JP5276764B2

JP5276764B2 - 火災監視システム

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Publication number: JP5276764B2
Application number: JP2005086282A
Authority: JP
Inventors: 純一山口
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: JP2006268495A

Description

本発明は、火災監視システムに関し、特に、火点位置及び火源発熱速度を特定することにより火災状況を正確に把握し、その把握した情報に基づいて人命救助、消火活動を迅速に行うことが可能な火災監視システムに関する。

一般に、火災は、時間の経過とともに大きくなるため、火災の発生を早期に感知して警報を発することができれば、建物内の在館者はいち早く避難行動に移ることができる。また、消防隊も早期に駆けつけることができるため、火災が拡大する前に消火・救助活動を行うことができる。

しかし、消防隊は、建物の外部から火点にアクセスし、状況に応じて消火・救助活動を行わなければならないため、これらの消防活動を安全かつ的確に行うためには、活動前に火災区画内の状況（火点の位置及び火災規模）を正確に把握することが不可欠である。さらに、火災後の調査においては、出火元（出火点）を特定することや延焼経路を特定することが重要になる。

現在、一般に使用されている感知器の多くは、感知区域（床面積）ごとに１つの割合で設置されているため、出火区域（エリア）を特定することはできても、出火点（ポイント）まで特定することができない。さらに、熱気流の温度や煙濃度、放射熱等が所定の値以上になった時点で火災信号を発する機能しか有していなため、感知器付近の今現在の状況を把握することもできない。

感知器を使用した火災監視システムの一例として、炎感知器と、この炎感知器の監視区域が視野に入るように設置されるＣＣＤカメラとを備え、ＣＣＤカメラの画像から火点位置を求めるように構成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、他の例として、炎感知器と、走査型炎感知器とを有し、走査型炎感知器からの火災位置情報により、火点の位置を求めるように構成したものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）

さらに、他の例として、天井面に設置された温度センサの温度情報から、出火室において火煙が危険なレベルに達しているか否かの判断情報を得るように構成したものが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

さらに、他の例として、天井面に設置された温度センサの温度情報から、火災成長率を計算し、火災成長率から滞在限界状態を報知するように構成したものが提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
特開２００１−３４８６４号公報特開２０００−３５３２８６号公報特開２００２−８１５５号公報特開２００４−２４６５４２号公報

ところで、上記のような構成の各種の火災監視システムのうち、特許文献１及び２に記載されているものは、火点の位置を求めることはできても、一般的な天井高さの空間や物品が集積される空間では可燃物が炎を遮ってしまうため、天井の高い空間（８ｍ以上）でしか使用することができない。

また、特許文献３に記載されているものは、火煙が危険なレベルに達しているか否かの判断情報を得ることはできるが、出火点を特定することを目的としていない。また、熱気流の温度分布を考慮できないため、正確な火災規模を把握することができない。従って、消防活動を安全かつ的確に行うことができない。

