摘要：現(xiàn)代建筑火災(zāi)撲救中，消防救援人員面臨著救人、滅火、識(shí)險(xiǎn)、避險(xiǎn)等工作任務(wù)艱巨，紅外熱成像儀作為一種高效工具，能夠有效輔助滅火救援行動(dòng)，提高行動(dòng)效率和安全性。分析了消防救援用紅外熱成像儀的原理及優(yōu)勢，明確了使用紅外熱成像儀在輔助執(zhí)行搜尋被困人員、快速定位火源、評(píng)估火場態(tài)勢和輔助射流滅火等任務(wù)場景，總結(jié)了應(yīng)用模式的選擇方法，提出了在使用過程中需注意的關(guān)鍵點(diǎn)，包括測量位置要求、圖像顯示相對(duì)性、紅外線反射和穿透率的影響以及視野限制的影響，旨在為紅外熱成像儀在消防救援隊(duì)伍建筑火災(zāi)撲救實(shí)戰(zhàn)中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：紅外熱成像；建筑火災(zāi)撲救；人員搜救；火場評(píng)估

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間密閉、火災(zāi)荷載大，在火災(zāi)撲救過程中，被困人員搜救、火點(diǎn)尋找、火勢評(píng)估和戰(zhàn)斗部署等任務(wù)艱巨，消防救援人員的行動(dòng)安全也面臨著巨大挑戰(zhàn)。隨著科技的不斷發(fā)展，消防救援裝備正經(jīng)歷著日新月異的變革，各種數(shù)字化、智能化裝備逐漸成為提升消防救援行動(dòng)效率的尖兵利器，其中紅外熱成像儀因具有非接觸式、實(shí)時(shí)監(jiān)測、高分辨率、多光譜成像等特點(diǎn)，在人員搜救、火勢控制、作戰(zhàn)安全等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

1 紅外熱成像儀使用原理及優(yōu)勢

1.1" 紅外熱成像儀基本原理

紅外熱成像儀是一種利用紅外輻射原理生成物體表面溫度分布圖像的設(shè)備，一般由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器、信號(hào)處理電路、顯示系統(tǒng)等幾個(gè)部分構(gòu)成，紅外探測器作為紅外熱成像系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)將紅外輻射轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

當(dāng)物體的溫度越高，其內(nèi)部能量越高，向外輻射的紅外線能量隨之增強(qiáng)，紅外熱成像儀通過接收環(huán)境中的紅外線信號(hào)，能夠形成直觀圖像，相對(duì)高溫部分以“白熱”顯示，相對(duì)低溫部分則以“黑冷”呈現(xiàn)。使用時(shí)還可以根據(jù)需要更換應(yīng)用模式，將“熱力”色彩展示，提高執(zhí)行任務(wù)的效率。

1.2" 紅外熱成像儀用于建筑火災(zāi)撲救的優(yōu)勢

非接觸式測溫與成像。紅外熱成像儀可以在不與被測物直接接觸的情況下，直接接收被測物發(fā)射出的紅外線，從而達(dá)到對(duì)被測物的非接觸檢測與成像。這種特性使消防救援人員能夠在不深入火場的前提下，迅速、精確地探測火源的具體位置及規(guī)模[1]。

動(dòng)態(tài)監(jiān)測與實(shí)時(shí)反饋。紅外熱成像儀具備高溫動(dòng)態(tài)監(jiān)測和實(shí)時(shí)反饋的能力，這使其能夠連續(xù)跟蹤火源的變化，并及時(shí)提供溫度數(shù)據(jù)和圖像信息。在火災(zāi)撲救過程中，消防救援人員可以通過紅外熱成像儀實(shí)時(shí)觀察火勢的發(fā)展情況。同時(shí)，紅外熱成像儀還能夠提供溫度閾值設(shè)置和報(bào)警功能，當(dāng)監(jiān)測到超過設(shè)定溫度的區(qū)域時(shí)，儀器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒消防救援人員采取緊急措施。

