JP3025040B2 - トンネル用光ファイバ温度計測システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ温度センサ
を用いた光ファイバ温度計測器システムに関し、特に、
トンネル防災システムに適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】遠隔地点の温度を小さな位置分解能をも
って検出するシステムとして、文献『日立電線技法、Ｎ
ｏ．９（１９９０−１）、「光ファイバ温度レーダの開
発」』に記載のものがある。この記載のものを概念的な
ブロック図で示すと、図２に示すようになる。電線等の
被計測媒体１に光ファイバ温度センサ２を接触させて設
け、この状態で、光ファイバ温度計測器３が光ファイバ
温度センサ２にパルス光を入射し、光ファイバ温度計測
器３がその後方散乱光に基づいて各地点の温度を検出
し、表示装置４に表示させるものであった。なお、温度
は後方散乱光の相対的強度によって、また位置は後方散
乱光の戻り時間によって検出するようになされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、トンネル内
の火災発生を検知するトンネル火災検知システムとし
て、従来、炎センサを利用したものがあった。

【０００４】しかしながら、このシステムは、火災を早
期に発見できない、火災が発生した自動車と炎センサと
の間に例えば大型の自動車があるような場合に火災を検
知できない、炎センサの光学窓に汚れが付着していると
火災を検知できない等の欠点を有するものである。この
ような炎センサの欠点を補なおうとすると、他のセンサ
を設けることになるが、ほこりが舞い上がるトンネル内
では煙センサを用いることができない。そこで、本出願
人は、温度センサを利用することを考えた。

【０００５】遠隔地点の温度を小さな位置分解能をもっ
て検出するシステムとしては上述した文献記載のものが
ある。しかし、これをトンネル内の温度検出用にそのま
ま利用することはできない。

【０００６】上述の従来技術は、被計測媒体１と光ファ
イバ温度センサ２とを接触させた状態で温度を計測する
ものであるので、被計測媒体１の温度をそのまま捕らえ
ることができる。しかし、トンネル内に適用する場合、
具体的な被測定媒体は火災温度であって直接的なもので
はなくこれを測定できず、各位置での雰囲気温度を計測
するほかなく、この雰囲気温度も車両の通過や風の影響
等を受けるため、上述の従来技術とはその適用面での前
提が異なる。

【０００７】従って、トンネル内に適したシステムの出
現が待たれている。

【０００８】本発明は、以上の点を考慮してなされたも
のであり、温度異常（火災発生）を確実に検知するよう
にトンネル内の温度計測を行なうことができるトンネル
用光ファイバ温度計測システムを提供しようとするもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明においては、トンネルの長手方向に沿って設
けられた光ファイバ温度センサと、この光ファイバ温度
センサに光線を入射してこのセンサの通過光又は戻り光
に基づいて各位置の温度を計測する光ファイバ温度計測
手段と、トンネル内の風向風速を検知する風向風速セン
サとを備え、光ファイバ温度計測手段が、予め用意され
ている季節別かつトンネル位置別の基準温度に基づい
て、しかも、風向風速計の検知情報を利用して、トンネ
ル内の温度異常を検出して区域情報と共に外部に自動的
に報知することを特徴とする。

【００１０】ここで、光ファイバ温度計測手段が、温度
異常を検知した区域の温度情報を、送信時点での異常正
常に拘らず、繰返し送信することが好ましい。

【００１１】また、光ファイバ温度計測手段が、外部か
ら区域を指定されて報知を求められたときに、その指定
区域の温度情報を報知することが好ましい。

【００１２】さらに、光ファイバ温度計測手段が、光フ
ァイバ温度センサの切断を検出して外部に自動的に報知
することが好ましい。

【００１３】

【作用】トンネルの長手方向に沿って光ファイバ温度セ
ンサを設け、光ファイバ温度計測手段が、この光ファイ
バ温度センサに光線を入射してこのセンサを通過した光
線又は戻ってきた光線に基づいて各位置の温度を計測し
て単に異常を判断するだけでは温度異常を正確に検知す
ることができない。風や季節による基準温度やトンネル
位置における基準温度の影響を受けるためである。そこ
で、トンネル内の風向風速を検知する風向風速センサを
設け、光ファイバ温度計測手段が、予め用意されている
季節別かつトンネル位置別の基準温度に基づいて、しか
も、風向風速計の検知情報を利用して、トンネル内の温
度異常を検出して区域情報と共に外部に自動的に報知す
ることとした。検知の具体的方法としては、季節別かつ
トンネル位置別の基準温度と検出温度との差を求め、こ
の差が風向風速に応じて更新される温度上昇異常判断用
の閾値と比較して行なう方法、及び又は、温度上昇率を
検出してこれを温度上昇率異常判断用の閾値と比較して
行なう方法がある。

