机启动通风排烟模块，使得主隧道通风方向均由入口段指向出口段，以避免烟气危害；并根据高速列车所处的位置，指导位于列车出口段及中间段的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散，处于列车位于入口段的乘客通过隧道出口疏散。
[0043]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0044]
1、现阶段针对高速列车与隧道的应急联动系统建设不完善。而本发明构建了一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援应急联动系统，该系统嵌入在隧道及高速列车监测、控制平台的上位机，能够分别实现隧道和高速列车的数据采集及设备控制，缩短了高速列车火灾事故响应及救援时间，从而提高了疏散救援效率，降低了经济损失及人员伤亡的风险。
[0045]
2、基于隧道内高速列车火灾事故发展流程及推演规律，本发明提出了长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援应急联动系统的工作流程，该流程方法创造性的分析了高速列车火灾事故可能存在的各个环节，并结合隧道和高速列车的数据采集及设备控制手段，提出了相应的消防救援措施，从而提高了该系统的实际操作性。
[0046]
3、火灾报警探测器普遍存在着误报率较高的风险。本发明的高速列车火灾判断算法结合了深度学习算法，同时监测温度、烟雾浓度、湿度、气体成分以及亮度等指标，并利用数字孪生手段获取学习样本，进而判断高速列车火灾类别，包括无火、阴燃、明火。该算法能够有效提升火灾报警准确度，降低误报率，从而延长了高速列车火灾避险时间，增强了疏散救援成功率。
[0047]
4、当高速列车发生火灾事故并滞留在隧道内时，火灾列车将会产生大量有毒烟气，会对乘客及消防救援人员的生命安全造成威胁。因此，在上述事故情况下，本发明提出了空气质量实时判断方法，通过获取的隧道内一氧化碳、氧气、二氧化碳、氰化氢、氯化氢、溴化氢、二氧化氮以及硫化氢气体浓度的基础上，对隧道内毒性进行事实判断，并划分了安全标准，从而有效降低了消防人员进入隧道抢修救援火灾事故时的风险。
[0048]
5、针对高速列车所处长大隧道区间内位置以及火灾车厢位置，本发明提出了隧道内高速列车火灾4种避险以及3种疏散预案，能够较为全面的覆盖隧道内高速列车火灾事故情况，从而可为长大隧道区间高速列车火灾预警及消防救援提供重要的理论参考。
附图说明
[0049]
图1为本发明的用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援应急联动系统工作模块划分示意图；
[0050]
图2a为本发明主隧道信息采集模块及整体结构的局部示意图；
[0051]
图2b为本发明高速列车信息采集模块及整体结构的局部示意图；
[0052]
图3为本发明的用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援应急联动系统的
工作流程图；
[0053]
图4为本发明的高速列车火灾判断算法流程图；
[0054]
图5为本发明的高速列车火灾判断算法三层网络的拓扑结构图；
[0055]
图6为本发明的通过数字孪生手段获取高速列车火灾事故学习样本方法流程；
[0056]
图7a为本发明避灾策略a列车运动及人员疏散方式示意图；
[0057]
图7b为本发明避灾策略b列车运动及人员疏散方式示意图；
[0058]
图7c为本发明避灾策略c列车运动及人员疏散方式示意图；
[0059]
图7d为本发明避灾策略d列车运动及人员疏散方式示意图；
[0060]
图7e1为本发明列车故障于隧道入口段，同时火灾发生在车厢末端时，疏散策略示意图；
[0061]
图7e2为本发明列车故障于隧道中间段，同时火灾发生在车厢末端时，疏散策略示意图；
[0062]
图7e3为本发明列车故障于隧道出口段，同时火灾发生在车厢末端时，疏散策略示意图；
[0063]
