Мультисенсорные возможности для предотвращения ложной тревоги

Достаточно широко известно, что мультисенсорные устройства могут помочь сократить количество ложных срабатываний пожарной сигнализации по сравнению со стандартными оптическими детекторами дыма, при этом обеспечивая раннее обнаружение возгорания. На сегодняшний день завершено исследование по изучению различных типов доступных мультисенсорных детекторов, их способности обнаруживать различные виды пожара и сопротивляемость к распространенным причинам ложного срабатывания пожарной сигнализации.

Краткое содержание предыдущей работы

В предыдущих исследованиях было выдвинуто предположение, что более широкое использование мультисенсорных датчиков может значительно сократить количество ложных срабатываний. Эти детекторы обеспечивают значительные преимущества по сравнению с детекторами дыма с одним датчиком, так как в них для более надежного обнаружения признаков пожара используются как минимум два разных датчика. 

В самом последнем исследовании, краткое изложение которого можно найти в выпуске 2 UK Fire, было выявлено, что наличие нескольких датчиков могло бы предотвратить до 38,1 % зарегистрированных ложных тревог. В исследовании представлено 35 рекомендаций по сокращению количества ложных срабатываний, в одной из которых признавалось, что для выявления возможностей изменения функционала мультисенсорных устройств необходима дальнейшая исследовательская работа.

Торговая ассоциация производителей систем пожаротушения, Научно-исследовательский институт по строительству Великобритании (BRE) и 12 компаний-производителей детекторов согласились поддержать исследование по изучению мультисенсорных детекторов, представленных в данной статье.

Типы мультисенсорных устройств

С одной стороны, самые простые типы конструкции мультисенсорного измерительного устройства обеспечивают лишь незначительное улучшение реакции на дым при обнаружении теплового признака. С другой – очень сложные устройства выполняют множество интеллектуальных функций, иногда используя несколько датчиков для выявления и игнорирования ложных сигналов тревоги. Очевидно, что при таких различиях в рабочих характеристиках способность устройств обнаруживать пожар и отклонять источники ложной тревоги также будет варьироваться в зависимости от уровня сложности.

Среди множества типов мультисенсорных устройств преобладающим является оптическое тепловое мультисенсорное устройство, использующее оптическую дымовую камеру и один или несколько тепловых датчиков. Крайне необходимы надлежащие рекомендации по выбору и использованию мультисенсорных устройств, поэтому это исследование было сосредоточено на оптических тепловых мультисенсорных устройствах, конструкция которых, как минимум, содержит один датчик дыма и один датчик тепла.

Тридцать пять мультисенсорных устройств от 12 производителей детекторов были классифицированы как базовые, промежуточные или продвинутые в зависимости от их сложности; в этом исследовании использовались 12 базовых, 12 промежуточных и 11 расширенных образцов. Большинство отобранных образцов – промышленные модели, некоторые являются мультисенсорными системами сигнализации. Хотя эти устройства соответствуют действующим стандартам, они не претендуют на соответствие последнему стандарту EN 54-29.

Пожарные испытания

Ожидается, что качественное мультисенсорное устройство будет реагировать на широкий спектр пожаров, более сложных, чем тестовые пожары TF2, TF3, TF4 и TF5, используемые в стандарте на проведение испытаний EN 54-7 для детекторов дыма. Поэтому для испытания этой технологии также использовались два дополнительных испытательных пожара по стандарту EN 54-29 для мультисенсорных датчиков и четыре дополнительных испытательных пожара, разработанных BRE.

Новые пожары включали пылающий огонь с использованием ДВП и огнестойкого пенополиуретана (ПУ), которые выделяют тепло без большого количества дыма, и тлеющий огонь с использованием огнестойкого пенополиуретана и АБС, которые производят больше дыма без большого количества тепла. Эти пожары приводят к тому, что на одном из датчиков генерируется сигнал низкого уровня для демонстрации способности мультисенсорного устройства распознать пожар и отличить его от ложной тревоги, такой как подгоревший тост, который также может давать сигнал низкого уровня для теплового датчика.

Как видно из рисунка 1, были получены испытательные пожары, выходящие за пределы существующих испытательных пожаров стандарта EN 54-7.