さらに、特許文献４に記載されているものは、火災室が滞在限界状態に達しているか否かの判断情報を得ることができるが、出火点を特定することを目的としていない。また、熱気流の温度分布を考慮できないため、正確な火災規模を把握することができない。従って、消防活動を安全かつ的確に行うことができない。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、火災の発生の際に、火点位置及び火源発熱速度を特定することができて、火災の状況を正確に把握することができ、これにより、人命救助、消火活動等の消防活動を安全かつ的確に行うことができる火災監視システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。
すなわち、請求項１に係る発明は、火災監視対象室の天井面に設置され、火災の発生時に前記火災監視対象室の温度情報を検出して出力する複数のセンサと、各センサから出力される温度情報を受信し、この温度情報と予め記憶させておいた各センサの位置情報とに基づいて火点位置を算出し特定する情報処理部とを備えており、
前記情報処理部は、
各センサの前記温度情報、及び、前記位置情報を取得し、
次に、前記火点位置の位置情報を仮定し、
次に、前記火点位置から第１のセンサまでの距離ｒ _１、前記火点位置から第２のセンサまでの距離ｒ _２、前記火点位置から第３のセンサ３までの距離ｒ _３、前記火点位置から第４のセンサまでの距離ｒ _４の計算を行い、
次に、第１のセンサの温度情報ΔＴ _１、第２のセンサの温度情報ΔＴ _２、第３のセンサの温度情報ΔＴ _３、第４のセンサの温度情報ΔＴ _４、及び、前記ｒ _１〜ｒ _４を次式（ａ）〜（ｃ）に代入して、Σ _１、Σ _２、Σ _３を求める計算を行い、
Σ _１＝Ｘ _１ −ΔＴ _２ ……（ａ）
Σ _２＝Ｘ _２ −ΔＴ _３ ……（ｂ）
Σ _３＝Ｘ _３ −ΔＴ _４ ……（ｃ）、
ただし、前記Ｘ _１は、
火源発熱速度、天井高さ、及び、火源中心軸からの距離ｒを用いて火源中心軸から距離ｒ離れた位置における熱気流上昇温度を求める実験式、
前記距離ｒ _１、
前記距離ｒ _２、及び、
前記温度情報ΔＴ _１、を用いて算出される、前記第２のセンサの温度情報であり、
前記Ｘ _２は、
前記実験式、前記距離ｒ _１、前記距離ｒ _３、及び、前記温度情報ΔＴ _１、を用いて算出される、前記第３のセンサの温度情報であり、
前記Ｘ _３は、
前記実験式、前記距離ｒ _１、前記距離ｒ _４、及び、前記温度情報ΔＴ _１、を用いて算出される、前記第４のセンサの温度情報である、
次に、｜Σ _１｜＋｜Σ _２｜＋｜Σ _３｜の計算を行い、
前記｜Σ _１｜＋｜Σ _２｜＋｜Σ _３｜が最小となる位置を、前記火点位置として出力することを特徴とする。

本発明による火災監視システムによれば、火災の発生の際に火点位置を特定することができるので、消防隊が火点への最短ルートを選択したり、火災後の調査において出火元を容易に特定したりすることができる。また、火点の移動した軌跡を表示したり、移動速度を計算したりすることも可能になるので、延焼方向を予想することも可能になる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の火災監視システムであって、前記情報処理部は、前記センサから出力される火災情報と、予め記憶させておいた各センサの位置情報と、火災監視対象室の天井面の高さと、前記特定した火点位置情報とに基づいて、火源発熱速度を算出することを特徴とする。

本発明による火災監視システムによれば、特定した火点位置情報に基づいて正確な火源発熱速度を得ることができるとともに、火源発熱速度から火源面積を推定したり、火源発熱速度と経過時間との関係から、火災拡大の速度を把握することも可能になる。さらに、火源発熱速度や火源面積から消火に必要な散水量を推定することも可能になる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の火災監視システムであって、前記情報処理部から出力される火点位置情報又は火源発熱速度情報を受信し、この受信した情報に基づいて、前記火災監視対象室の天井面に設置される散水設備、排煙設備、及び火災監視対象室の区画壁に設置される防火設備の作動を制御する制御部を備えていることを特徴とする。

本発明による火災監視システムによれば、情報処理部から出力される火点位置情報又は火源発熱速度情報に基づいて、制御部により散水設備、排煙設備、防火設備の作動を制御することができるので、火災の発生時に消火活動を正確にかつ迅速に行うことができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の火災監視システムであって、前記散水設備は、前記火災監視対象室の天井面に設置される複数の散水ヘッドと、各散水ヘッドを開閉させる制御弁とからなり、各制御弁の開閉動作を前記制御部によって制御することを特徴とする。

本発明による火災監視システムによれば、特定した火点位置情報及び火源発熱速度情報に基づいて、延焼方向や火災規模を正確に把握することができるので、延焼方向に位置する散水ヘッドを選択してその制御弁を早めに開放させたり、火点を包囲するように散水ヘッドを選択してその制御弁を開放させたりすることができる。また、火災拡大が予想以上に速い場合には、火点を多重に包囲するように散水ヘッドを選択してその制御バルブを開放させることができる。従って、延焼を確実に防止することができる。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の火災監視システムであって、前記制御部は、前記火災監視対象室から遠隔した位置に配置される火災監視室に設置され、該火災監視室において前記制御部に出力される前記センサからの火災情報、前記センサの位置情報、前記特定した火点位置情報、前記火源発熱速度情報、前記散水設備の作動情報、前記排煙設備の作動情報、及び前記防火設備の作動情報を遠隔監視することを特徴とする。

