JP7201003B2 - 火災検知システムおよび火災検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、光信号を長距離の光伝搬区間で伝搬させて火災状況の判断を行う火災検知システムおよび火災検知方法に関する。

近年世界各国で都市化が進み、都市部では土地空間が高い密度で活用される様になった結果、新規インフラ整備のための用地の確保が困難になっている。都市空間の有効利用を図るため、必ずしも地表にある必要がない施設を地下に設ける取り組みが推進されている。

例えば、上下水道、ガス、電気、貯蔵庫、通信インフラや交通機関は、必ずしも地表にある必要がない施設の典型である。中でも自動車専用道路に関しては、悪化する都市部の交通渋滞問題と相まって地下空間の活用が盛んに推進されている。また、都市部自動車専用道路の整備延長に占めるトンネル構造の比率は、高まってきている。２０１０年当時、首都高速道路では供用済区間のトンネル構造比率が１０％未満であったのに対し、建設中区間では７０％がトンネル構造となっている（非特許文献１参照）。

この様に近年盛んに建設されている自動車専用道路トンネルでは、火災発生時の迅速かつ正確な検知による警報発令と、利用者の安全な退避のための避難誘導設備が必要となる。また、国内で発生する車両火災の内、約７割が車両故障に起因するという報告がなされている。車両故障の場合、車両が停止した後しばらくの間は火災が発生しない。このため、道路事業者は監視カメラ（ＣＣＴＶ）等によって車両停止の状況を把握しながらも、実際に火炎が目視できるまで火災警報を発令できず、初動の遅れにより損害が拡大する恐れがある。また国内トンネルでは、火炎からの赤外放射を検知する火災報知器が主に整備されており、この火災検知器も火炎発生後にしか検知できないため対応初動の遅れが避けられない。海外では、欧州で温度検知器や煙検知器が導入されているものの、反応速度が遅かったり他の粉塵の影響との切り分けが困難であったり、いずれの検知器も一長一短がある。 様々な火災発生シナリオに全面的に対応できる様な検知器は存在しないため、複数の検出パラメータを組み合わせることで広範囲の火災発生シナリオに対応することが重要となる。

この様な背景の下、特許文献１では、計測用の光信号を大気中に伝搬させて周辺大気中の対象ガス濃度と煙濃度を測定する光ガス検知法を活用することにより、より広範囲の火災発生シナリオに対応する方法が開示されている。

図７に火災検知システムの概念図を示す。送信器（７１）において、集光器（７１３）は、光源（７１１）より出力された光信号を準平行光線に変換し、受信器（７２）に送出する。受信器（７２）において、集光器（７２１）は、受信した光信号を集光し、検出器（７２３）は、その光信号を電気信号へと変換する。信号処理部（７２５）は、その電気信号に対し所定の信号処理を行うことによって、送信器（７１）と受信器（７２）の間に存在する測定対象ガスの平均濃度と煙濃度を算出する。

この様な方法により、火災により発生する煙と人体に悪影響を及ぼす恐れのあるガス（一酸化炭素等）を同時に測定し双方の閾値超過時に火災警報を発令することで、火災検知を行う際の確実性を向上させている。また、光信号を大気中に伝搬させる構成を採ることによって1つの検知システムで広域の監視を行える特徴も有する。

火災検知システムには、ガス分子が固有の波長の光を吸収する性質を利用し、吸収波長近傍の波長を出力する狭波長帯域光源を用いて波長を変調させながらガス検知を行う方式と、吸収波長を広くカバーする広波長帯域の光源を用いて既知のスペクトル強度からガス濃度を算出する方式が一般的に利用されている。

前者の方式の例として非特許文献２に示される波長変調分光法（ＷＭＳ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）が、後者の例として非特許文献３に示される差分吸収分光法（ＤＯＡＳ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）が挙げられる。

特開２００５－８３８７６号公報

佐々木政彦 他著、"大深度地下道路トンネルの技術と調達，"第２１回日韓建設技術セミナー（２０１０） 井関孝弥著、"近赤外半導体レーザを用いた微量気体検出技術,"日本機械学会誌，Ｖｏｌ．１０７，Ｎｏ．１０２２，ｐ．５１（２００４） 齊藤隼人 他、"近赤外領域の差分吸収分光法を応用した大気中二酸化炭素の吸収測定，"第３１回レーザセンシングシンポジウム、Ｄ－３（２０１３） Ｙｏｎｇｇａｎｇ Ｃｈｅｎ 他、"Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ Ｆｉｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ ＦＴ－ＩＲ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，"ＦＩＲＥ ＳＡＦＥＴＹ ＳＣＩＥＮＣＥ－Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｓｉｘｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，ｐｐ．７９１－８０２ Ｒ． Ｍｉｔｃｈｅｌｌ Ｓｐｅａｒｒｉｎ、"Ｍｉｄ－Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｌａｓｅｒ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ Ｆｏｒ Ｃａｒｂｏｎ Ｏｘｉｄｅｓ ｉｎ Ｈａｒｓｈ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，"Ｐｈ． Ｄ． ｔｈｅｓｉｓ， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１４