图7f1为本发明列车故障于隧道入口段，同时火灾发生在车厢中部时，疏散策略示意图；
[0064]
图7f2为本发明列车故障于隧道中间段，同时火灾发生在车厢中部时，疏散策略示意图；
[0065]
图7f3为本发明列车故障于隧道出口段，同时火灾发生在车厢中部时，疏散策略示意图；
[0066]
图7g1为本发明列车故障于隧道入口段，同时火灾发生在车厢前端时，疏散策略示意图；
[0067]
图7g2为本发明列车故障于隧道中间段，同时火灾发生在车厢前端时，疏散策略示意图；
[0068]
图7g3为本发明列车故障于隧道出口段，同时火灾发生在车厢前端时，疏散策略示意图；
[0069]
图中标号：11、隧道烟雾及气体成分采集器；12、隧道视频采集器；13隧道温度传感器；14、细水雾喷头；15、防火门；21、车轮组件；22、车窗；23、车门；24、空调组件；25、高速列车烟雾及气体成分采集器ⅰ；26、高速列车温度传感器；27、受电弓组件；28、高速列车内部视频采集器ⅱ；29、手持式灭火器；30、高速列车设备厢；301、感温电缆；302、悬挂式干粉灭火器；303、高速列车烟雾及气体成分采集器2；304、湿度采集器。
具体实施方式
[0070]
本实施例中，如图1所示，一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法，是应用于由隧道控制子系统和高速列车控制子系统所构成的应急联动系统中，且应急联动系统嵌入在隧道及高速列车监测、控制平台的上位机。其中，隧道控制子系统是利用隧道控制器分别控制隧道内的疏散指示模块、通风排烟模块以及灭火模块；
[0071]
高速列车控制子系统是利用高速列车控制器分别控制高速列车内的灭火模块、照明模块、制动模块、车厢防火门以及电源动力模块；
[0072]
隧道控制子系统中设置有隧道信号采集器，用于实时采集隧道内的气体成分、图像、烟雾浓度以及温度分布情况；
[0073]
高速列车控制子系统中设置有高速列车信号采集器，用于实时采集高速列车内部湿度变化、气体成分、亮度变化、烟雾浓度以及温度分布特征；
[0074]
从图2a可以看出，隧道内部的烟雾及气体成分采集器11用于采集隧道内烟雾浓度以及气体成分；隧道视频采集器12用于实时采集隧道内图像，烟雾浓度以及温度分布特征；隧道温度传感器13用于实时采集隧道内顶棚的温度变化，从而判断隧道内列车火灾情况；隧道顶部设置若干细水雾喷头14，用于扑灭隧道内高速列车火灾；隧道内侧面布置若干防火门15，用于乘客的疏散及消防人员的救援。
[0075]
从图2b可以看出，高速列车车厢主要包括了车轮组件21、车窗22、车门23、空调组件24、受电弓组件27、高速列车设备仓30等，在车厢顶部布置高速列车温度传感器26，以实时测量列车顶部的温度变化，从而实现列车空调或车厢内部火灾的早期识别；同时在高速列车顶部布置高速列车烟雾及气体成分采集器ⅰ25，一方面可以判断车厢内的气体成分情况，能够为空调换气频次提供参考，另外可以协助识别车厢内的火灾情况；高速列车内部视频采集器28，用于实时监控车厢内的人员流动及火灾情况，同时也可以起到协助识别车厢内的火灾情况的作用。高速列车设备仓30也是高速列车发生火灾的重点隐患位置之一。因此，在高速列车设备仓30内布置感温电缆301、悬挂式干粉灭火器302、高速列车烟雾及气体成分采集器ⅱ303、湿度采集器304。其中，感温电缆301用于实时记录高速列车设备仓30内的温度变化，高速列车烟雾及气体成分采集器ⅱ303用于实时采集高速列车设备仓30内的烟雾及气体成分；湿度采集器304用于实时采集高速列车设备仓30内的湿度变化，从而共同研判高速列车设备仓30内的火灾情况。需采集的气体成分种类包括co、o2、co2、hcl、hbr、hcn、no2、h2s，采集的电信号由数据转换器转化为物理信号，进而传送至上位机进行计算，计算结果在显示器中显示。
[0076]
如图3所示，用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法是按如下步骤进行：
[0077]
