基于紅外線熱像技術(shù)的火災(zāi)現(xiàn)場勘察平臺

摘要：火災(zāi)現(xiàn)場勘察的目的包括查明起火原因和火災(zāi)性質(zhì)，查明火災(zāi)所造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡情況，根據(jù)法律法規(guī)對火災(zāi)責(zé)任者進(jìn)行處理，對研究火源產(chǎn)生的原因、火災(zāi)發(fā)生的規(guī)律、火災(zāi)預(yù)防和救援工作提供可靠的理論依據(jù)。利用現(xiàn)代化的技術(shù)手段最大限度地降低火災(zāi)發(fā)生的概率，對于社會的和諧穩(wěn)定和人民生命財(cái)產(chǎn)安全都有非常重要的作用。隨著城市化的持續(xù)發(fā)展，人口密度不斷增加，用電設(shè)備越來越復(fù)雜，火災(zāi)隱患也隨之上升，同時(shí)造成的危害也越來越大。因此，對于火災(zāi)的防范就成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，文章中對基于紅外線熱像技術(shù)的火災(zāi)現(xiàn)場勘察平臺設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：紅外線；熱像技術(shù)；火災(zāi)現(xiàn)場；勘察

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.03.031

中圖分類號：TP 274.52，TM 507" " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）03-00-03

Fire Scene Survey Platform Based on Infrared Thermal Imaging Technology

SHEN Wei

（Jinan Zhangqiu District Fire Rescue Brigade， Jinan 250200， China）

Abstract： The purpose of fire site investigation is to find out the cause and nature of the fire， the economic losses and casualties caused by the fire， deal with the person responsible for the fire according to laws and regulations， provide reliable theoretical basis for studying the cause of the fire， the law of fire occurrence， fire prevention and rescue work， and use modern technical means to minimize the probability of fire occurrence， It plays a very important role in social harmony and stability and the safety of people's lives and property. With the continuous development of urbanization， the population density is increasing， the electrical equipment is becoming more and more complex， and the fire hazard is also rising， and the harm is also increasing. Therefore， fire prevention has become the focus of attention. In view of this， this paper makes a detailed analysis of the design of fire scene investigation platform based on infrared thermal imaging technology.

Key words： infrared ray; thermal imaging technology; scene of the fire; survey

紅外熱成像技術(shù)（Infrared thermography）可以通過光電技術(shù)對火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行檢測，并將其轉(zhuǎn)化為直觀的圖像，便于消防監(jiān)督單位掌握火災(zāi)現(xiàn)場溫度分布情況，對火災(zāi)現(xiàn)場勘驗(yàn)進(jìn)行更加全面、準(zhǔn)確的分析。

1" 紅外熱成像技術(shù)特性評價(jià)

借助現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)對火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行勘察，可以尋找火災(zāi)原因，為火災(zāi)的有效防范提供理論依據(jù)。紅外熱成像技術(shù)主要工作原理是，利用光電技術(shù)檢測物體熱輻射的紅外線信號，并將其轉(zhuǎn)換成圖像更加直觀地顯示出來。物體由于自身溫度會產(chǎn)生電磁波，并且隨著溫度的變化，電磁波輻射強(qiáng)度和波長分布會發(fā)生改變，紅外熱成像技術(shù)可以檢測到0.75～1000 μm的紅外線波段，而人類肉眼可識別的電磁波段為0.4～0.75 μm，無法識別紅外線電磁波段。利用紅外熱成像儀拍攝物體的圖像，熱輻射較強(qiáng)的部位就會呈現(xiàn)出高亮度，而熱輻射低的部位相對較暗。因此，可以通過紅外線熱成像技術(shù)讓人們看到物體表面溫度的分布情況，該技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、火災(zāi)勘察等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用[1]。紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用如圖1所示。