しかしながら、特許文献１の火災検知方法には以下の問題点がある。道路トンネル環境など、平常時の環境変動が大きい条件下では、火災の識別が困難になることである。特許文献１の様に光信号を長距離の光伝搬区間を伝搬させて当該区間のガス濃度や煙濃度を測定する場合には、測定されるガス濃度や煙濃度は測定区間の平均値となる。このため、火災によって局所的にガスや煙濃度が高くなっていても、その光伝搬区間の平均値としてはさほど高い値を得られず、元々大きい環境変動に紛れてしまう。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、環境変動の大きい条件下において火災判断の精度を向上させることができる火災検知システムおよび火災検知方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
光信号を送出する光源を有する送信器と、
前記光源から送出された光信号を所定の光伝搬区間を介して検出する検出器と、前記検出器により検出された光信号に基づいて、前記光伝搬区間の第１ガス濃度、第１煙濃度、及び第１温度のうちの少なくとも１つを算出する信号処理部と、周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つを取得するセンサと、前記信号処理部により算出された第１ガス濃度、第１煙濃度、及び第１温度のうちの少なくとも１つと、前記センサにより取得された周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つと、を比較することで、火災の有無を判別する判別器と、を有する受信器と、
を備える、
ことを特徴とする火災検知システム
である。
この一態様において、前記送信器と受信器が、送受信器として一体で構成されており、前記送受信器から所定距離離れた位置に配置された第１反射部を更に備え、前記送受信器と前記第１反射部との間に前記所定の光伝搬区間が形成され、前記送受信器の光源から送出された光信号は、該送受信器と前記第１反射部との間の前記所定の光伝搬区間で往復してもよい。
この一態様において、前記センサは、前記受信器周辺の第２ガス濃度を測定するガスセンサ、前記受信器周辺の第２煙濃度を測定する煙検知器、および、前記受信器周辺の第２温度を測定する温度センサ、のうち少なくとも１つを有していてもよい。
この一態様において、前記信号処理部と、前記センサとは、ハイブリッド処理部として一体で構成されており、前記送受信器は、前記光源から送出された光信号を反射する第２反射部と、前記光源から送出された光信号を前記第１反射部の方向と、前記第２反射部の方向と、に切り替えて、放出する光スイッチと、を更に、有し、前記ハイブリッド処理部は、前記第１反射部から反射され前記検出器により検出された光信号に基づいて、前記光伝搬区間の第１ガス濃度、第１煙濃度、及び第１温度のうちの少なくとも１つを算出し、
前記第２反射部から反射され前記検出器により検出された光信号に基づいて、前記周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つを算出してもよい。
この一態様において、前記判別器は、前記信号処理部により算出された前記光信号の所定の光伝搬区間における第１ガス濃度、第１煙濃度及び第１温度のうちの少なくとも１つと、前記センサによりにより取得された周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つと、の差分をそれぞれ算出し、該各差分が閾値よりも大きい場合に、火災が発生した判別してもよい。
この一態様において、前記判別器が、前記差分の単位時間当たりの変化量を算出し、該算出した変化量が閾値よりも大きい場合に、火災が発生したと判別してもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
光源から光信号を送出するステップと、
前記光源から送出された光信号を所定の光伝搬区間を介して検出するステップと、
前記検出された光信号に基づいて、前記光伝搬区間の第１ガス濃度、第１煙濃度、及び第１温度のうちの少なくとも１つを算出するステップと、
周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つを取得するステップと、
前記算出された第１ガス濃度、第１煙濃度、及び第１温度のうちの少なくとも１つと、前記取得された周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つと、を比較することで、火災の有無を判別するステップと、を含む、
ことを特徴とする火災検知方法
であってもよい。

本発明によれば、環境変動の大きい条件下において火災判断の精度を向上させることができる火災検知システムおよび火災検知方法を提供することができる。

本願発明の第一実施形態の火災検知システムの構成を示すブロック図である。 環境温度による吸収スペクトルの形状変化を示す概念図である。 本願発明の第一実施形態において火災検知システムの制御方法を示すフローチャートである。 本願発明の第二実施形態の火災検知システムの構成を示すブロック図である。 本願発明の第三実施形態の火災検知システムの構成を示すブロック図である。 本願発明の第三実施形態において光部品の制御を示す説明図である。 従来の火災検知システムの構成を示すブロック図である。

（第一実施形態）
図１、２、及び３を用いて本発明の第一実施形態の説明を行う。

(第一実施形態の構成)
図１に本願発明の第一実施形態の火災検知システムの構成を示すブロック図を示す。本願発明の第一実施形態に係る火災検知システム（１）は、送信器（１１）と、受信器（１２）と、を備えている。送信器（１１）と受信器（１２）との間に所定の光伝搬区間が形成されている。所定の光伝搬区間は、長距離の光伝搬区間である。