s1，上位机利用高速列车信号采集器实时采集高速列车车厢内的火灾预警指标信息，包括：温度、烟雾浓度、湿度、气体成分以及亮度，并利用高速列车火灾预警模型实时判断车厢内火灾的发生情况，包括：无火、阴燃、明火；若车厢内火灾的发生情况为无火，则返回s1继续采集；若车厢内火灾的发生情况为明火或阴燃，则执行步骤s2；
[0078]
s2上位机利用隧道信号采集器获取隧道内的火灾图像从而判断高速列车是否处于隧道中，若处于，则执行步骤s3；否则，执行步骤7；
[0079]
s3上位机判断高速列车的动力系统是否正常，若是，则执行步骤s4；否则步骤s6；
[0080]
s4上位机根据火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，同时判断高速列车是否能继续行驶至最近站点；若能，则上位机广播灾情以警示其他列车，并指导乘客疏散后关闭火灾车厢防火门，否则，执行步骤s5；
[0081]
s5，上位机广播灾情以警示其他列车，并指导乘客疏散后关闭车厢防火门，同时根据列车所处隧道位置以及火灾车厢位置，按照4种避灾策略控制高速列车行驶，直至待列车驶出隧道后，控制高速列车的制动模块立即停车；
[0082]
s6：上位机根据火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，同时广播
灾情以警示其他列车，并切断火灾车厢与消防无关的设备电源，启动疏散指示模块，使得高速列车的全部乘客按照3种疏散策略进行疏散，直至人员疏散完成后，隧道及高速列车监测、控制平台启动隧道内的灭火模块及通风排烟模块，并根据隧道内监测的毒性指标，实时判断隧道内的空气质量，若空气质量达标，则通知消防人员进入隧道抢险，否则持续开启隧道通风排烟模块，并继续实时监控隧道内的毒性指标。其中，空气质量是按如下步骤进行判断：
[0083]
sa：利用式(1)计算隧道内的毒性值n：
[0084][0085]
式(1)中，[co]、[o2]、[co2]、[hcn]、[hcl]、[hbr]、[no2]、[h2s]分别表示测得的一氧化碳、氧气、二氧化碳、氰化氢、氯化氢、溴化氢、二氧化氮以及硫化氢气体浓度；公式中分母的数字是为相应气体的半数致死浓度。m和b分别为绘制的一次函数直线的斜率和截距。根据iso13344，得出m与b的取值分别为-18和122000。
[0086]
sb：当n≥1时，表示空气质量不达标；
[0087]
当n《1时，表示空气质量达标。
[0088]
s7：判断高速列车的动力系统是否正常，若是，则执行步骤s8；否则步骤s10；
[0089]
s8：隧道及高速列车监测、控制平台根据火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，同时判断高速列车是否能继续行驶至最近站点；若能，则隧道及高速列车监测、控制平台广播灾情以警示其他列车，并指导乘客疏散后关闭火灾车厢防火门，否则执行步骤s9；
[0090]
s9：隧道及高速列车监测、控制平台广播灾情以警示其他列车，并控制高速列车的制动模块立即停车，同时切断火灾区域与消防无关的设备电源后，启动高速列车内的照明模块，以指导乘客疏散；
[0091]
s10：隧道及高速列车监测、控制平台根据火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，广播灾情以警示其他列车，并控制高速列车的制动模块立即停车，同时切断火灾区域与消防无关的设备电源后，启动高速列车内的照明模块，以指导乘客疏散。
[0092]
从图4可以看出，本发明的高速列车火灾预警模型的具体步骤如下：
[0093]
sⅰ：建立高速列车火灾判断算法的三层网络拓扑结构，具体如图5所示，并将输入层、隐含层和输出层的节点个数分别记为：n，q，m；
[0094]
其中，“n＝5”表征输入的5种监测指标，即：温度、烟雾浓度、湿度、气体成分以及亮度；“m＝3”表征3种火灾场景，无火、阴燃、明火，其中无火属于安全状态，阴燃及明火为危险状态。
[0095]
a为定值，其取值为(0，1)；
[0096]