【００１４】ここで、監視員に火災状況を正確に認識さ
せることを期して、光ファイバ計測手段が、温度異常を
検知した区域の温度情報を、送信時点での異常正常に拘
らず、繰返し送信することが好ましい。

【００１５】また、避難場所の決定を容易に行なうこと
ができるように、光ファイバ温度計測手段が、外部から
区域を指定されて報知を求められたときに、その指定区
域の温度情報を報知することが好ましい。

【００１６】さらに、温度検出の可能状態を確保すべ
く、光ファイバ温度計測手段が、光ファイバ温度センサ
の切断を検出して外部に自動的に報知することが好まし
い。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら詳述する。

【００１８】図１は、この実施例の全体構成を示すもの
である。図１において、光ファイバ温度計測システム１
０は、光ファイバ温度センサ１１と、光ファイバ温度計
測器１２と、防災サブセンタシステム１３と、複数の風
向風速計１４と、風向風速情報転送装置１５とから構成
されている。

【００１９】光ファイバ温度センサ１１は、例えばトン
ネルの頂部にトンネルの長手方向に敷設されるものであ
る。この光ファイバ温度センサ１１は、後述する詳細構
成を有する光ファイバ温度計測器１２に接続されてお
り、この光ファイバ温度計測器１２から入射されたパル
ス光の後方散乱光を光ファイバ温度計測器１２に戻す。
光ファイバ温度計測器１２は、温度は後方散乱光の相対
的強度によって、また位置は後方散乱光の戻り時間によ
って検出する。光ファイバ温度計測器１２は、温度異常
位置の検出を行なっており、温度情報や異常位置情報等
を防災サブセンタシステム１３に与える。

【００２０】防災サブセンタシステム１３は、トンネル
防災システムにおける火災面の管理を行なうものであ
り、光ファイバ温度計測器１２から与えられた異常情報
等を図示しない防災表示盤等に表示させたり、図示しな
い水噴霧設備の起動等を制御したりするものである。

【００２１】防災サブセンタシステム１３には、風向風
速情報転送装置１５が接続されている。風向風速情報転
送装置１５は、複数の風向風速計１４から得られた風向
風速情報を例えば定期的に防災サブセンタシステム１３
に転送するものである。なお、風向風速計１４は、例え
ば、トンネルの入口、中間、出口等の３箇所に設けられ
る。中間に縦孔等がある場合には、もう少しこまめに設
ける。

【００２２】防災サブセンタシステム１３は、光ファイ
バ温度計測器１２との関係からは、この風向風速情報を
以下のように利用する。

【００２３】第１には、光ファイバ温度計測器１２が温
度異常地点とした位置の補正に利用する。火災が発生し
て生じた熱は上方に向かうが風が強い場合には、火災位
置の真上ではなくそれよりずれた位置で温度異常が検出
される。そこで、位置補正を行なうこととした。そのた
め、風向風速と位置補正量とを対応付けたテーブル１３
ａを内蔵している。

【００２４】第２には、光ファイバ温度計測器１２が温
度異常と判断するための閾値の補正に用いる。この実施
例の場合、光ファイバ温度計測器１２は、後述するよう
に、絶対的な温度上昇や温度上昇率によって温度異常を
検知するものである。しかし、風が強い場合には、気化
熱等によって絶対的な検知温度が下がったり、火災発生
しても温度上昇率が鈍くなったりする。そこで、風向風
速に応じて温度異常と判断するための閾値の補正を行な
うこととした。そのため、風向風速と閾値とを対応付け
たテーブル１３ｂを内蔵している。

【００２５】この他に、防災サブセンタシステム１３
は、季節やトンネル位置が温度異常検知に影響を与える
ことを排除するための季節別かつトンネル別の基準温度
情報を格納したテーブル１３ｃを内蔵している。