送信器（１１）と受信器（１２）は、例えば、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、メモリ、及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。

火災検知システム（１）は、送信器（１１）と受信器（１２）の間で光信号を伝搬し、その光伝搬区間の空間の第１ガス濃度と第１煙濃度と第１温度を測定する。送信器（１１）は、光源（１１１）と、ドライバ（１１２）と、集光器（１１５）と、を有する。受信器（１２）は、集光器（１２１）と、検出器（１２２）と、信号処理部（１２３）と、ガスセンサ（１２４）と、煙検知器（１２５）と、温度センサ（１２６）と、判別器（１２７）と、を有する。

(第一実施形態の動作)
ドライバ（１１２）は、光源（１１１）の駆動電流および温度を制御する。これにより、光源（１１１）は、波長λ_１μｍの光信号を出力する。集光器（１１５）は、光源１１１からの光信号を準平行光線に変換する。大気中を伝搬した準平行光線は、受信器（１２）において受光される。光信号は、受信器（１２）において、集光器（１２１）によって集光され、検出器（１２２）によって光電変換される。信号処理部（１２３）は、この電気信号を処理することにより、送信器（１１）と受信器（１２）間の一酸化炭素（ＣＯ）濃度の平均値（第１ガス濃度）を算出する。

信号処理部（１２３）は、各々の第１ガス濃度に加えて光信号の透過率から煙濃度の平均値（第１煙濃度）Ｃｓを以下の式に基づいて算出する。

式（１）

ここでＩ_Ｏは送信器（１１）より投光された光信号強度、Ｉ_Ｓは受信器（１２）で受信された光強度、Ｄは送信器（１１）と受信器（１２）の間の距離である。

信号処理部（１２３）は、送信器（１１）と受信器（１２）の間の平均空間温度（第１温度）の算出も行う。ＷＭＳ（波長変調分光法）やＤＯＡＳ（長光路差分吸収分光法）でガス濃度を測定する際に利用するガス分子の吸収スペクトルの形状は、環境温度や気圧、他のガス分子との相互作用によって変化する。中でも環境温度の変化に伴うスペクトル幅の変化は顕著である。ガスの温度が高いほど気体分子の速度分布が大きくなり、ドップラー広がりによって、図２に示す様に吸収スペクトルの幅が広がる。信号処理部（１２３）は、このスペクトル幅の広がりを検出することで、送信器（１１）と受信器（１２）の間の平均空間温度の算出を行う。

ガスセンサ（１２４）は、受信器（１２）周辺の第２ガス（ＣＯ）濃度を測定する。煙検知器（１２５）は、受信器（１２）周辺の第２煙濃度を測定する。温度センサ（１２６）は、受信器（１２）周辺の第２温度を測定する。

判別器（１２７）は、図３に示すフローチャートに基づき、上記の測定結果である第１及び第２ガス濃度、第１及び第２煙濃度、及び第１及び第２温度をパラメータとして火災状態の判断を行う。まず、光源（１１１）は光信号を送出する。検出器（１２２）は、その光信号を受信する。信号処理部（１２３）は、検出器（１２２）からの電気信号に基づいて第１ガス（ＣＯ）濃度Ｃ_ｇＬを算出する。信号処理部（１２３）は、光信号の透過率に基づいて、第１煙濃度Ｃ_ｓＬを算出する。信号処理部（１２３）は、スペクトル幅の広がりに基づいて、第１温度Ｔ_Ｌを算出する。

ガスセンサ（１２４）は、受信器（１２）周辺の局所的な第２ガス（ＣＯ）濃度Ｃ_ｇＰを測定する。煙検知器（１２５）は、受信器（１２）周辺の局所的な第２煙濃度Ｃ_ｓＰを測定する。温度センサ（１２６）は、受信器（１２）周辺の局所的な第２温度Ｔ_Ｐを測定する（ステップＳ０１）。これにより、環境基準値となる受信器（１２）周辺の局所的な第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度を測定できる。

次に、判別器（１２７）は、Ｔ_ＬとＴ_Ｐの差分を計算し、計算した差分が事前に定められた閾値Ｔ_ｔｈより大きいか否かを判断する（ステップＳ０２）。判別器（１２７）は、差分が閾値Ｔ_ｔｈより大きいと判断した場合（Ｓ０２のＹＥＳ）、Ｃ_ｇＬとＣ_ｇＰの差分を計算し、計算した差分が事前に定められた閾値Ｃ_ｇ＿ｔｈ（例えば０．４［１／ｍ］）より大きいか否かを判断する（ステップＳ０３）。

判別器（１２７）は、計算した差分が閾値Ｃ_ｇ＿ｔｈより大きいと判断した場合（Ｓ０３のＹＥＳ）、Ｃ_ｓＬとＣ_ｓＰの差分を計算し、計算した差分が事前に定められた閾値Ｃ_ｓ＿ｔｈ（例えば０．４［１／ｍ］）より大きいか否かを判断する（ステップＳ０４）。