sⅱ：给出隐含层、输出层神经元节点的输出方程，并将权值初始化，初始的连接权系数为一组随机的较小非零数值；
[0097]
隐含层神经元节点的输出方程为：
[0098]
[0099]
输出层的神经元节点的输出方程为：
[0100][0101]
式(2)和式(3)中：xi表示神经元1～n的输入值；v
ki
表示输入层与隐含层之间的连接权系数；w
jk
表示隐含层与输出层之间的连接权系数；
[0102]
sⅲ：定义输入向量xk＝[x
k1
,x
k2
,...,x
k8
](k＝1,2,...,n)，k为该网络的训练样本的个数；
[0103]
sⅳ：输入学习样本；学习样本获取方式包括三种：1、通过数字孪生的方式获得；2、从已发生的事故案例中获得；3、通过模拟实验测量获取。
[0104]
此处通过数字孪生手段获取学习样本方法流程如图6所示，其中共包含5个模块：数据采集模块、模型建立模块、数字孪生模块、数据分析模块以及综合研判模块，分别对应步骤1至步骤5：
[0105]
步骤1：对高速列车模型进行数据采集，包括，车身尺寸、车身配件、引导系统、动力系统、传动系统、辅助系统、刹车系统、内部设备、车载控制系统、旅客信息系统、通讯系统、线束与电气开关箱、车门系统、冷暖空调系统、倾斜系统、照明系统、离合器、轨道机车和车辆、控制及指挥信号系统等具体设备信息，进而获取高速列车的数据信息；
[0106]
步骤2：根据数据信息构建数字孪生模型，进而得到高速列车的数字孪生模型；
[0107]
步骤3：利用数字孪生模型结合高速列车数据信息进行数字孪生模拟，同时结合高速列车不同部位的起火特点及其导致的温度、烟雾浓度、湿度、气体成分以及亮度变化情况，生成高速列车火灾事故的孪生数据；
[0108]
步骤4：根据孪生数据对高速列车火灾事故进行分析，获得高速列车火灾事故的预测信息。
[0109]
步骤5：根据预测信息对高速列车的火灾情况(无火、明火、阴燃)进行判断。
[0110]sⅴ
：正向传播过程：计算出网络的输出结果，并将其与期望结果进行比较，如果存在误差就执行下一步sⅵ，否则返回sⅶ；
[0111]
误差的计算公式为：
[0112][0113]
式(4)中，表示第p个样本神经元j的期望输出值；表示第p个样本神经元j的实际输出值；e
p
表示第p个学习样本的误差；e表示全局误差；
[0114]
sⅵ：反向传播过程：
[0115]
①
根据式(4)计算每一个学习样本的误差e
p
；
[0116]
②
修正连接权系数w
jk
和v
ki
；
[0117]
隐含层与输出层之间的连接权系数w
jk
的修正公式为：
[0118][0119]
输入层与隐含层之间的连接权系数v
ki
的修正公式为：
[0120][0121]
式(5)和式(6)中：η为学习速率(0《η《1)；sj＝wjx，sk＝wkx，分别为第j，k个神经元的净输入值。
[0122]
③
返回sⅲ；
[0123]
sⅶ：结束。
[0124]
隧道内火灾高速列车避灾主要分为两种情况：(一)驶出隧道后疏散；(二)隧道内进行疏散。其中，驶出隧道后疏散为首选，其需要满足两个条件，第一，高速列车着火后动力系统未被破坏，或在完全丧失动力前能够完成所需疏散任务；第二，高速列车在驶出隧道过程中，火灾不会对人员安全造成威胁。当不满足上述两种条件时，则需要高速列车紧急制动后直接疏散，接下来将针对上述两种疏散情况详细阐述。
[0125]
在本策略中，根据隧道长度，分成入口段(0.3l)、中间段(0.4l)以及出口段(0.3l),同时高速列车也根据节数分为前端、中部以及末端，针对8节车厢，前端为第1、2节，中部为第3到第6节，末端为第7、8节。针对16节车厢，前端为第1到第5节，中部为第6到第11节，末端为第12到16节。下面以8节车厢的高速列车为例，详细阐述不同高速列车车厢火灾位置以及整体处于隧道内位置的疏散策略。当列车处于入口段与中间段之间或中间段与出口段之间时，列车属于车厢数较多的段。
[0126]
从图7a中可以看出，避灾策略a具体内容如下：当高速列车在隧道入口段发生火灾时，无论火灾发生在列车车厢的前端、中部，还是末端，列车均采用先减速、制动，后反向驶出隧道的策略，待列车完全驶出隧道后立即开展消防抢险及疏散救援，具体如图7a所示。