【００２６】光ファイバ温度計測器１２は、詳細には、
中央処理部（プログラムメモリ等を含む概念）２０、管
理情報記憶部２１、計測情報記憶部２２、温度計測用パ
ルス発生部２３、後方散乱光受信部２４、防災サブセン
タ受信処理部２５及び防災サブセンタ送信処理部２６と
からなっている。

【００２７】中央処理部２０は、後述する図３に示す処
理を実行するものであり、その際、必要に応じて、管理
情報記憶部２１及び計測情報記憶部２２の記憶内容を利
用する。

【００２８】管理情報記憶部２１は、大きくいえば、温
度判定情報と情報送信要求とを格納するものである。温
度判定情報は、詳細には、絶対的な温度上昇の異常判定
閾値と、温度上昇率からの異常判定閾値と、季節別位置
別基準温度情報と、火点区画情報とである。絶対的な温
度の異常判定閾値及び温度上昇率からの異常判定閾値
は、上述したように、防災サブセンタシステム１３から
与えられるものである。季節別位置別基準温度情報も、
システムの起動時に防災サブセンタシステム１３から与
えられるものである。絶対的な温度上昇の異常判定は、
検出温度とこの季節別位置別基準温度との差が絶対的な
温度上昇の異常判定閾値より大きいか否かで行なう。温
度上昇率の異常判定は、同一地点についての前後する検
出温度から温度上昇率を検出し、これが温度上昇率の異
常判定閾値より大きいか否かで行なう。火点区画情報は
火災と判定された区画である。情報送信要求は、防災サ
ブセンタシステム１３から与えられるものであり、定期
送信要求と指定位置送信要求とがある。この指示がある
ときに中央処理部２０は温度異常検出処理を実行して、
必要に応じて防災サブセンタ送信処理部２６に送信を実
行させる。なお、要求が与えられないときにも、光ファ
イバ温度計測器１２は、検知処理を繰返実行している。

【００２９】計測情報記憶部２２は、後方散乱光受信部
２４が受信した情報、それから計算した位置情報と対応
付けられた温度情報、第１報情報（火災発生の予告情
報）、及びファイバ切断情報を格納するものである。

【００３０】温度計測用パルス発生器２３は、中央処理
部２０によってサンプリングが指示されたときにパルス
を光ファイバ温度センサ１１に入射するものであり、後
方散乱光受信部２４はそのとき受信した後方散乱光をデ
ジタルデータに変換して中央処理部２０の制御下で計測
情報記憶部２２に格納させるものである。

【００３１】防災サブセンタ受信処理部２５は、防災サ
ブセンタシステム１３からの情報を受信して管理情報記
憶部２１に格納させるものである。図３は、防災サブセ
ンタ受信処理部２５の処理を示すものである。中央処理
部２０はイニシャライズの一つの処理としてこの防災サ
ブセンタ受信処理部２５に起動指示を与える。これによ
り、防災サブセンタ受信処理部２５は、図３に示す処理
を開始し、受信情報があるか否かを判断し、ある場合に
は、その情報を管理情報記憶部２１に登録して判断処理
に戻り、ない場合には判断処理を繰り返す（ステップ１
００、１０１）。なお、この防災サブセンタ受信処理部
２５と中央処理部２０との処理は非同期である。

【００３２】防災サブセンタ送信処理部２６は、中央処
理部２０によって指示された情報を送信するものであ
る。送信情報としては、火点位置情報、温度情報、第１
報火災発生情報及びファイバ切断情報とがある。中央処
理部２０はイニシャライズの一つの処理としてこの防災
サブセンタ送信処理部２６に起動指示を与える。これに
より、防災サブセンタ送信処理部２６は、図４に示す処
理を開始し、送信すべき情報があるか否かを判断し、あ
る場合には、その情報を防災サブセンタシステム１３に
送信して判断処理に戻り、ない場合には判断処理を繰り
返す（ステップ２００、２０１）。なお、この防災サブ
センタ送信処理部２６と中央処理部２０との処理は非同
期である。

【００３３】次に、中央処理部２０の処理を図５を用い
て説明する。中央処理部２０は、イニシャライズ（火点
のクリア処理、送受信処理の起動等）を行なった後は、
図５に示す温度異常検出処理を繰り返し行なう（ステッ
プ３００）。