判別器（１２７）は、計算した差分が閾値Ｃ_ｓ＿ｔｈより大きいと判断した場合（Ｓ０４のＹＥＳ）、火災発生と判断し警報信号を出力する（ステップＳ０５）。例えば、警報器（不図示）は、判別器（１２７）からの警報信号に応じて、警報音を出力する。判別器（１２７）は、Ｓ０２、Ｓ０３、Ｓ０４のステップのいずれかで差分が閾値より小さいと判断した場合、異常無し、と判断する（ステップＳ０６）。上述したように測定した環境基準値である第２ガス濃度Ｃ_ｇＰ、第２煙濃度Ｃ_ｓＰ、及び第２温度Ｔ_Ｐと、信号処理部（１２３）により算出された第１ガス濃度Ｃ_ｇＬ、第１煙濃度Ｃ_ｓＬ、及び第１温度Ｔ_Ｌと、の差分を算出することで、環境変動の影響をキャンセルすることができる。

(第一実施形態の効果)
第一実施形態により、以下の様な効果が実現できる。
第一の効果として、道路トンネルなどの環境変動の大きい条件下において、車両通行時等の環境変動が生じても、火災を正確に検知できる。その理由として、従来技術では長距離の光伝搬区間のガス濃度や煙濃度のみに基づいて火災判断を行っていた。このため、環境変動が大きい場合には誤識別を生じることが多かった。これに対し、第一実施形態では、上述の如く、受信器（１２）周辺の局所的な第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度を環境基準値として火災判断フローに取り入れることで環境変動の影響をキャンセルすることができるからである。

上記第一実施形態は、上記構成に限定されない。例えば、上記第一実施形態において、光源（１１１）はレーザ光源として構成されているが、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）などの広帯域光源として構成されても良い。信号処理部（１２３）は、これに応じてＤＯＡＳによりガス濃度を測定しても良い。

光源（１１１）の出力段や検出器（１２２）の入力段に光増幅器が挿入されてもよい。この様にすることで受信光信号の信号対雑音比を向上させ、測定結果の精度を向上させることができる。

判別器（１２７）は、火災状態の判断指標として一酸化炭素（ＣＯ）濃度を用いているが、これに限定されない。判別器（１２７）は、判断指標として、二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）濃度、あるいは、非特許文献４などに記載されている様にＣＯ_２濃度に対するＣＯ濃度の比率、を用いても良い。これに伴い、光源（１１１）の出力波長λ_１がＣＯ_２やＨ_２Ｏの吸収波長に設定されてもよい。複数の光源を用いて複数種のガス濃度が測定されてもよい。

上記第一実施形態において、測定されるガス種としてＣＯが選択され、ガス濃度閾値として１０［ｐｐｍ］が設定されているが、これに限定されない。閾値として別の値が設定されてもよく、他のガス濃度を用いて判断されてもよい。また、煙濃度閾値として０．４［１／ｍ］が設定されているが、この閾値も別の値に設定されてもよい。

上記第一実施形態において、信号処理部（１２３）は、吸収スペクトルのスペクトル幅拡がりに基づいて、所定の光伝搬区間の平均空間温度を測定しているが、これに限定されない。信号処理部（１２３）は、非特許文献５に示されている様なｔｗｏ ｌｉｎｅ ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｙに基づいて、光軸上の平均空間温度を測定しても良い。

上記第一実施形態において、判別器（１２７）は、ガス濃度、煙濃度、及び温度の測定値の差分を用いて、火災判断を行っているが、これに限定されない。判別器（１２７）は、測定値の差分の単位時間当たりの変化量に基づいて、火災判断を行っても良い。判別器（１２７）は、測定値の差分の単位時間当たりの変化量が閾値よりも大きい場合に、火災が発生した判別する。

上記第一実施形態において、判別器（１２７）は、ガス濃度、煙濃度、及び温度の全ての測定値を参照して火災判断を行っているが、これに限定されない。判別器（１２７）は、ガス濃度、煙濃度、及び温度のいずれか一つ、もしくは二つを参照して火災判断を行っても良い。

（第二実施形態）
図３及び４を用いて本願発明の第二実施形態の説明を行う。上記第一実施形態では、送信器（１１）と受信器（１２）とが空間的に離れた位置の置かれており、その光伝搬区間の空間の第１ガス濃度、第１煙濃度及び第１温度の測定を行った。これに対し、本第二実施形態においては、送受信器（４２）からの光信号を第１反射部（４１）で折り返させ、その光伝搬区間の第１ガス濃度、第１煙濃度及び第１温度を測定する。