本発明による火災監視システムによれば、屋外からアプローチしやすい１階、地階等に火災監視室を設置しておくことにより、火災監視室において、火災情報、センサの位置情報、特定した火点位置情報、火源発熱速度情報等を正確に把握することができる。従って、人命救助、消火活動を行うための消防戦術が立て易くなる。また、火災監視室と火点までの距離が大きくなる大規模物販店舗、超高層ビル等においては、時々刻々と変化する火災情報等を火点付近で消火活動中の消防隊員に正確に伝えることが可能になる。従って、消火・救助活動を安全かつ的確に遂行することができる。

以上、説明したように、本発明の請求項１に記載の火災監視システムによれば、火災の発生の際に火点位置を特定することができるので、消防隊が火点への最短ルートを選択したり、火災後の調査において出火元を容易に特定したりすることができる。また、火点の移動した軌跡を表示したり、移動速度を計算したりすることも可能になるので、延焼方向を予想することも可能になる。

さらに、本発明の請求項２に記載の火災監視システムによれば、特定した火点位置情報に基づいて正確な火源発熱速度を得ることができる。従って、火源発熱速度から火源面積を推定したり、火源発熱速度と経過時間との関係から火災拡大の速度を把握することが可能になる。また、火源発熱速度や火源面積から消火に必要な散水量を推定することも可能になる。

さらに、本発明の請求項３に記載の火災監視システムによれば、情報処理部から出力される火点位置情報又は火源発熱速度情報に基づいて、制御部により散水設備、排煙設備、防火設備の作動を制御することができる。従って、火災発生の際に、散水が必要とされる箇所に確実に散水することができるとともに、必要に応じて排煙を開始したり、防火扉等を閉じることができ、消火活動を迅速に行うことができる。

さらに、本発明の請求項４に記載の火災監視システムによれば、特定した火点位置情報及び火源発熱速度情報に基づいて、延焼方向や火災規模を正確に把握することができる。従って、延焼方向に位置する散水ヘッドを選択してその制御弁を早めに開放させたり、火点を包囲するように散水ヘッドを選択してその制御弁を開放させたりすることができる。また、火災拡大が予想以上に速い場合には、火点を多重に包囲するように散水ヘッドを選択してその制御バルブを開放させることができ、延焼を確実に防止することができる。

さらに、請求項５に記載の火災監視システムによれば、屋外からアプローチしやすい１階、地階等に火災監視室を設置しておくことにより、火災監視室において、火災情報、センサの位置情報、特定した火点位置情報、火源発熱速度情報等を正確に把握することができる。従って、人命救助、消火活動を行うための消防戦術が立て易くなる。また、火災監視室と火点までの距離が大きくなる大規模物販店舗、超高層ビル等においては、時々刻々と変化する火災情報等を火点付近で消火活動中の消防隊員に正確に伝えることが可能になり、消火・救助活動を安全かつ的確に遂行することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１には、本発明による火災監視システムの一実施の形態が示されていて、この火災監視システム１は、建物の火災監視対象室２の天井面３に設けられ、火災発生時に所定の火災情報を検出するセンサ４と、センサ４から出力される火災情報に基づいて火点位置及び火源発熱速度を算出し特定する情報処理部５とを備えている。

センサ４は、火災監視対象室２の天井面３に縦横に所定の間隔ごとに格子状をなすように複数箇所に設置される。各センサ４は、火災監視対象室２内に火災が発生したときに、所定の火災情報（熱気流の温度、煙濃度等）を検出し、この検出した火災情報を情報処理部５に送信する。

センサ４としては、火災の発生を検出できるものであれば特に制限はないが、障害物等の影響を受けることなく正確に火災情報を検出するためには温度センサ又は煙濃度センサが有効である。温度センサは、火災によって発生する熱気流の温度を検出し、煙濃度センサは、火災によって発生する煙濃度を検出し、この検出した火災情報を情報処理部５に送信する。

情報処理部５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたコンピュータによって構成される。そして、この情報処理部５は、各センサ４から送信される火災情報を受信し、その火災情報と予め記憶させておいた各センサ４の位置情報とに基づいて火点位置を算出し特定する火点位置検出手段、及び火点位置検出手段により特定した火点位置に基づいて火源発熱速度を算定し特定する火源発熱速度算定手段として機能する。