【００３４】そしてまず、ある区画内の温度データをサ
ンプリングする（ステップ３０１）。温度計測用パルス
発生器２３からパルスを発生させ、後方散乱光を後方散
乱光受信部２４で受信して一旦計測情報記憶部２２に記
憶させたデータに基づいて、後方散乱光の戻り時間から
距離を計算して距離データＬ（Ｘ）をサンプリングし、
後方散乱光の強度から得た温度と季節別位置別基準温度
との差を温度データＴ（Ｘ）としてサンプリングする。

【００３５】このようなサンプリングが終了すると、管
理情報記憶部２１の情報送信要求についての記憶内容に
基づいて、サンプリングデータが送信要求データである
か否かを判断し、送信要求データであれば温度情報を送
信バッファに格納して送信指示を行なう（ステップ３０
２、３０３）。なお、このときには、後述するステップ
３０６と同様な処理を行なって正常、異常を明らかにし
て送信を指示する。

【００３６】防災サブセンタシステム１３への送信を指
示した場合、又は、送信要求が防災サブセンタシステム
１３から与えられていない場合には、既に火災発生を検
知している（火災発生中）か否かを判断する（ステップ
３０４）。火災発生中であると、さらに、今対象となっ
ているサンプリングデータはその発生中の区画の情報で
あるか否かを判断する（ステップ３０５）。

【００３７】火災発生中でない場合、又は、火災発生中
であるが対象のサンプリングデータが火災発生中の区画
外のデータであるときには、すなわち、今まで火災と判
定されていない区画のデータであると、温度上昇確認処
理を行なう（ステップ３０６）。この温度上昇確認処理
は、同一地点の直前の温度と今回の温度とに基づいた温
度上昇率Ｒ（Ｘ）の計算処理（３０６ａ）と、絶対的な
温度上昇Ｔ（Ｘ）とその閾値Ｔとの比較、及び、温度上
昇率Ｒ（Ｘ）とその閾値Ｒとの比較処理（３０６ｂ）で
なる。

【００３８】このような温度上昇確認処理を所定の間隔
（例えば５０ｃｍ程度）で実行し終えると、又は、途中
で異常と判別すると、火災判定の処理に進む（ステップ
３０７）。

【００３９】この結果、火災が発生していない場合に
は、最終計測地点の距離を認識して、この距離を光ファ
イバ温度センサ１１の長さと比較する（ステップ３０
８、３０９）。光ファイバ温度センサ１１の長さと等し
い場合には、直ちに温度データのサンプリング処理に戻
る。他方、光ファイバ温度センサ１１の長さより短い場
合には、光ファイバ温度センサの切断情報の送信を指示
して温度データのサンプリング処理に戻る（ステップ３
１０）。

【００４０】これに対して火災発生と判断すると、火点
位置を抽出して管理情報記憶部２１に格納させると共
に、第１報情報を作成し、その後、温度、位置情報等の
送信を指示して温度データのサンプリング処理に戻る
（ステップ３１１、３１２）。なお、火災発生中であっ
てサンプリングデータがその発生区間内のデータである
と（ステップ３０５で肯定）、温度上昇等を確認するこ
となく、温度、位置情報の送信を指示して温度データの
サンプリング処理に戻る（ステップ３１２）。鎮火動作
が開始された後は温度が低下するので、温度上昇等の確
認が無意味になるので確認を実行しないが、火災状況の
把握のためには温度情報は必要であり、そこで、繰返送
信することとした。

【００４１】従って、上述した実施例によれば、以下の
効果を得ることができる。

【００４２】(1) 季節別かつトンネル位置別の基準温度
に基づいて、しかも、各時点での風向風速に応じて、温
度異常判断を行なうようにしているので、正確に温度異
常を検知することができる。

【００４３】(2) 一旦温度異常と判定した区画の温度情
報は、その後、異常であるか否かに拘らず送信するよう
にしたので、サブセンタシステムにいる監視員が状況を
正確に判断することができる。実際上、鎮火動作が開始
されると、温度異常と判断できなくなることが多いが、
再燃の恐れがあり、温度を継続して監視することが重要
である。

【００４４】(3) 指定区域だけの温度情報をその区域が
正常異常かの区別を付けて送信できるようにしたので、
監視員が避難予定場所の温度等の確認を個別にすること
ができる。

【００４５】(4) 光ファイバ温度センサ１１の切断を検
出して防災サブセンタシステム１３に送信するようにし
たので、切断に対して迅速の措置を講ずることができ、
システム全体の安全性を高めることができる。