(第二実施形態の構成)
図４に第二実施形態の構成を表すブロック図を示す。本発明の第二実施形態に係る火災検知システム（２）は、第１反射部（４１）と、送受信器（４２）と、を備えている。送受信器（４２）は、上述の送信器（１１）と受信器（１２）が１つの筐体に収容され一体で構成されている。送受信器（４２）から所定距離離れた位置に第１反射部（４１）が配置されている。送受信器（４２）と第１反射部（４１）との間に所定の光伝搬区間が形成されている。送受信器（４２）から送出された光信号は、送受信器（４２）と第１反射部（４１）との間で往復する。火災検知システム（２）は、送受信器（４２）と第１反射部（４１）の間で光信号を伝搬し、その光伝搬区間の空間の第１ガス濃度と第１煙濃度と第１温度を測定する。送受信器（４２）は、光源（４２０１）と、集光器（４２０２、４２０５）と、合分波器（４２０３、４２０４）と、検出器（４２０６）と、信号処理部（４２０７）と、ガスセンサ（４２０８）と、煙検知器（４２０９）と、温度センサ（４２１０）と、判別器（４２１１）と、を有する。

(第二実施形態の動作)
光源（４２０１）は、波長λ_１μｍの光信号を出力する。集光器（４２０２）は、光源（４２０１）からの光信号を準平行光線に変換する。合分波器（４２０３，４２０４）は、集光器（４２０２）からの準平行光線を空間中へと放出する。送受信器（４２）より放出された光信号は、第１反射部（４１）により反射され、送受信器（４２）へと戻ってくる。ここで、第１反射部（４１）は再帰反射板である。第１反射部（４１）は、送受信器（４２）より伝搬してきた光信号の伝搬方向に対し、平行な方向に光信号を反射する。このため、光信号は正確に送受信器（４２）へと戻っていく。

戻ってきた光信号は、合分波器（４２０４）を経て集光器（４２０５）によって集光され、検出器（４２０６）によって光電変換される。信号処理部（４２０７）は、検出器（４２０６）によって光電変換された電気信号を処理することにより、送受信器（４２）と第１反射部（４１）間の第１ガス（ＣＯ）濃度、第１煙濃度、及び第１温度を算出する。ここでの測定値計算の方法は、上記第一実施形態で説明した測定値計算の方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。

ガスセンサ（４２０８）は、送受信器（４２）周辺の第２ガス濃度を測定する。煙検知器（４２０９）は、送受信器（４２）周辺の第２煙濃度を測定する。温度センサ（４２１０）は、送受信器（４２）周辺の第２温度を測定する。

判別器（４２１１）は、図３に示すフローチャートに基づき、上記の測定結果である第１及び第２ガス濃度、第１及び第２煙濃度、及び第１及び第２温度をパラメータとして火災状態の判断を行う。

(第二実施形態の効果)
本第二実施形態により、以下の様な効果が実現できる。
第一の効果として、上記第一実施形態と同様に、道路トンネルなどの環境変動の大きい条件下において、車両通行時等の環境変動が生じても、火災を正確に検知できる。その理由として、従来技術では長距離の光伝搬区間のガス濃度や煙濃度のみに基づいて火災判断を行っていた。このため、環境変動が大きい場合には誤判断を生じることが多かった。これに対し、第二実施形態においては、上述の如く、送受信器（４２）周辺の局所的な第２ガス濃度、第２煙濃度、第２温度を環境基準値として火災判断フローに取り入れることで、環境変動の影響をキャンセルすることができるからである。

第二の効果として、センサ設置時の工事を容易にすることができる。その理由として、特許文献１や第一実施形態では電源を必要とする送信器（１１）と受信器（１２）が２カ所に離れていたため各々の箇所に電源工事が必要であった。これに対し、本第二実施形態において、電源を必要とする部品を１カ所の送受信器（４２）に集約し、他方を受動部品である第１反射部４１とする構成にしたため電源工事が一カ所ですむためである。

上記第二実施形態は、上記構成に限定されない。例えば、上記第二実施形態において、光源（４２０１）はレーザ光源として構成されているが、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）などの広帯域光源として構成されても良い。信号処理部（４２０７）は、これに応じてＤＯＡＳによりガス濃度を測定しても良い。

上記第二実施形態において、図４に示す如く、光源（４２０１）を駆動するためのドライバが明記されていないが、レーザ波長や強度は適切に制御されているものとする。

光源（４２０１）の出力段や検出器（４２０６）の入力段に光増幅器を挿入してもよい。この様にすることで受信光信号の信号対雑音比を向上させ、測定結果の精度を向上させることができる。

判別器（４２１１）は、火災状態の判断指標としてＣＯ濃度を用いているが、これに限定されない。判別器（４２１１）は、判断指標として、二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）濃度、あるいは、非特許文献４などに記載されている様にＣＯ_２濃度に対するＣＯ濃度の比率を用いても良い。これに伴い、光源（４２０１）の出力波長λ_１がＣＯ_２やＨ_２Ｏの吸収波長に設定されてもよい。複数の光源を用いて複数種のガス濃度が測定されてもよい。

上記第二実施形態において、測定されるガス種としてＣＯが選択され、ガス濃度閾値として１０［ｐｐｍ］が設定されているが、これに限定されない。閾値として別の値が設定されてもよく、他のガス濃度を用いて判断されてもよい。また煙濃度閾値として０．４［１／ｍ］が設定されているが、この閾値も別の値に設定されてもよい。