高分辨率與多光譜成像。紅外熱成像儀的高分辨率和多波段特性使其采集的圖像信息更加豐富，高分辨率意味著儀器能夠分辨出微小的溫差和細(xì)微的空間結(jié)構(gòu)，從而能夠更加準(zhǔn)確地判斷火情的位置與規(guī)模；利用多光譜成像技術(shù)，紅外熱成像儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多波段目標(biāo)物體的探測。

2 使用場景及實(shí)例

2.1" 搜尋被困人員

在現(xiàn)代建筑火災(zāi)撲救過程中，人員定位是一項(xiàng)至關(guān)重要且極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，由于煙霧大、能見度低以及火場內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)的人員定位方法，如喊話、摸索等，往往難以取得有效成果。紅外熱成像儀通過捕捉人體散發(fā)的熱量，成為消防救援人員在火場中準(zhǔn)確定位被困人員的有力工具。

在一般的火場環(huán)境中，消防救援人員可以使用紅外熱成像儀的普通模式（或火災(zāi)模式）在大范圍的空間內(nèi)快速掃描，尋找被困人員的熱信號(hào)，確定被困人員位置，這種模式適用于室內(nèi)溫度較高的情況，能夠有效幫助搜救人員鎖定被困人員的大致狀態(tài)。

當(dāng)室內(nèi)溫度較低，或者被困人員因受傷或恐懼而靜止不動(dòng)時(shí)，普通模式（火災(zāi)模式）可能無法準(zhǔn)確捕捉到被困人員的熱信號(hào)，可以利用紅外熱成像儀的人像模式（或搜索模式），這種模式能夠更敏感地捕捉到人體微弱的熱量信號(hào)，幫助搜救人員在更困難的條件下發(fā)現(xiàn)被困人員的位置，然后調(diào)整為標(biāo)點(diǎn)模式，以獲得更加清晰的圖像，從而更方便地實(shí)施救助。

2.2" 快速準(zhǔn)確定位火源

紅外熱成像儀利用紅外輻射來檢測物體的溫度，能夠清晰顯示出火場的熱量分布，幫助消防救援人員快速定位并撲滅火災(zāi)。同時(shí)，紅外熱成像儀還可用于識(shí)別隱蔽火災(zāi)，某些建筑內(nèi)部火災(zāi)隱蔽性較強(qiáng)，難以被肉眼直接觀察，而紅外熱成像儀則能夠穿透煙霧等障礙物，直接看到火點(diǎn)熱源的溫度分布，提高發(fā)現(xiàn)隱蔽火災(zāi)的準(zhǔn)確性和效率[2]。

紅外熱成像儀還可以在火災(zāi)撲滅后進(jìn)行現(xiàn)場檢測和監(jiān)控。消防救援人員需對(duì)建筑進(jìn)行徹底檢查，以確?；饎莸玫綇氐卓刂?。紅外熱成像儀可以迅速觀測發(fā)現(xiàn)整個(gè)建筑可能仍存在的高溫點(diǎn)，為協(xié)助消防救援人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)提供了有力支持。

2.3" 評(píng)估火場態(tài)勢

紅外熱成像儀能夠?qū)崟r(shí)顯示火場的溫度分布和火勢蔓延情況，輔助評(píng)估火勢規(guī)模、蔓延速度及潛在風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而制定更為精確有效的滅火策略。此外，紅外熱成像儀還能夠提供火場內(nèi)部的詳細(xì)溫度信息，幫助消防救援人員預(yù)判火勢蔓延至相鄰建筑或樓層的可能性，這對(duì)于制定全面的滅火救援計(jì)劃至關(guān)重要。