各センサ４の位置情報、各センサ４からの火災情報、情報処理部５で得られた火点位置情報、火源発熱速度情報等の情報は、情報処理部５を介して火災監視対象室２から遠隔した位置（１階、地階等）に設置されている火災監視室６に送信され、火災監視室６の情報出力部７の表示手段（モニター等）に表示される。

火災監視室６の表示手段に表示される火災情報により、消防隊が火点への最短ルートを選択したり、火災後の調査において出火元を特定することができる。また、火点の移動した軌跡を表示したり、移動速度を計算したりすることもできるので、延焼方向を予想することもできる。さらに、火源発熱速度を特定することにより、正確な火源発熱速度が得られ、火源面積を推定したり、火源発熱速度と経過時間との関係から、火災拡大の速度を把握したりすることが可能になる。さらに、火源発熱速度や火源面積から消火に必要な散水量を推定することができる。

火災監視対象室２の天井面３には散水設備８が設置されている。散水設備８は、天井面３に縦横に所定の間隔ごとに設置される複数の散水ヘッド９と、各散水ヘッド９に設けられて各散水ヘッド９を開閉させる制御弁１０と、各散水ヘッド９に配管１１を介して給水する給水源である給水タンク１２（給水ポンプ）と、各制御弁１０の開閉動作を制御する制御部１３（制御盤）とから構成されている。

散水設備８の制御部１３も、また、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたコンピュータであり、火災監視システム１の情報処理部５からの火災情報（火点位置情報及び火源発熱速度情報）を受信し、この受信した火災情報に基づいて、複数の散水ヘッド９のうちの特定の散水ヘッド９の制御弁１０を開放させる制御を行う。

例えば、延焼方向や火災規模に応じて、延焼方向に位置する散水ヘッド９を選択してその制御弁１０を早めに開放させたり、火点を包囲するように散水ヘッド９を選択してその制御弁１０を開放させたりする制御を行う。また、火災拡大が予想以上に速い場合には、火点を多重に包囲するように散水ヘッド９を選択してその制御弁１０を開放させる制御を行う。このような制御を火災の状況に応じて行うことにより、延焼を確実に防止することができる。

本実施の形態において情報処理部５は、火点位置の特定、火源発熱速度情報を以下に示す実験式（１）を用いて算出している。なお、センサ４には温度センサを使用している。
ΔＴ_（ｒ）＝５．３８Ｑ_ｆ ^２／３／Ｈ_ｃｒ^２／３(ただし、０．１８＜ｒ／Ｈ) ……（１）
ΔＴ_（ｒ）：火源中心軸からｒ離れた位置における熱気流上昇温度（Ｋ）
Ｑ_ｆ：火源発熱速度）（ｋＷ）
Ｈ_ｃ：天井高さ（ｍ）
ｒ：火源中心軸からの距離（ｍ）
すなわち、可燃物（火源）の燃焼により発生したガスは、高温のために浮力を生じて上昇気流となり、この上昇気流は天井に衝突すると、天井に沿って同心円状に広がる熱気流となる。天井に衝突した後の熱気流の温度は、火源の中心軸からの距離ｒが大きくなるに従って減衰する。

以下、上記の実験式（１）を用いて、ランダムに配置された４つの温度センサ（センサ１〜４）から火点位置を算出する方法の一例を図２及び図３を参照しながら説明する。なお、火点位置の算出方法は、この方法に限らず他の周知の方法を用いてもよい。

まず、図２に示すように、センサ１の位置情報を（ｘ_１、ｙ_１）、温度情報を（ΔＴ_１）、センサ２の位置情報を（ｘ_２、ｙ_２）、温度情報を（ΔＴ_２）、センサ３の位置情報を（ｘ_３、ｙ_３）、温度情報を（ΔＴ_３）、センサ４の位置情報を（ｘ_４、ｙ_４）、温度情報を（ΔＴ_４）とする。

次に、図３に基づいて、火点位置の算出計算を開始する。
まず、ステップ１において、情報処理部５は、センサ１〜４の温度情報（ΔＴ_１）〜（ΔＴ_４）、位置情報（ｘ_１、ｙ_１）〜（ｘ_４、ｙ_４）を取得する。

次に、ステップ２において、火点位置（出火点）の位置情報を（ｘ_ｆ、ｙ_ｆ）と仮定し、ステップ３において、火点位置（ｘ_ｆ、ｙ_ｆ）からセンサ１までの距離ｒ_１、火点位置（ｘ_ｆ、ｙ_ｆ）からセンサ２までの距離ｒ_２、火点位置（ｘ_ｆ、ｙ_ｆ）からセンサ３までの距離ｒ_３、火点位置（ｘ_ｆ、ｙ_ｆ）からセンサ４までの距離ｒ_４の計算を行う。