上記第二実施形態において、信号処理部（４２０７）は、吸収スペクトルのスペクトル幅拡がりに基づいて、所定の光伝搬区間の平均空間温度を測定しているが、これに限定されず、非特許文献５に示されている様なｔｗｏ ｌｉｎｅ ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｙに基づいて、光軸上の平均空間温度を測定しても良い。

上記第二実施形態において、判別器（４２１１）は、ガス濃度、煙濃度、及び温度の測定値の差分を用いて、火災判断を行っているが、これに限定されない。判別器（４２１１）は、測定値の差分の単位時間当たりの変化量に基づいて、火災判断を行っても良い。

上記第二実施形態において、第１反射部（４１）は、空間伝搬した光信号を反射させるために再帰型反射板として構成されているが、これに限定されない。第１反射部（４１）は、単純な平面鏡として構成されてもよい。

上記第二実施形態において、判別器（４２１１）は、ガス濃度、煙濃度、及び温度の全ての測定値を参照して火災の判断を行っているが、これに限定されない。判別器（４２１１）は、ガス濃度、煙濃度、及び温度のいずれか一つ、もしくは二つを参照して火災判断を行っても良い。

（第三実施形態）
図３、５、及び６を用いて本発明の第三実施形態の説明を行う。上記第一及び第二実施形態係る火災検知システム（１）、（２）は、受信器（１２）や送受信器（４２）周辺の局所的な第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度を測定するために、個別のポイントセンサを使用している。これに対し、本第三実施形態に係る火災検知システム（３）は、光信号を使用して、局所的な第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度を測定する。

(第三実施形態の構成)
図５に第三実施形態の構成を表すブロック図を示す。本発明の第三実施形態に係る火災検知システム（３）は、第１反射部（５１）と、送受信器（５２）と、を備えている。火災検知システム（３）は、送受信器（５２）と第１反射部（５１）の間で光信号を伝搬させ、その間の空間の第１ガス濃度と第１煙濃度と第１温度を測定する。送受信器（５２）は、光源（５２０１）と、集光器（５２０２，５２０５）と、合分波器（５２０３）と、光スイッチ（５２０４）と、検出器（５２０６）と、ハイブリッド処理部（５２０７）と、第２反射部（５２０８）と、判別器（５２０９）と、を有する。

(第三実施形態の動作)
光源（５２０１）は、波長λ_１μｍの光信号を出力する。集光器（５２０２）は、光源（５２０１）からの光信号を準平行光線に変換する。この準平行光線は、合分波器（５２０３）を経て光スイッチ（５２０４）に入射する。光スイッチ（５２０４）は、図６に示すように時間毎に異なる放路１、２に光信号を放出する。

時刻Ｔ１の間、光スイッチ（５２０４）は、合分波器（５２０３）より入力した光信号を、第１反射部（５１）の方向（放路１と称する）に放出し、放路１より入力した光信号を集光器（５２０５）の方向に出力する。送受信器（５２）より放出された光信号は、第１反射部（５１）により反射され、送受信器（５２）へと戻ってくる。ここで第１反射部（５１）は、再帰反射板である。第１反射部（５１）は、送受信器（５２）より伝搬してきた光信号の伝搬方向に対し、平行な方向に光信号を反射する。このため、光信号は正確に送受信器（５２）へと戻っていく。戻ってきた光信号は、光スイッチ（５２０４）を経て集光器（５２０５）によって集光され、検出器（５２０６）によって光電変換される。ハイブリッド処理部（５２０７）は、検出器５２０６により光電変換された電気信号に対して所定処理を行うことにより、送受信器（５２）と第１反射部（５１）間の第１ガス（ＣＯ）濃度、第１煙濃度、及び第１温度を算出する。ここでの測定値計算の方法は、上記第一実施形態１で説明した方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。

時刻Ｔ２の間、光スイッチ（５２０４）は、合分波器（５２０３）より入力した光信号を第２反射部（５２０８）の方向（放路２と称す）に放出し、放路２より入力した光信号を集光器（５２０５）の方向に出力する。光スイッチ（５２０４）より放出された光信号は、第２反射部（５２０８）により反射され、光スイッチ（５２０４）へと戻ってくる。ここで第２反射部（５２０８）は、再帰反射板である。第２反射部（５２０８）は、光スイッチ（５２０４）より伝搬してきた光信号の伝搬方向に対し、平行な方向に光信号を反射する。このため、光信号は正確に光スイッチ（５２０４）へと戻っていく。戻ってきた光信号は、光スイッチ（５２０４）を経て集光器（５２０５）によって集光され、検出器（５２０６）によって光電変換される。ハイブリッド処理部（５２０７）は、検出器５２０６により光電変換された電気信号に対して所定処理を行うことにより、送受信器（５２）周辺の第２ガス（ＣＯ）濃度、第２煙濃度、及び第２温度を算出する。ここでの測定値計算の方法は、上記第一実施形態で説明した方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。