[0127]
从图7b中可以看出，避灾策略b具体内容如下：当高速列车在隧道中间段发生火灾时，无论火灾发生在列车车厢的中部，还是末端，列车均采用继续驶出隧道的策略，此时需要将乘客疏散至列车前端或相邻安全车厢，并关闭防火门，待列车完全驶出隧道后立即开展消防抢险及疏散救援。
[0128]
从图7c中可以看出，避灾策略c具体内容如下：当高速列车在隧道中间段发生火灾时，且火灾位置为列车车厢前端时，列车均采用先减速、制动，后反向驶出隧道的策略，同时将乘客疏散至列车前端或相邻安全车厢，并关闭防火门，待列车完全驶出隧道后立即开展消防抢险及疏散救援。
[0129]
从图7d中可以看出，避灾策略d具体内容如下：当高速列车在隧道出口段发生火灾时，无论火灾位置在列车车厢前端、中部或末端，列车均继续行驶，将乘客疏散至列车安全车厢，并关闭防火门，待列车完全驶出隧道后立即开展消防救援。
[0130]
从图7e1中可以看出，当高速列车故障于隧道入口段，同时火灾发生在车厢末端时，上位机启动通风排烟模块，使得主隧道的通风方向由出口段指向入口段，以避免烟气危害，并根据高速列车所处的位置，指导位于列车中部及前端的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散；
[0131]
从图7e2中可以看出，当高速列车故障于隧道中间段，同时火灾发生在车厢末端时，隧道通风与疏散方式与图7e1一致；
[0132]
从图7e3中可以看出，当高速列车故障于隧道出口段，同时火灾发生在车厢末端时，隧道通风方式与图7e1一致，但位于车厢中部及前端的乘客通过隧道出口疏散；
[0133]
图7f1中可以看出，当火灾位置处于列车车厢中部，且列车位于隧道入口段时，待列车末端的乘客从隧道入口段疏散完成后，上位机启动通风排烟模块，使得通风方向由出口段指向入口段，此时烟气不会对列车车厢前端或中部的乘客造成危害，增加了疏散时间，同时列车前端的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散；
[0134]
图7f2中可以看出，当火灾位置处于列车车厢中部，且列车位于隧道中间段时，火灾车厢两侧的乘客均通过主隧道内的内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散，待疏散完成后打开通风系统，此时不再要求通风方向，待疏散完成后，上位机启动通风排烟模块；
[0135]
图7f3中可以看出，当火灾位置处于列车车厢中部，且列车位于隧道出口段时，待列车前端的乘客从隧道出口段疏散完成后，上位机启动通风排烟模块，使得通风方向由入口段指向出口段，同时列车末端的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散；
[0136]
从图7g1中可以看出，当高速列车故障于隧道入口段，同时火灾发生在车厢前端时，上位机启动通风排烟模块，使得主隧道的通风方向由入口段指向出口段，以避免烟气危害，并根据高速列车所处的位置，指导位于列车中部及末端的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散；
[0137]
从图7g2中可以看出，当高速列车故障于隧道中间段，同时火灾发生在车厢前端时，隧道通风与疏散方式与图7g1一致；
[0138]
从图7g3中可以看出，当高速列车故障于隧道出口段，同时火灾发生在车厢前端时，隧道通风方式与图7g1一致，但位于车厢中部及前端的乘客通过隧道入口疏散。

技术特征：