Испытания на ложное срабатывание

Десять типов ложных срабатываний были детально изучены с целью разработки или использования существующих методов для проверки продукции на эти распространенные типы ложной тревоги. Одна из задач исследования состояла в том, чтобы определить, должны ли испытания на ложное срабатывание точно повторять реальные условия, или же акцент должен быть сделан на повторяемость теста. Такой подход при многократном тестировании, как правило, дает широкий спектр откликов для одного и того же детектора и поэтому не может использоваться для сравнительного изучения разных детекторов.

Были рассмотрены методы испытаний для всех десяти типов ложных тревог, а также изучен вопрос разработки пяти типов испытаний на ложное срабатывание, а именно: долговременное накопление пыли, конденсация, сигаретный дым, синтетический дым и проникновение насекомых.

Разработка подходящих методов испытаний на ложное срабатывание несколько отличалась от реальных условий, например, вместо пара использовался водяной туман. Однако это были повторяемые испытания, которые наиболее точно повторяли процессы ложной тревоги. В этом исследовании использовались пять испытаний на ложное срабатывание: аэрозоль, кратковременные тесты на проникновение пыли и водяного тумана, разработанные Университетом Дуйсбурга, и тесты с приготовлением чипсов и тостов, разработанные BRE Global Ltd. Пожарные испытания, испытания со сгоревшим тостом и приготовлением пищи проводились в помещении для огневых испытаний по стандарту BRE EN 54-7 (рисунок 2).

Рисунок 2. Тип детектора

Результаты пожарных испытаний

Для устройств с одинаковой чувствительностью и в одной и той же категории наблюдался широкий диапазон реакций, что может быть связано с различными подходами, которые производители использовали при разработке детекторов. Например, некоторые производители уменьшали чувствительность обнаружения, чтобы уменьшить количество ложных срабатываний, в то время как другие использовали сложные алгоритмы для анализа признаков тепла и дыма. Можно было ожидать, что высокочувствительные детекторы будут реагировать в среднем быстрее, чем детекторы средней чувствительности, которые, в свою очередь, будут реагировать быстрее, чем детекторы с низкой чувствительностью. 

Мультисенсорные датчики, определяемые как устройства «базовой» категории, продемонстрировали самый широкий отклик на семь из десяти испытаний на чувствительность к пожару. Это свидетельствует о том, что вариативность «базовых» устройств значительно выше, чем устройств, классифицированных как «промежуточные» или «продвинутые».

Для дополнительных пожарных испытаний были применены предельные значения, равные y = 6 и m = 2 дБ/м в соответствии со стандартами серии EN 54. Достижение уровня срабатывания устройства, превышающего их, считалось отказом. Мультисенсорные датчики и оптические детекторы дыма имели одинаковый процент успешного прохождения испытаний — около 90 % для всех детекторов во всех испытательных пожарах. 

В общем, эталонные бытовые оптические сигнализаторы дыма срабатывали первыми при испытательных пожарах, а мультисенсорные датчики и эталонные промышленные оптические детекторы дыма срабатывали значительно позже в смешанном порядке. Процент успешного прохождения испытаний по базовой, промежуточной и продвинутой категориям составил 90 %, 85 % и 92 % соответственно.

Хотя эффективность мультисенсорных датчиков во время пожарных испытаний оказалась аналогичной детекторам дыма с одним датчиком, испытания на ложное срабатывание должны были продемонстрировать преимущества мультисенсорных устройств.

Рисунок 3. Испытания на ложное срабатывание

Результаты испытаний на ложное срабатывание

В среднем мультисенсорные детекторы реагировали во всех пяти проведенных испытаниях на ложное срабатывание. Несмотря на то, что это отличный результат для демонстрации задержки отклика мультисенсорных детекторов на ложные тревоги, испытание на ложное срабатывание с использованием тоста дополнительно демонстрирует преимущества мультисенсорных устройств. 

Во время испытания с использованием тоста мультисенсорные детекторы обычно активировались примерно через 40 секунд после детекторов дыма, но примерно за 60 секунд до воспламенения тоста. Этот результат демонстрирует, что задержка отклика дает больше времени, чтобы предотвратить пожар. Но при этом мультисенсорное устройство реагирует прежде, чем возникает пожар.