從圖1可以看到，溫度較高的區(qū)域火災(zāi)現(xiàn)場勘察是消防機(jī)構(gòu)在法律規(guī)定的范圍內(nèi)通過現(xiàn)代化的科學(xué)手段，對火災(zāi)現(xiàn)場有關(guān)的場所、物體、痕跡等進(jìn)行實(shí)地查找、勘驗(yàn)、鑒別，提取出能夠證明起火原因、火災(zāi)性質(zhì)和火災(zāi)責(zé)任的痕跡物證的過程。在現(xiàn)場勘察過程中需要確定起火原因和起火部位，根據(jù)可燃物種類進(jìn)行分析，獲取能夠證明起火部位的證據(jù)，尋找火源的位置，分析火源與起火點(diǎn)的位置關(guān)系，確定其位置是否發(fā)生移動，分析火源來歷和作用時(shí)間，以及火源的痕跡。勘察過程中不僅需要進(jìn)行大量的取證和調(diào)查，而且還要排查多種干擾因素，分析是否存在外來火源，從火場外圍不同方位和不同角度，按照從外向內(nèi)、從上到下、從地面到地下的順序進(jìn)行勘察。火災(zāi)現(xiàn)場勘察的準(zhǔn)確性直接影響后續(xù)火災(zāi)原因的調(diào)查，使用現(xiàn)代化的技術(shù)手段提升火災(zāi)現(xiàn)場勘察的準(zhǔn)確性已經(jīng)成為大勢所趨[2]。

早期紅外熱成像技術(shù)常用于森林火災(zāi)防范過程中，相較于傳統(tǒng)煙感器，紅外熱成像儀應(yīng)用于防火可以實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警，在起火前的積熱階段即可發(fā)現(xiàn)高溫點(diǎn)并報(bào)警。1975年加拿大林業(yè)學(xué)院使用熱成像技術(shù)進(jìn)行森林防火試驗(yàn)，森林火災(zāi)在發(fā)生自燃的過程中，物體內(nèi)部的溫度會發(fā)生明顯變化，通過熱成像設(shè)備可以在巡邏過程中對森林火災(zāi)隱患較大的區(qū)域進(jìn)行全天候、遠(yuǎn)距離、寬范圍的實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過分析溫度變化及時(shí)制定火災(zāi)防范措施，最大限度地降低火災(zāi)造成的損失。我國對于紅外線熱成像技術(shù)的研究起步較晚，在20世紀(jì)80年代初期，我國將熱成像技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，主要是對電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行過熱檢查，降低設(shè)備故障率。直至20世紀(jì)80年代末，紅外熱成像技術(shù)開始應(yīng)用于火災(zāi)預(yù)防和調(diào)查當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)隱患的準(zhǔn)確定位和有效預(yù)防[3]。

2" 勘察平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

紅外線熱成像技術(shù)在火災(zāi)現(xiàn)場勘察中的應(yīng)用，主要是利用0.75～1000 μm紅外線波段，紅外線能夠使被照射的物體表面溫度上升，具有明顯的熱效應(yīng)。當(dāng)自然界的物體溫度高于絕對零度時(shí)，物體會向周圍發(fā)出熱輻射，火災(zāi)燃燒的溫度在227℃以上，輻射峰值會從長波紅外轉(zhuǎn)移到中波紅外，當(dāng)檢測目標(biāo)物的溫度在227～927℃時(shí)，紅外線熱成像技術(shù)可以利用該波段，將溫度信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸至電子處理模塊，得到與檢測物體表面熱力分布場相對應(yīng)的紅外熱像圖。紅外熱成像技術(shù)將物體的熱輻射能量分布信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，其中核心部件是熱成像儀，該儀器具備高度靈敏的熱輻射紅外傳感器以及智能色彩顯示設(shè)備，能夠生成高圖像。低溫物體在熱成像儀中顯示為白色至灰色的漸變分布，當(dāng)物體表面發(fā)生燃燒并且溫度達(dá)到371℃時(shí)，會呈現(xiàn)黃色，當(dāng)物體表面溫度達(dá)到482℃時(shí)，會呈現(xiàn)紅色，紅外線傳感器采集檢測物體的圖像信息，然后上傳至計(jì)算機(jī)控制中心進(jìn)行管控處理。本文研究的基于紅外線熱成像技術(shù)的火災(zāi)現(xiàn)場勘察平臺，使用的熱成像儀具有對比度自動調(diào)節(jié)功能，使燃燒物熱成像圖除可燃物周圍可見區(qū)域呈現(xiàn)顏色分布外，其他均由于未輻射而被量化為黑色[4]。下面就對基于紅外線熱成像技術(shù)的火災(zāi)現(xiàn)場勘察平臺設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 紅外熱像儀