次に、ステップ４において、センサ１〜４の温度情報（ΔＴ_１）〜（ΔＴ_４）とステップ３で求めたｒ_１〜ｒ_４を次式（ａ）〜（ｃ）に代入し、Σ_１、Σ_２、Σ_３を求める計算を行う。
Σ_１＝Ｘ_１−ΔＴ_２……（ａ）
（ただし、Ｘ_１＝（ｒ_１／ｒ_２）^２／３ΔＴ_１）
Σ_２＝Ｘ_２−ΔＴ_３……（ｂ）
（ただし、Ｘ_２＝（ｒ_１／ｒ_３）^２／３ΔＴ_１）
Σ_３＝Ｘ_３−ΔＴ_４……（ｃ）
（ただし、Ｘ_３＝（ｒ_１／ｒ_４）^２／３ΔＴ_１）

次に、ステップ５において、ステップ４で求めたΣ_１〜Σ_３に対して｜Σ_１｜＋｜Σ_２｜＋｜Σ_３｜の計算を行い、ステップ６において、その結果を記憶させる。そして、ステップ７において、センサ１〜４で囲まれる領域の全ての対象点について計算結果が得られた否かの判断を行う。そして、全ての対象点について計算が終了していない場合には、火点位置を再設定して、ステップ３〜ステップ６を繰り返す。全ての対象点について計算結果が得られた場合には、ステップ８において、記憶させておいたデータの中から最小値（例えば、０）を取得し、ステップ９において、この最小値を火点位置（ｘ_ｆ、ｙ_ｆ）として出力し、計算を終了する。

図４に火点位置の算出方法のシミュレーション結果の一例を示す。
このシミュレーションは、図３のステップ４において、｜Σ_１｜＋｜Σ_２｜＋｜Σ_３｜の最小値が０、すなわち、Σ_１＝０、Σ_２＝０、Σ_３＝０としたときの計算結果をプロットしたものである。上段は、センサ１〜センサ４の温度情報及び位置情報をプロットしたものであり、下段は計算結果を示したものである。「０」は、Σ_１＝０の計算結果をプロットしたもの、「１」はΣ_２＝０の計算結果をプロットしたもの、「２」はΣ_３＝０の計算結果をプロットしたものである。「０」の曲線（円）と「１」の曲線（円）と「２」の曲線（円）との交点が求める火点位置となる。

次に、火源の発熱速度情報の算出方法の一例について説明する。
すなわち、火源の発熱速度は、前述した式（１）を用い、温度センサ設置位置における熱気流温度ΔＴ_ｉ、火点から温度センサ設置位置までの距離ｒ_ｉ、及び天井高さＨ_ｃから算定することができる。
すなわち、式（１）より、火源発熱速度は、
Ｑ_ｆ＝ΔＴ_ｉ ^３／２Ｈ_ｃ ^３／２ｒ_ｉ／１２．５
で示されるので、この式に各パラメータ（熱気流温度、距離、天井高さ）を代入することにより、発熱速度（ｋＷ）が得られる（図５参照）。

次に、複数の温度センサを格子状に配置した場合の火点位置の特定方法の一例について説明する。
この場合、図６に示すように、複数の温度センサはｘ方向、ｙ方向に等間隔で設置されているものとし、ｘ方向の間隔をＤ_ｘ、ｙ方向の間隔をＤ_ｙとし、温度センサの位置情報を（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）とし、天井の高さをＨ_ｃとする。なお、Ｄ_ｘ＝Ｄ_ｙである必要はない。

まず、図７に示すように、情報処理部５は、ステップ１において、複数の温度センサから温度の一番高い温度センサ（ｘ_ｍ、ｙ_ｎ）を選定する。ここで、各温度センサが正常に作動しているか否かの判定も同時に行う。

次に、ステップ２において、温度センサ（ｘ_ｍ−１、ｙ_ｎ）と温度センサ（ｘ_ｍ＋１、ｙ_ｎ）の温度を比較して、温度の高い温度センサを選定する。例えば、温度センサ（ｘ_ｍ＋１、ｙ_ｎ）を選定する。