1.一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法，其特征在于，是应用于由隧道控制子系统和高速列车控制子系统所构成的应急联动系统中，且所述应急联动系统嵌入在隧道及高速列车监测、控制平台的上位机，其中，所述隧道控制子系统是利用隧道控制器分别控制隧道内的疏散指示模块、通风排烟模块以及灭火模块；所述高速列车控制子系统是利用高速列车控制器分别控制高速列车内的灭火模块、照明模块、制动模块、车厢防火门以及电源动力模块；所述隧道控制子系统中设置有隧道信号采集器，用于实时采集隧道内的气体成分、图像、烟雾浓度以及温度分布情况；所述高速列车控制子系统中设置有高速列车信号采集器，用于实时采集高速列车内部湿度变化、气体成分、亮度变化、烟雾浓度以及温度分布特征；所述应急联动方法是按如下步骤进行：s1，所述上位机利用所述高速列车信号采集器实时采集高速列车车厢内的火灾预警指标信息，包括：温度、烟雾浓度、湿度、气体成分以及亮度，并利用高速列车火灾预警模型实时判断车厢内火灾的发生情况，包括：无火、阴燃、明火；若车厢内火灾的发生情况为无火，则返回s1继续采集；若车厢内火灾的发生情况为明火或阴燃，则执行步骤s2；s2所述上位机利用隧道信号采集器获取隧道内的火灾图像从而判断高速列车是否处于隧道中，若处于，则执行步骤s3；否则，执行步骤7；s3所述上位机判断高速列车的动力系统是否正常，若是，则执行步骤s4；否则步骤s6；s4所述上位机根据所述火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，同时判断高速列车是否能继续行驶至最近站点；若能，则所述上位机广播灾情以警示其他列车，并指导乘客疏散后关闭火灾车厢防火门，否则，执行步骤s5；s5，所述上位机广播灾情以警示其他列车，并指导乘客疏散后关闭车厢防火门，同时根据列车所处隧道位置以及火灾车厢位置，按照4种避灾策略控制高速列车行驶，直至待列车驶出隧道后，控制高速列车的制动模块立即停车；s6：所述上位机根据所述火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，同时广播灾情以警示其他列车，并切断火灾车厢与消防无关的设备电源，启动疏散指示模块，使得高速列车的全部乘客按照3种疏散策略进行疏散，直至人员疏散完成后，所述隧道及高速列车监测、控制平台启动隧道内的灭火模块及通风排烟模块，并根据隧道内监测的毒性指标，实时判断隧道内的空气质量，若空气质量达标，则通知消防人员进入隧道抢险，否则持续开启隧道通风排烟模块，并继续实时监控隧道内的毒性指标；s7：判断高速列车的动力系统是否正常，若是，则执行步骤s8；否则步骤s10；s8：所述隧道及高速列车监测、控制平台根据所述火灾图像将高速列车位置及火灾车厢上报给消防部门，同时判断高速列车是否能继续行驶至最近站点；若能，则所述隧道及高速列车监测、控制平台广播灾情以警示其他列车，并指导乘客疏散后关闭火灾车厢防火门，否则执行步骤s9；s9：所述隧道及高速列车监测、控制平台广播灾情以警示其他列车，并控制高速列车的制动模块立即停车，同时切断火灾区域与消防无关的设备电源后，启动高速列车内的照明模块，以指导乘客疏散；s10：所述隧道及高速列车监测、控制平台根据所述火灾图像将高速列车位置及火灾车
厢上报给消防部门，广播灾情以警示其他列车，并控制高速列车的制动模块立即停车，同时切断火灾区域与消防无关的设备电源后，启动高速列车内的照明模块，以指导乘客疏散。2.根据权利要求1所述的一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法，其特征在于，所述高速列车火灾预警模型包括：输入层、隐含层和输出层，并令n表示输入层中所输入的监测指标个数；令m表示输出层输出的火灾的发生情况类别，包括无火、阴燃、明火，即m＝3。3.根据权利要求2所述的一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法，其特征在于，所述高速列车火灾预警模型中的训练样本是通过数字孪生方式获得；所述数字孪生方式是先采集高速列车的数据信息，以构建所述高速列车的数字孪生模型，并结合高速列车在不同部位的起火特点及其导致的温度、烟雾浓度、湿度、气体成分以及亮度，生成所述高速列车火灾事故的孪生数据；再根据所述孪生数据对高速列车的火灾事故进行分析，以得出高速列车的火灾情况。4.