Реакция отдельных устройств, а также детекторов средней категории были нанесены на график. На рисунке 3 показаны результаты испытания с водяным туманом для всех мультисенсорных и эталонных устройств обнаружения дыма.

Бытовой сигнализатор дыма вначале демонстрировал слабое сопротивление ложной тревоге, возникающей из-за воздействия водяного тумана. Базовые мультисенсорные устройства и промышленные детекторы дыма имели аналогичные показатели, но в среднем устройства промежуточной и продвинутой категорий продемонстрировали увеличение сопротивления во время этого испытания. 

В целом, во время испытаний на ложное срабатывание, реагировали, начиная с самых быстрых, бытовые детекторы дыма, промышленные детекторы дыма, базовые, промежуточные, а затем продвинутые мультисенсорные устройства. Повышенная устойчивость к явлениям ложной тревоги, наблюдаемая для мультисенсорных устройств в «продвинутой» категории, указывает на эффективность конструктивных особенностей продукта, направленных на повышение сопротивления ложной тревоге.

На рисунке 3 средняя реакция мультисенсорных устройств была приведена к средней реакции оптических извещателей дыма для каждого из испытаний на ложное срабатывание. Во время каждого из пяти испытаний на ложное срабатывание мультисенсорные детекторы в среднем срабатывали, когда присутствовала более высокая концентрация дыма по сравнению с эталонными односенсорными детекторами.

Выводы

Источники ложной тревоги в большинстве случаев, как правило, присутствуют в течение ограниченного периода перед рассеиванием, например, пар из душевой комнаты.

Пожары, напротив, обычно имеют тенденцию развиваться с увеличением концентрации дыма и тепла и продолжают постепенно разрастаться.

Во время испытаний на ложное срабатывание было обнаружено, что мультисенсорные устройства реагировали в среднем намного позже, чем оптические детекторы дыма с одним датчиком. Эта задержка срабатывания дает время, чтобы временные источники ложной тревоги исчезли до того, как будет достигнут порог пожарной сигнализации мультисенсорного детектора, что позволяет избежать нежелательных сигналов. У жильцов здания так же есть больше времени, чтобы обнаружить и отреагировать на источник ложной тревоги, прежде чем сработает пожарная сигнализация.

Маловероятно, что использование мультисенсорных устройств устранит все 38,1 % ложных тревог, о которых сообщалось ранее, но дополнительная задержка срабатывания может предотвратить перерастание значительного количества этих событий в ложную тревогу.

Процент успешного прохождения испытаний для мультисенсорных и оптических детекторов дыма в десяти тестовых пожарах был схожим, но во всех пяти испытаниях на ложное срабатывание мультисенсорные детекторы обычно срабатывали после эталонных извещателей. В среднем устойчивость к ложной тревоге возрастала с увеличением сложности детектора, при этом детекторы «продвинутой» категории демонстрировали наибольшее сопротивление. 

Как и ожидалось, мультисенсорные устройства, настроенные на более низкую чувствительность, срабатывали позже при испытательных пожарах и испытаниях на ложное срабатывание. Было обнаружено, что базовые мультисенсорные устройства имеют наибольшую вариабельность реакции при пожарных испытаниях, причем одни из них срабатывают первыми, а другие – ближе к концу испытания.

Исследование показало, что использование мультисенсорной технологии имеет потенциал для сокращения количества некоторых типов часто встречающихся ложных срабатываний. Однако степень, в которой это может быть реализовано, зависит от конкретной реализации функций, разработанных для улучшения защиты от ложной тревоги. Не следует полагать, что использование любого мультисенсорного детектора будет существенно влиять на частоту ложных срабатываний от каждого похожего на пожар явления.

Дальнейшая работа

Это исследование показало возможность и относительную простоту создания стандарта продукта, который позволил бы классифицировать мультисенсорные детекторы в соответствии с их устойчивостью к определенным, часто встречающимся явлениям, которые приводят к нежелательным сигналам тревоги. Исходя из этого, технические нормы, такие как BS 5839-1 (или вспомогательный опубликованный документ), могут обеспечивать пользователей рекомендациями по выбору мультисенсорных устройств для конкретного применения.