次に、ステップ３において、温度センサ（ｘ_ｍ、ｙ_ｎ−１）と温度センサ（ｘ_ｍ、ｙ_ｎ＋１）の温度を比較して、温度の高い温度センサを選定する。例えば、温度センサ（ｘ_ｍ、ｙ_ｎ＋１）を選定する。

次に、ステップ４において、出火エリアの特定を行う。例えば、出火エリアは、ステップ２およびステップ３より、温度センサ（ｘ_ｍ、ｙ_ｎ）、温度センサ（ｘ_ｍ、ｙ_ｎ＋１）、温度センサ（ｘ_ｍ＋１、ｙ_ｎ）、温度センサ（ｘ_ｍ＋１、ｙ_ｎ＋１）で囲まれる範囲とする。

次に、ステップ５において、温度センサ（ｘ_ｍ、ｙ_ｎ）、温度センサ（ｘ_ｍ、ｙ_ｎ＋１）、温度センサ（ｘ_ｍ＋１、ｙ_ｎ）、温度センサ（ｘ_ｍ＋１、ｙ_ｎ＋１）における温度情報及び位置情報から出火点を特定する計算を行う。

図８に示すように、火災が発生すると、温度センサ（ｘ_１、ｙ_１）、温度センサ（ｘ_２、ｙ_１）、温度センサ（ｘ_１、ｙ_２）及び温度センサ（ｘ_２、ｙ_２）の位置における熱気流温度は、火災の進展と共に上昇する。ある時間における熱気流温度をそれぞれ、ΔＴ（ｘ_１、ｙ_１）、ΔＴ（ｘ_２、ｙ_１）、ΔＴ（ｘ_１、ｙ_２）及びΔＴ（ｘ_２、ｙ_２）とする。また、温度センサの設置間隔は、ｘ方向、ｙ方向それぞれＤ_ｘ、Ｄ_ｙとする。