建筑物即使沒有明火，紅外熱像儀也能通過捕捉墻上透出的熱輻射來定位火源，據(jù)此從外部判斷火災(zāi)的強(qiáng)度，從而大幅縮減偵查時(shí)間。

在建筑內(nèi)部，紅外熱像儀不僅提升了搜索被困人員的效率，還能快速定位起火點(diǎn)和煙氣流向，判斷火災(zāi)潛在的蔓延方向，如在墻壁、屋頂空間、電梯井等區(qū)域。此時(shí)，其主要任務(wù)是確認(rèn)屋頂上部空間的熱煙氣積聚區(qū)、可燃?xì)怏w熱分層現(xiàn)象和火勢蔓延情況等。

2.4" 輔助射流

在建筑火災(zāi)中，煙氣溫度的不斷升高會(huì)灼傷人體皮膚，甚至致人死亡；煙氣中攜帶的大量有害氣體以及可吸入顆粒物會(huì)引發(fā)人員窒息或中毒，在建筑火災(zāi)中，高溫濃煙和燃燒火焰的溫度差異并不顯著。盡管消防救援人員配備了各種防護(hù)裝備，但因疏忽大意常有消防員受傷。在進(jìn)行滅火作業(yè)時(shí)，一號(hào)員（水槍手）在前方內(nèi)攻，指揮員緊隨其后，攜帶紅外熱成像儀對(duì)前方火場環(huán)境進(jìn)行溫度監(jiān)測，指揮員根據(jù)評(píng)估結(jié)果，輔助二號(hào)員（戰(zhàn)斗員）實(shí)施門控技術(shù)，在一號(hào)員利用水槍降溫后，指揮員需再次進(jìn)行安全評(píng)估，判斷一號(hào)員能否前進(jìn)，確保滅火作業(yè)的安全與高效。

3 應(yīng)用模式及注意事項(xiàng)

3.1" 應(yīng)用模式

不同消防救援用紅外熱成像儀的應(yīng)用模式名稱不同，下文以Argus Mi-TICS系列為例說明。

3.1.1" 火災(zāi)模式

火災(zāi)模式動(dòng)態(tài)范圍為-40～1100℃，在無明顯火災(zāi)煙熱場景下顯示為白熱黑冷，顏色參照條上的4種顏色顯示為固定色調(diào)，見表1，與使用時(shí)的靈敏度無關(guān)。在150℃以上時(shí)開始著色，使消防救援人員更容易察覺到火場溫度的分布，從而提高對(duì)火場溫度的警覺性。通常在常規(guī)火場環(huán)境中使用，包括大型滅火行動(dòng)及全面燃燒的火場內(nèi)去尋找火源。

3.1.2" 評(píng)估模式

評(píng)估模式偵測動(dòng)態(tài)范圍為-40～250℃，在無明顯火災(zāi)煙熱場景下顯示為白熱黑冷，在80℃以上時(shí)開始著色，顏色參照條上的4種顏色顯示為固定色調(diào)，見表2，與使用時(shí)的靈敏度無關(guān)。該模式中將溫度著色點(diǎn)降低至80℃，便于消防救援人員在火災(zāi)發(fā)展初期盡早察覺火場溫度的分布，從而提高警覺。通常在火場外圍使用，用于協(xié)助確定火源位置，或在火勢撲滅后清理余火時(shí)使用，此外，還常用于建筑火災(zāi)內(nèi)攻時(shí)尋找出口。

3.1.3" 搜索模式

搜索模式無溫度顏色參照條，在整個(gè)顯示畫面內(nèi)沒有明顯的溫度差異時(shí)，只有白熱黑冷的顯示；當(dāng)偵測范圍內(nèi)有一處地方的溫度相對(duì)周圍有較大差異時(shí)，在畫面中會(huì)有明顯的著色，以便于消防救援人員分辨，在此應(yīng)用模式中，畫面中最熱的2%會(huì)顯示為紅色，次熱的5%會(huì)顯示為黃色。通常在無明顯火災(zāi)煙熱場景下使用，用于人員搜救、清理余火等任務(wù)場景。