判別器（５２０９）は、図３に示すフローチャートに基づき、上記の測定結果である第１及び第２ガス濃度、第１及び第２煙濃度、及び第１及び第２温度をパラメータとして火災状態の判断を行う。

(第三実施形態の効果)
第三実施形態により、以下の様な効果が実現できる。
第一の効果として、上記第一及び第二実施形態と同様に、道路トンネルなどの環境変動の大きい条件下において、車両通行時等の環境変動が生じても、火災を正確に検知できる。その理由は、従来技術では長距離の光伝搬区間のガス濃度や煙濃度のみに基づいて火災判断を行っていた。このため、環境変動が大きい場合には誤判断を生じることが多かった。これに対し、第三実施形態では送受信器（５２）周辺の局所的な第２ガス濃度、第２煙濃度、第２温度を環境基準値として火災判断フローに取り入れることで環境変動の影響をキャンセルしているためである。

第二の効果として、上記第二実施形態と同様に、センサ設置時の工事を容易にすることができる。その理由は、特許文献１や第一実施形態では電源を必要とする送信器（１１）と受信器（１２）が２カ所に離れていたため各々の箇所に電源工事が必要であった。これに対し、本第三実施形態では電源を必要とする部品を１カ所の送受信器（５２）に集約し、他方を受動部品である第１反射部（５１）とする構成にしたため電源工事が一カ所ですむためである。

第三の効果として、センサ構成を簡易化でき、部品点数を削減できる。その理由は、第一及び第二実施形態では、局所的な環境情報を取得するためにガスセンサ、煙検知器及び温度センサを使用していたため部品点数が多くなっていた。これに対し、本第三実施形態では、長距離区間の測定を行う光信号を活用して周辺の環境情報を取得している。このため、センサ構成を簡易化でき、部品点数の削減できる。

上記第三実施形態は、上記構成に限定されない。例えば、上記第三実施形態において、光源（５２０１）はレーザ光源を利用しているが、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）などの広帯域光源を用いても良い。ハイブリッド処理部（５２０７）は、これに応じてＤＯＡＳによりガス濃度を測定しても良い。

上記第三実施形態において、図５に示す如く、光源（５２０１）を駆動するためのドライバが明記されていないが、レーザ波長や強度は適切に制御されているものとする。

光源（５２０１）の出力段や検出器（５２０６）の入力段に光増幅器を挿入してもよい。この様にすることで受信光信号の信号対雑音比を向上させ、測定結果の精度を向上させることができる。

判別器（５２０９）は、火災状態の判断指標としてＣＯ濃度を用いているが、これに限定されない。判別器（５２０９）は、判断指標として、二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度や水蒸気（Ｈ_２Ｏ）濃度を用いてもよい。判別器（５２０９）は、判断指標として、非特許文献４などに記載されている様にＣＯ_２濃度に対するＣＯ濃度の比率を用いても良い。これに伴い、光源（５２０１）の出力波長λ_１をＣＯ_２やＨ_２Ｏの吸収波長に設定してもよい。また、複数の光源を用いて複数種のガス濃度を測定してもよい。

上記第三実施形態において、測定されるガス種としてＣＯが選択され、ガス濃度閾値として１０［ｐｐｍ］が設定されているが、これに限定されない。閾値として別の値が設定されてもよく、他のガス濃度を用いて判断されてもよい。また煙濃度閾値として０．４［１／ｍ］が設定されているが、この閾値も別の値に設定されてもよい。

上記第三実施形態において、ハイブリッド処理部（５２０７）は、吸収スペクトルのスペクトル幅拡がりに基づいて、光伝搬区間の平均空間温度を測定しているが、これに限定されず、非特許文献５に示されている様なｔｗｏ ｌｉｎｅ ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｙに基づいて、光軸上の平均空間温度を測定しても良い。

上記第三実施形態において、判別器（５２０９）は、ガス濃度、煙濃度、及び温度の測定値の差分を用いて、火災の判断を行っているが、これに限定されない。判別器（５２０９）は、測定値の差分の単位時間当たりの変化量に基づいて火災の判断を行っても良い。

上記第三実施形態において、第１反射部（５１）は、空間伝搬した光信号を反射させるために再帰型反射板として構成されているが、これに限定されない。第１反射部（５１）は、単純な平面鏡として構成されてもよい。

上記第三実施形態において、判別器（５２０９）は、ガス濃度、煙濃度、及び温度の全ての測定値を参照して火災の判断を行っているが、これに限定されない。判別器（５２０９）は、ガス濃度、煙濃度、及び温度のいずれか一つ、もしくは二つを参照して火災判断を行っても良い。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明は、図３に示す処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。

プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

本発明は、広い空間における火災検知に適用可能である。特に、道路トンネルなど多様な発火源が存在し排気ガスなどの多様なガスが存在する場面での火災検知に適用可能である。