ここで、情報処理部５は、出火点の座標を（ｘ_ｆ、ｙ_ｆ）と仮定し、各温度センサの設置位置とのｘ方向、ｙ方向の距離をそれぞれ図８のように設定する。
すなわち、
ｄ_ｘ１＝ｘ_ｆ−ｘ_１ ……（２）
ｄ_ｘ２＝ｘ_２−ｘ_ｆ＝Ｄ_ｘ−ｄ_ｘ１ ……（３）
ｄ_ｙ１＝ｙ_ｆ−ｙ_１ ……（４）
ｄ_ｙ２＝ｙ_２−ｙ_ｆ＝Ｄ_ｙ−ｄ_ｙ１ ……（５）
また、出火点（ｘ、ｙ）から各温度センサ設置位置までの距離をそれぞれｒ_１１、ｒ_２１、ｒ_１２およびｒ_２２と仮定する。このとき、ｒ_１１、ｒ_２１、ｒ_１２およびｒ_２２は、式（２）〜（５）の関係を用いて、
ｒ_１１ ^２＝ｄ_ｘ１ ^２＋ｄ_ｙ１ ^２ ……（６）
ｒ_２１ ^２＝ｄ_ｘ２ ^２＋ｄ_ｙ１ ^２＝Ｄ_ｘ ^２−２Ｄ_ｘｄ_ｘ１＋ｄ_ｘ１ ^２＋ｄ_ｙ１ ^２
……（７）
ｒ_１２ ^２＝ｄ_ｘ１ ^２＋ｄ_ｙ２ ^２＝ｄ_ｘ１ ^２＋Ｄ_ｙ ^２−２Ｄ_ｙｄ_ｙ１＋ｄ_ｙ１ ^２
……（８）
ｒ_２２ ^２＝ｄ_ｘ２ ^２＋ｄ_ｙ２ ^２＝Ｄ_ｘ ^２−２Ｄ_ｘｄ_ｘ１＋ｄ_ｘ１ ^２＋Ｄ_ｙ ^２−２Ｄ_ｙｄ_ｙ１＋ｄ_ｙ１ ^２
……（９）
と表される。
一方、各温度と出火点から各温度センサ設置位置までの距離との関係は、式（１）に依存する。従って、ｒ_２１、ｒ_１２およびｒ_２２とｒ_１１との間には以下の関係が成り立つ。
ｒ_２１＝（ΔＴ（ｘ_１、ｙ_１）／ΔＴ（ｘ_２、ｙ_１））^３／２ｒ_１１＝α_２１ｒ_１１……（１０）
ｒ_１２＝（ΔＴ（ｘ_１、ｙ_１）／ΔＴ（ｘ_１、ｙ_２））^３／２ｒ_１１＝α_１２ｒ_１１……（１１）
ｒ_２２＝（ΔＴ（ｘ_１、ｙ_１）／ΔＴ（ｘ_２、ｙ_２））^３／２ｒ_１１＝α_２２ｒ_１１……（１２）
式（６）と（７）により、
ｒ_２１ ^２−ｒ_１１ ^２＝Ｄ_ｘ ^２−２Ｄ_ｘｄ_ｘ１……（１３）
さらに、式（１０）を式（１３）に代入してｄ_ｘ１について解くと、
ｄ_ｘ１＝（（１−α_２１ ^２）ｒ_１１ ^２＋Ｄ_ｘ ^２）／２Ｄ_ｘ……（１４）
を得る。ただし、
α_２１＝（ΔＴ（ｘ_１、ｙ_１）／ΔＴ（ｘ_２、ｙ_１））^３／２ ……（１５）
同様にして、式（６）と式（８）より、
ｒ_１２ ^２−ｒ_１１ ^２＝Ｄ_ｙ ^２−２Ｄ_ｙｄ_ｙ１……（１６）
式（１１）を式（１６）に代入してｄ_ｙ１について解くと、下式を得る。
ｄ_ｙ１＝（（１−α_１２ ^２）ｒ_１１ ^２＋Ｄ_ｙ ^２）／２Ｄ_ｙ……（１７）
但し、
α_１２＝（ΔＴ（ｘ_１、ｙ_１）／ΔＴ（ｘ_１、ｙ_２））^３／２ ……（１８）
ここで、式（１４）および式（１７）を式（６）に代入して、整理すると、
Ａｒ_１１ ^４−２Ｂｒ_１１ ^２＋Ｃ＝０ ……（１９）
を得る。ただし、
Ａ＝（１−α_２１ ^２）^２／Ｄ_ｘ ^２＋（１−α_１２ ^２）^２／Ｄ_ｙ ^２、Ｂ＝α_２１ ^２＋α_１２ ^２、Ｃ＝Ｄ_ｘ ^２＋Ｄ_ｙ ^２ ……（２０）
式（１９）より
ｒ_１１ ^２＝（Ｂ±（Ｂ^２−ＡＣ）^１／２）／Ａ ……（２１）
を得る。大きい方の解は、出火点が火炎エリアの範囲外にあることを意味する。ただし、ステップ４で火炎エリアが特定されているので、小さい方の解のみを用いればよい。すなわち、
ｒ_１１＝（（Ｂ−（Ｂ^２−ＡＣ）^１／２）／Ａ）^１／２ ……（２２）
を得る。従って、式（１５）および式（２２）より得られた値を式（１４）に代入し、式（１８）および式（２２）より得られた値を式（１７）に代入することにより、出火点を特定することができる。
なお、上記の場合、４つの温度センサを特定した後に、図２及び図３に示したように、４つの温度センサによって囲まれる領域において、火点位置を順次変えて計算を行うことにより、火点位置を特定してもよい。

なお、上記の特定法で用いた式（１）は、０．１８＜ｒ／Ｈ_ｃの範囲での使用に限られるので、火災エリアの頂点にある温度センサのうち、最高温度を示す位置の温度情報は使用しないのが望ましい。例えば、前述した図８の温度センサ設置位置（ｘ_２、ｙ_２）における温度ΔＴ（ｘ_２、ｙ_２）が最高温度を示していると仮定した場合、残る３点の温度情報および位置情報から、前述の手順に従って出火点を特定すればよい。

なお、前記の説明においては、制御部１３により散水設備８の散水ヘッド９の制御弁１０の開閉動作を制御するように構成したが、火災監視対象室２の天井面３に排煙設備を設け、この排煙設備の排煙開始、排煙停止の動作を制御部１３によって制御してもよいし、火災監視対象室２の区画壁に設置される防火扉等の防火設備の開閉動作を制御部１３によって制御してもよい。