根据权利要求1所述的一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法，其特征在于，所述空气质量是按如下步骤进行判断：sa：利用式(1)计算隧道内的毒性值n：式(1)中，[co]、[o2]、[co2]、[hcn]、[hcl]、[hbr]、[no2]、[h2s]分别表示测得的一氧化碳、氧气、二氧化碳、氰化氢、氯化氢、溴化氢、二氧化氮以及硫化氢气体的浓度；m和b分别为所拟合的二氧化碳浓度直线的斜率和截距；sb：当n≥1时，表示空气质量不达标；当n<1时，表示空气质量达标。5.根据权利要求1所述的一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法，其特征在于，所述4种避灾策略包括：避灾策略a：当高速列车在隧道入口段发生火灾时，所述上位机利用制动模块控制高速列车减速后，利用电源动力模块反向驶出隧道；避灾策略b：当高速列车在隧道中间段发生火灾，且火灾发生在列车车厢的中部或末端时，所述高速列车继续驶出隧道；避灾策略c：当高速列车在隧道中间段发生火灾，且火灾发生在列车车厢的前端时，所述上位机利用制动模块控制高速列车减速后，利用电源动力模块反向驶出隧道；避灾策略d：当高速列车在隧道出口段发生火灾时，所述高速列车继续行驶出隧道。6.根据权利要求1所述的一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法，其特征在于，所述3种疏散策略包括：疏散策略a：当火灾位置处于列车车厢末端时，所述上位机启动通风排烟模块，使得主隧道的通风方向由出口段指向入口段，以避免烟气危害，并根据高速列车所处的位置，指导位于列车入口段及中间段的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散，处于列车位于出口段的乘客通过隧道出口疏散；疏散策略b：当火灾位置处于列车车厢中部，且列车位于隧道入口段时，待列车末端的
乘客从隧道入口段疏散完成后，所述上位机启动通风排烟模块，使得通风方向由出口段指向入口段，同时列车前端的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散；当火灾位置处于列车车厢中部，且列车位于隧道中间段时，火灾车厢两侧的乘客均通过主隧道内的内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散，待疏散完成后，所述上位机启动通风排烟模块；当火灾位置处于列车车厢中部，且列车位于隧道出口段时，待列车前端的乘客从隧道出口段疏散完成后，所述上位机启动通风排烟模块，使得通风方向由入口段指向出口段，同时列车末端的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散；疏散策略c：当火灾位置处于列车车厢前端时，所述上位机启动通风排烟模块，使得主隧道通风方向均由入口段指向出口段，以避免烟气危害；并根据高速列车所处的位置，指导位于列车出口段及中间段的乘客通过主隧道内平行导洞、相邻隧道或疏散通道疏散，处于列车位于入口段的乘客通过隧道出口疏散。

技术总结
本发明公开了一种用于长大隧道区间高速列车火灾预警与消防救援的应急联动方法，是应用于由隧道控制子系统和高速列车控制子系统所构成的应急联动系统中，且该应急联动系统嵌入在隧道及高速列车监测、控制平台的上位机，其中，隧道控制子系统是利用隧道控制器分别控制隧道内的疏散指示模块、通风排烟模块以及灭火模块；高速列车控制子系统是利用高速列车控制器分别控制高速列车内的灭火模块、照明模块、制动模块、车厢防火门以及电源动力模块。本发明能够有效降低高速列车火灾误报率，对隧道内高速列车火灾毒性进行判断，及时给出长大隧道区间高速列车火灾事故避灾、消防疏散策略，从而能降低列车乘客以及消防人员的危险，并能提高消防救援效率。提高消防救援效率。提高消防救援效率。


技术研发人员：唐飞 徐童 胡隆华 黄亚军 张晓磊 陈宇航
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/5/24