圖像處理技術(shù)的發(fā)展為火災(zāi)現(xiàn)場勘察開辟了發(fā)展空間。紅外熱像儀利用物體熱輻射能量生成溫度分布圖像，不受環(huán)境因素的影響能夠全天候不間斷地進(jìn)行火災(zāi)現(xiàn)場勘察工作，配合偽彩色和數(shù)字增強(qiáng)技術(shù)提升圖片顯示效果。偽彩色（Pseudo-color）是指圖像暗部出現(xiàn)的噪點(diǎn)和彩色條紋，常用在圖像分析中，不僅可以將黑白熱圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖像，進(jìn)一步增強(qiáng)圖像的對比度，而且還可以幫助消防人員更加直觀地了解火災(zāi)現(xiàn)場的溫度信息，快速確定火災(zāi)發(fā)生的區(qū)域和火勢發(fā)展軌跡。通過數(shù)字增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，可以進(jìn)一步提升紅外線熱成像的細(xì)節(jié)分辨能力，幫助消防人員精準(zhǔn)判斷火源及其他高溫目標(biāo)。

2.2 可見光高清相機(jī)

可見光高清相機(jī)的核心結(jié)構(gòu)是紅外線成像器，它收集0.75～1000 μm的紅外線波段信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號，然后組織該信息以渲染圖像和視頻流。可見光高清相機(jī)可以很好適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境，減弱霧霾、雨雪等惡劣天氣對可見光成像的影響，對于火災(zāi)現(xiàn)場煙霧干擾也有很好的適應(yīng)效果。

2.3 前端設(shè)備

基于紅外線熱成像技術(shù)的火災(zāi)現(xiàn)場勘察平臺，前端由采集定位系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、設(shè)備防盜監(jiān)控系統(tǒng)、避雷接地系統(tǒng)、智能太陽能供電系統(tǒng)等組成，中繼由無線網(wǎng)橋、無線傳輸網(wǎng)、智能太陽能供電系統(tǒng)、避雷接地系統(tǒng)等組成，中心控制設(shè)備終端由網(wǎng)絡(luò)視頻管理系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、火災(zāi)識別報(bào)警系統(tǒng)、短信發(fā)布平臺、傳輸系統(tǒng)等組成[5]。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸

基于紅外線熱成像技術(shù)的火災(zāi)現(xiàn)場勘察平臺借助無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，在圖像信息傳輸過程中，利用無線通信信道技術(shù)對紅外熱成像進(jìn)行編碼壓縮處理，并且通過無線網(wǎng)絡(luò)對紅外熱成像儀采集到的數(shù)據(jù)信息和方位信息進(jìn)行傳輸。

3" 紅外線熱成像技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

火災(zāi)現(xiàn)場勘察是消防人員運(yùn)用現(xiàn)代化的技術(shù)及科學(xué)的方法，對火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行火災(zāi)分析、火源查明和責(zé)任判定，需要消防人員仔細(xì)檢查火災(zāi)現(xiàn)場的每一處細(xì)節(jié)，了解火災(zāi)的發(fā)展情況，并且對現(xiàn)場的每一現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查、觀察、檢驗(yàn)、比較、分析和判斷，查明火災(zāi)原因，核定火災(zāi)損失，認(rèn)定火災(zāi)責(zé)任和處理火災(zāi)責(zé)任者的過程。隨著紅外線熱成像技術(shù)的不斷發(fā)展和日趨成熟，其應(yīng)用范圍越來越廣，在火災(zāi)調(diào)查中發(fā)揮著重要作用。紅外線熱成像技術(shù)利用了人類肉眼無法識別的紅外線波段，可以更加準(zhǔn)確地還原物體的溫度分布情況，在火災(zāi)現(xiàn)場勘察過程中能夠節(jié)省大量的人力物力，降低火災(zāi)調(diào)查成本，提升火災(zāi)現(xiàn)場勘察的準(zhǔn)確性和安全性。下面對基于紅外線熱成像技術(shù)在火災(zāi)現(xiàn)場勘察平臺中的技術(shù)優(yōu)勢進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1 火災(zāi)現(xiàn)場勘察的成本控制

紅外熱成像技術(shù)在火災(zāi)現(xiàn)場勘察中的應(yīng)用，可以通過采集現(xiàn)場的紅外線電磁波，呈現(xiàn)出燃燒過程中的溫度分布圖像。相較于傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場勘驗(yàn)，能夠有效降低人力和物力投入，并且紅外線熱成像技術(shù)不受煙霧影響，在復(fù)雜工作環(huán)境下同樣可以進(jìn)行調(diào)查取證，極大縮短了火災(zāi)現(xiàn)場勘察的時(shí)間，為下一步火災(zāi)隱患防范提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