本発明による火災監視システムの全体を示した概略図である。温度センサと出火点との関係を示した説明図である。火点位置の算出方法の一例を示したフロー図である。図３の火点位置の算出方法により得られたシミュレーション結果の一例を示した説明図である。図３の火点位置の算出方法により特定された火点位置情報に基づいて算出した火源発熱速度の説明図である。格子状に配置された温度センサの位置情報及び天井の高さを示した説明図である。図６に示す温度センサを用いて出火点を特定する方法の一例を示したフロー図である。図６に示す温度センサと出火位置との関係を示した説明図である。

符号の説明

１火災監視システム
２火災監視対象室
３天井面
４センサ
５情報処理部
６火災監視室
７情報出力部
８散水設備
９散水ヘッド
１０制御弁
１１配管
１２給水タンク
１３制御部

Claims

火災監視対象室の天井面に設置され、火災の発生時に前記火災監視対象室の温度情報を検出して出力する複数のセンサと、各センサから出力される温度情報を受信し、この温度情報と予め記憶させておいた各センサの位置情報とに基づいて火点位置を算出し特定する情報処理部とを備えており、
前記情報処理部は、
各センサの前記温度情報、及び、前記位置情報を取得し、
次に、前記火点位置の位置情報を仮定し、
次に、前記火点位置から第１のセンサまでの距離ｒ _１、前記火点位置から第２のセンサまでの距離ｒ _２、前記火点位置から第３のセンサ３までの距離ｒ _３、前記火点位置から第４のセンサまでの距離ｒ _４の計算を行い、
次に、第１のセンサの温度情報ΔＴ _１、第２のセンサの温度情報ΔＴ _２、第３のセンサの温度情報ΔＴ _３、第４のセンサの温度情報ΔＴ _４、及び、前記ｒ _１〜ｒ _４を次式（ａ）〜（ｃ）に代入して、Σ _１、Σ _２、Σ _３を求める計算を行い、
Σ _１＝Ｘ _１ −ΔＴ _２ ……（ａ）
Σ _２＝Ｘ _２ −ΔＴ _３ ……（ｂ）
Σ _３＝Ｘ _３ −ΔＴ _４ ……（ｃ）、
ただし、前記Ｘ _１は、
火源発熱速度、天井高さ、及び、火源中心軸からの距離ｒを用いて火源中心軸から距離ｒ離れた位置における熱気流上昇温度を求める実験式、
前記距離ｒ _１、
前記距離ｒ _２、及び、
前記温度情報ΔＴ _１、を用いて算出される、前記第２のセンサの温度情報であり、
前記Ｘ _２は、
前記実験式、前記距離ｒ _１、前記距離ｒ _３、及び、前記温度情報ΔＴ _１、を用いて算出される、前記第３のセンサの温度情報であり、
前記Ｘ _３は、
前記実験式、前記距離ｒ _１、前記距離ｒ _４、及び、前記温度情報ΔＴ _１、を用いて算出される、前記第４のセンサの温度情報である、
次に、｜Σ _１｜＋｜Σ _２｜＋｜Σ _３｜の計算を行い、
前記｜Σ _１｜＋｜Σ _２｜＋｜Σ _３｜が最小となる位置を、前記火点位置として出力することを特徴とする火災監視システム。
前記情報処理部は、前記センサから出力される火災情報と、予め記憶させておいた各センサの位置情報と、火災監視対象室の天井面の高さと、前記特定した火点位置情報とに基づいて、火源発熱速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の火災監視システム。
前記情報処理部から出力される火点位置情報又は火源発熱速度情報を受信し、この受信した情報に基づいて、前記火災監視対象室の天井面に設置される散水設備、排煙設備、及び火災監視対象室の区画壁に設置される防火設備の作動を制御する制御部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の火災監視システム。
前記散水設備は、前記火災監視対象室の天井面に設置される複数の散水ヘッドと、各散水ヘッドを開閉させる制御弁とからなり、各制御弁の開閉動作を前記制御部によって制御することを特徴とする請求項３に記載の火災監視システム。
前記制御部は、前記火災監視対象室から遠隔した位置に配置される火災監視室に設置され、該火災監視室において前記制御部に出力される前記センサからの火災情報、前記センサの位置情報、前記特定した火点位置情報、前記火源発熱速度情報、前記散水設備の作動情報、前記排煙設備の作動情報、及び前記防火設備の作動情報を遠隔監視することを特徴とする請求項４に記載の火災監視システム。