【００４６】(5) 温度異常を絶対的な温度の基準温度か
らの差だけでなく、温度上昇率によっても判断するよう
にしたので、温度異常を正確に検出することができる。

【００４７】なお、上述の実施例においては、風向風速
情報を防災サブセンタシステム１３に入力し、防災サブ
センタシステム１３がこれに応じて異常判定用の閾値を
更新するものを示したが、光ファイバ温度計測器１２に
直接風向風速情報を入力するようにしても良い。また、
季節別トンネル位置別の基準温度も転送を受けることな
く光ファイバ温度計測器１２が当初より有するものであ
っても良い。

【００４８】また、光ファイバ温度計測器１２から延出
される光ファイバ温度センサ１１の数は１本に限定され
るものではなく、２本以上あっても良い。この場合に
は、切断されても保守作業を待つことなく、他の温度セ
ンサによって継続して処理を行なうことができる。な
お、２本以上正常なときには検出温度のマッチングを行
なうようにしても良い。

【００４９】さらに、光ファイバ温度センサ１１は、後
方散乱光を利用するものに限定されるものではなく、一
端部から光線を入射して他端部でこれを受光して温度を
検出する型のものであっても良い。

【００５０】また、上記実施例は、上位装置に送信する
ことで異常等を報知するものであったが、表示装置等に
表示することでっ報知するものであっても良い。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、トンネ
ルの長手方向に沿って設けられた光ファイバ温度センサ
と、この光ファイバ温度センサに光線を入射してこのセ
ンサを通過した光線又は戻ってきた光線に基づいて各位
置の温度を計測する光ファイバ温度計測手段と、トンネ
ル内の風向風速を検知する風向風速センサとを備え、光
ファイバ温度計測手段が、予め用意されている季節別か
つトンネル位置別の基準温度に基づいて、しかも、風向
風速計の検知情報を利用して、トンネル内の温度異常を
検出して区域情報と共に外部に自動的に報知するように
したので、温度異常（火災発生）を正確に検知して報知
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のトンネル用光ファイバ温度計測システ
ムを示すブロック図である。

【図２】従来の光ファイバ温度計測システムを示すブロ
ック図である。

【図３】実施例の防災サブセンタ受信処理部の処理フロ
ーチャートである。

【図４】実施例の防災サブセンタ送信処理部の処理フロ
ーチャートである。

【図５】実施例の光ファイバ温度計測器の温度異常検出
処理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０…光ファイバ温度計測システム、１１…光ファイバ
温度センサ、１２…光ファイバ温度計測器、１３…防災
サブセンタシステム、１４…風向風速計、１５…風向風
速情報転送装置、２０…光ファイバ温度計測器１２の中
央処理部、２１…管理情報記憶部、２２…計測情報記憶
部、２３…温度計測用パルス発生部、２４…後方散乱光
受信部、２５…防災サブセンタ受信処理部、２６…防災
サブセンタ送信処理部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G08G 17/00 - 17/12 G01K 11/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネルの長手方向に沿って設けられた
   光ファイバ温度センサと、 この光ファイバ温度センサに光線を入射してこのセンサ
   の通過光又は戻り光に基づいて各位置の温度を計測する
   光ファイバ温度計測手段と、 トンネル内の風向風速を検知する風向風速センサとを備
   え、 上記光ファイバ温度計測手段が、予め用意されている季
   節別かつトンネル位置別の基準温度に基づいて、しか
   も、上記風向風速計の検知情報を利用して、トンネル内
   の温度異常を検出して区域情報と共に外部に自動的に報
   知することを特徴とするトンネル用光ファイバ温度計測
   システム。
2. 【請求項２】 上記光ファイバ温度計測手段が、温度異
   常を検知した区域の温度情報を、送信時点での異常正常
   に拘らず、繰返し送信することを特徴とする請求項１に
   記載のトンネル用光ファイバ温度計測システム。
3. 【請求項３】 上記光ファイバ温度計測手段が、外部か
   ら区域を指定されて報知を求められたときに、その指定
   区域の温度情報を報知することを特徴とする請求項１又
   は２に記載のトンネル用光ファイバ温度計測システム。
4. 【請求項４】 上記光ファイバ温度計測手段が、上記光
   ファイバ温度センサの切断を検出して外部に自動的に報
   知することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
   のトンネル用光ファイバ温度計測システム。