3.2 火災(zāi)現(xiàn)場勘察的精準(zhǔn)確定性

紅外線熱成像技術(shù)可以通過物體溫度的分布情況，確定火源和起火點(diǎn)的位置關(guān)系，幫助消防單位了解火災(zāi)發(fā)生的原因。

3.3 適用于各種復(fù)雜環(huán)境

紅外熱成像技術(shù)能夠檢測到0.75～1000 μm的紅外線波段信息，不受復(fù)雜環(huán)境因素的干擾，應(yīng)用范圍廣，在一些極端環(huán)境中，可見光波長較短，常規(guī)檢測設(shè)備無法正常工作。紅外熱成像設(shè)備可以克服各種干擾，穿透煙霧、雨雪能力較高，能夠進(jìn)行正常的火災(zāi)現(xiàn)場勘察工作。

3.4 遠(yuǎn)程調(diào)查和分析

基于紅外線熱成像技術(shù)的火災(zāi)現(xiàn)場勘察平臺可以將現(xiàn)場勘察到的各種數(shù)據(jù)信息遠(yuǎn)程傳輸給消防機(jī)構(gòu)的控制中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)查分析。在數(shù)據(jù)傳輸過程中利用數(shù)據(jù)壓縮處理技術(shù)、無線通信技術(shù)和定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場圖像的實(shí)時(shí)傳輸。通過遠(yuǎn)程協(xié)助調(diào)查，可以打破時(shí)間和空間上的限制，更加高效和準(zhǔn)確地完成火災(zāi)現(xiàn)場勘察工作。尤其是對于一些規(guī)模較大的火災(zāi)，基于紅外線熱成像技術(shù)的火災(zāi)現(xiàn)場勘察平臺還可以實(shí)現(xiàn)跨部門的協(xié)同合作，調(diào)動一切有效資源進(jìn)行火災(zāi)現(xiàn)場勘察工作，為制定火災(zāi)隱患的防范措施提供有力支撐。

基于紅外線熱成像技術(shù)的火災(zāi)現(xiàn)場勘察平臺，支持具有遠(yuǎn)程教學(xué)指導(dǎo)功能和火災(zāi)現(xiàn)場情況登記功能的火災(zāi)調(diào)查專家遠(yuǎn)程會診系統(tǒng)，可在勘驗(yàn)火災(zāi)現(xiàn)場時(shí)，通過遠(yuǎn)程專家與現(xiàn)場火調(diào)人員的多種信息實(shí)時(shí)交互，支撐現(xiàn)場調(diào)查取證工作。該平臺包含蔓延痕跡勘驗(yàn)學(xué)習(xí)模塊和電氣痕跡勘驗(yàn)學(xué)習(xí)模塊的火災(zāi)調(diào)查自學(xué)VR模塊，適用于火災(zāi)調(diào)查集中培訓(xùn)及考核，或在有專門講師現(xiàn)場講解時(shí)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)秀代入感，使學(xué)員充分了解火災(zāi)現(xiàn)場勘驗(yàn)工作的步驟、方法等技術(shù)細(xì)節(jié)。火災(zāi)現(xiàn)場起火部位輔助識別系統(tǒng)針對火災(zāi)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)缺乏的基層火調(diào)人員而研發(fā)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場制圖的簡便化、規(guī)范化和立體化，解決以往火災(zāi)現(xiàn)場制圖效率低、質(zhì)量差、不規(guī)范問題，可提高基層火災(zāi)調(diào)查人員的專業(yè)技術(shù)水平、火災(zāi)現(xiàn)場勘驗(yàn)處置能力和工作效率。

4" 結(jié)束語

綜上所述，火災(zāi)是人類社會發(fā)展過程中出現(xiàn)頻率最高、造成危害最大、影響范圍最廣的一種事故災(zāi)害。火災(zāi)的發(fā)生具有突發(fā)性，發(fā)生過程蔓延速度快，如果不及時(shí)進(jìn)行控制，將會造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，在火災(zāi)防范過程中需要減少引發(fā)火災(zāi)隱患的因素，做到防患于未然。這就需要消防單位對火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行準(zhǔn)確定性。傳統(tǒng)的人工勘察不僅需要耗費(fèi)大量的人力物力，而且火災(zāi)調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性不高，無法應(yīng)對一些復(fù)雜的火災(zāi)現(xiàn)場。紅外熱成像技術(shù)利用紅外線電磁波檢測物體溫度的分布情況，對火災(zāi)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)，現(xiàn)場勘察效果更準(zhǔn)確，能夠滿足火災(zāi)現(xiàn)場調(diào)查的需求，對于火災(zāi)隱患的防范和人民財(cái)產(chǎn)的安全保護(hù)具有非常重要的作用。■

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