１、２、３ 火災検知システム
１１、７１ 送信器
１２、７２ 受信器
１１１、４２０１、５２０１、７１１ 光源
１１２、７１２ ドライバ
１１５、１２１、４２０２、４２０５、５２０２、５２０５、７１３、７２１ 集光器
１２２、４２０６、５２０６、７２３ 検出器
１２３、４２０７、７２５ 信号処理部
５２０７ ハイブリッド処理部
１２４、４２０８ ガスセンサ
１２５、４２０９ 煙検知器
１２６、４２１０ 温度センサ
１２７、４２１１、５２０９、７２７ 判別器
４１、５１ 第１反射部
５２０８ 第２反射部
４２、５２ 送受信器
４２０３、４２０４、５２０３ 合分波器
５２０４ 光スイッチ

Claims (5)

1. 光信号を送出する光源を有する送信器と、
   前記光源から送出された光信号を所定の光伝搬区間を介して検出する検出器と、前記検出器により検出された光信号に基づいて、前記光伝搬区間の第１ガス濃度、第１煙濃度、及び第１温度のうちの少なくとも１つを算出する信号処理部と、周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つを取得するセンサと、前記信号処理部により算出された第１ガス濃度、第１煙濃度、及び第１温度のうちの少なくとも１つと、前記センサにより取得された周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つと、を比較することで、火災の有無を判別する判別器と、を有する受信器と、
   を備え、
   前記送信器と受信器が、送受信器として一体で構成されており、
   前記送受信器から所定距離離れた位置に配置された第１反射部を更に備え、
   前記送受信器と前記第１反射部との間に前記所定の光伝搬区間が形成され、
   前記送受信器の光源から送出された光信号は、該送受信器と前記第１反射部との間の前記所定の光伝搬区間で往復し、
   前記信号処理部と、前記センサとは、ハイブリッド処理部として一体で構成されており、
   前記送受信器は、前記光源から送出された光信号を反射する第２反射部と、前記光源から送出された光信号を前記第１反射部の方向と、前記第２反射部の方向と、に切り替えて、放出する光スイッチと、を更に、有し、
   前記ハイブリッド処理部は、
   前記第１反射部から反射され前記検出器により検出された光信号に基づいて、前記光伝搬区間の第１ガス濃度、第１煙濃度、及び第１温度のうちの少なくとも１つを算出し、
   前記第２反射部から反射され前記検出器により検出された光信号に基づいて、前記周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つを算出する、
   ことを特徴とする火災検知システム。
2. 前記センサは、前記受信器周辺の第２ガス濃度を測定するガスセンサ、前記受信器周辺の第２煙濃度を測定する煙検知器、および、前記受信器周辺の第２温度を測定する温度センサ、のうち少なくとも１つを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の火災検知システム。
3. 前記判別器は、前記信号処理部により算出された前記光信号の所定の光伝搬区間における第１ガス濃度、第１煙濃度及び第１温度のうちの少なくとも１つと、前記センサによりにより取得された周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つと、の差分をそれぞれ算出し、該各差分が閾値よりも大きい場合に、火災が発生したと判別する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の火災検知システム。
4. 前記判別器が、前記差分の単位時間当たりの変化量を算出し、該算出した変化量が閾値よりも大きい場合に、火災が発生した判別する、
   ことを特徴とする請求項３記載の火災検知システム。
5. 送信器の光源から光信号を送出するステップと、
   受信器の検出器が前記光源から送出された光信号を所定の光伝搬区間を介して検出するステップと、
   受信器の信号処理部が前記検出された光信号に基づいて、前記光伝搬区間の第１ガス濃度、第１煙濃度、及び第１温度のうちの少なくとも１つを算出するステップと、
   受信器のセンサが周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つを取得するステップと、
   受信器の判別器が前記算出された第１ガス濃度、第１煙濃度、及び第１温度のうちの少なくとも１つと、前記取得された周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つと、を比較することで、火災の有無を判別するステップと、を含み、
   前記送信器と受信器が、送受信器として一体で構成されており、
   前記送受信器から所定距離離れた位置に第１反射部が配置され、
   前記送受信器と前記第１反射部との間に前記所定の光伝搬区間が形成され、
   前記送受信器の光源から送出された光信号は、該送受信器と前記第１反射部との間の前記所定の光伝搬区間で往復し、
   前記信号処理部と、前記センサとは、ハイブリッド処理部として一体で構成されており、
   前記送受信器は、前記光源から送出された光信号を反射する第２反射部と、前記光源から送出された光信号を前記第１反射部の方向と、前記第２反射部の方向と、に切り替えて、放出する光スイッチと、を更に、有し、
   前記ハイブリッド処理部は、
   前記第１反射部から反射され前記検出器により検出された光信号に基づいて、前記光伝搬区間の第１ガス濃度、第１煙濃度、及び第１温度のうちの少なくとも１つを算出し、
   前記第２反射部から反射され前記検出器により検出された光信号に基づいて、前記周辺の第２ガス濃度、第２煙濃度、及び第２温度のうちの少なくとも１つを算出する、
   ことを特徴とする火災検知方法。

Images