3.2" 使用注意事項(xiàng)

3.2.1" 測量位置的要求

紅外熱成像儀只讀取顯示屏中央目標(biāo)標(biāo)記位置的平均溫度，使用時(shí)要確保被測量物體處于目標(biāo)標(biāo)記并完全填充。若被測物體面積較小，紅外熱成像儀可能會(huì)接收較多來自背景的紅外線能量，從而影響溫度讀數(shù)的準(zhǔn)確性，在使用時(shí)被測量物體應(yīng)占紅外熱成像儀顯示屏畫面的1/3。

3.2.2" 紅外線穿透率的影響

有些能被可見光穿透的物件，不能被紅外線所穿透，例如玻璃或透明膠片等。

此外，因?yàn)闅怏w密度較低且粒子可自由流動(dòng)，導(dǎo)致粒子釋放的紅外能量難以被紅外熱成像儀所偵測到，而且一氧化碳、二氧化碳等氣體在8～14μm的紅外波段內(nèi)透射率接近1，通常不能用紅外熱成像儀偵測氣體溫度。當(dāng)空間內(nèi)煙霧、水汽或其他氣體濃度較高或者過熱時(shí)，紅外熱成像儀能夠捕捉到類似“云團(tuán)”的氣體[3]，此時(shí)消防人員要意識(shí)到所處環(huán)境的危險(xiǎn)性，果斷采取氣體冷卻措施，防止極端火災(zāi)事故的發(fā)生。

3.2.3" 視野限制的影響

眼睛的視野和紅外熱成像儀的視野不同，這種差異可能導(dǎo)致使用者產(chǎn)生距離感的錯(cuò)覺。視野過窄會(huì)讓使用者產(chǎn)生畫面里的物體距離自己較近的錯(cuò)覺，視野過寬會(huì)讓使用者產(chǎn)生畫面中的物體距離自己較遠(yuǎn)的錯(cuò)覺。紅外熱成像儀的視野被大幅限制，例如，Argus Mi-TICS型號(hào)的紅外熱成像儀的視野只有眼睛的1/4，在使用紅外熱成像儀時(shí)，用戶需要將鏡頭對(duì)準(zhǔn)觀察方向，有時(shí)需要上下左右移動(dòng)鏡頭，以確保在正常視野內(nèi)完成觀察或搜索任務(wù)。

4 結(jié)束語

紅外熱成像技術(shù)具有非接觸式成像、實(shí)時(shí)監(jiān)測、高分辨率、多光譜成像等特點(diǎn)，成為現(xiàn)代建筑火災(zāi)撲救中執(zhí)行被困人員搜救、火點(diǎn)定位、火勢評(píng)估和戰(zhàn)斗部署等任務(wù)的輔助工具。使用時(shí)應(yīng)注意對(duì)應(yīng)用模式的選?。夯馂?zāi)模式，使消防救援人員更容易察覺到火場溫度的分布，適用于常規(guī)火場環(huán)境中的火災(zāi)撲救作業(yè)；評(píng)估模式，便于消防救援人員在火災(zāi)初期快速識(shí)別火場溫度分布，提高警覺，通常在火場外圍使用，輔助確定火源位置，或在火勢被控制后清理余火、防止復(fù)燃。此外，在建筑火災(zāi)內(nèi)攻時(shí)，常用于尋找出口；搜索模式適用于無明顯火災(zāi)煙熱的環(huán)境，主要用于人員搜救、清理殘余火點(diǎn)等任務(wù)。在使用過程中，還要考慮使用方法及環(huán)境因素以確保紅外熱成像儀的使用效果。這包括確保被測量物體處于目標(biāo)標(biāo)記并完全填充，了解屏幕顯示的白熱黑冷受環(huán)境溫度不同的影響，關(guān)注物體對(duì)紅外能量的反射與穿透率的影響，注意視野限制可能帶來視覺效果的變化。

參考文獻(xiàn)

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