熱源成像設備在滅火救援中的應用策略

摘要：消防設備是滅火救援工作的重要組成部分，科學合理地應用消防設備，不僅能夠保證救援工作有序進行，還能夠提高火災撲救的效率。當前，熱源成像設備在滅火救援中的應用還存在一定的不足，影響火災撲救效率?；诖?，分析了熱源成像技術的原理與特點，闡述了熱源成像設備的應用方向，以改善熱源設備使用效果為目的，深層次剖析滅火救援行動中的設備使用問題，并提出設備應用策略，旨在進一步提升我國消防設備的應用水平，為火災撲救工作提供充分支持。

關鍵詞：熱源成像設備；滅火救援行動；偵察火情

在多元化的救援任務中，熱源成像設備能夠在濃煙和低能見度環(huán)境中快速準確地定位火源，通過非接觸探測紅外熱量方式，量化評估火場溫度，準確識別發(fā)熱區(qū)域與著火點，幫助消防人員了解真實的火場情況。相比傳統(tǒng)消防救援裝備，熱源成像設備有著精準度高、可靠性強的性能優(yōu)勢，可以極大提高滅火救援行動效率。

1 熱源成像技術概述

1.1" 技術原理

熱源成像屬于一項非接觸式紅外測溫技術，把不可見紅外輻射轉(zhuǎn)換形成可見圖像，利用光學鏡頭把物體紅外輻射聚焦至探測器，形成電信號，再對信號進行放大處理與數(shù)字化轉(zhuǎn)換，實時生成紅外熱像圖像，根據(jù)圖像明亮程度來反映相同空間場所內(nèi)不同物體、不同區(qū)域的表面溫度高低情況。從理論層面來看，物體實際溫度高于絕對零度的情況下，都會向外發(fā)射紅外線，紅外線強度和物體溫度呈現(xiàn)正比例關系，進而奠定了熱源成像設備精準測溫基礎[1]。

1.2" 技術特點

在滅火救援行動中，熱源成像設備的綜合應用表現(xiàn)較為理想，協(xié)助消防人員更為快速、精準地偵察火場情況，鎖定著火點與劃定高溫區(qū)域，具備不受電磁干擾、直觀顯示、探測能力強的核心優(yōu)點。其中，不受電磁干擾使測溫精準度和所處環(huán)境干擾源分布情況無直接聯(lián)系，周邊環(huán)境是否存在干擾源的情況下，都能遠距離精準跟蹤目標。直觀顯示優(yōu)點使熱源成像設備具備較高自動化程度，能自行處理測量數(shù)據(jù)，同步生成與動態(tài)更新熱成像圖像，幫助消防人員直觀了解火場溫度分布情況，無需人工處理數(shù)據(jù)。探測能力強優(yōu)點使熱源成像設備在復雜火場環(huán)境下的有效探測距離遠超傳統(tǒng)測量設備，有助于擴大實際火情偵察范圍。同時，結(jié)合實際情況與消防人員反饋問題來看，熱源成像設備也存在一定的問題和不足，技術短板包括圖像對比度較低、無法穿透水霧精準測溫、1m距離內(nèi)光學鏡頭無法聚焦、光滑面形成反射影像，可見熱源成像設備工作性能有待提升[2]。

2 熱源成像設備在滅火救援中的應用方向

2.1" 輔助偵察火情

在傳統(tǒng)救援模式，消防人員抵近偵察火場情況，近距離接觸著火區(qū)域，獲取著火點位置、火勢蔓延方向等關鍵信息后，高度貼合火場情況，制定行動計劃。由于消防人員長期置于高溫環(huán)境當中，盡管齊全穿戴安全防護裝備，仍有可能產(chǎn)生不必要的人員傷亡。同時，人工偵察方式效率低下，消耗較長時間才能大體掌握火場情況，間接加劇了火災事故受損程度。對此，必須把輔助偵察火情作為熱源成像設備的核心功能定位。消防人員抵達事故現(xiàn)場后，迅速啟動紅外熱成像儀，光學鏡頭對準火勢蔓延區(qū)域，同步測量物體表面溫度與生成熱成像圖像，無需深入火場內(nèi)部，即可全面了解火場信息。

首先，判定起火點位置。根據(jù)相關統(tǒng)計結(jié)果和往期火災事故調(diào)查報告來看，室內(nèi)墻壁、頂棚部位普遍為建筑起火點位置，消防人員操縱熱源成像設備，優(yōu)先探測火場內(nèi)部易著火位置的表面溫度，把建筑內(nèi)部溫度最高處判定為起火點大概位置[3]。其次，判斷火災蔓延方向。當前以火災煙氣流動方向作為火災蔓延方向的重要判據(jù)，火災煙氣本身有著高溫高熱特性，操縱熱源成像設備，可以精準測量煙氣溫度，通過觀察不同時刻的熱成像圖像，判斷煙氣流動方向，進而大致判定火勢蔓延方向，并結(jié)合煙氣流動速度，預估未來特定時刻的火勢蔓延范圍。最后，判斷最先起火房間?；馂氖鹿拾l(fā)生后，受限于建筑構(gòu)件分隔影響，燃燒范圍限制在最先起火房間，隨著時間推移，火勢突破門窗，蔓延至其他區(qū)域，最先起火房間有著燃燒時間長、室內(nèi)物體燃燒程度充分的鮮明特征，實際溫度略高于其他房間。消防人員操縱熱源成像設備，測量火場內(nèi)部溫度最高房間，將其判定為最先起火房間。

2.2" 安全規(guī)劃行動路線

綜合分析不同時刻、不同空間的熱成像圖像，使得火情偵察結(jié)果具備預知屬性，大體確定未來一段時間內(nèi)的火場情況、火勢蔓延區(qū)域，并利用紅外線穿透濃煙特性，精準鎖定被困人員分布位置和隱匿火點位置?；鹎閭刹焱戤吅螅廊藛T匯總分析所掌握火情信息，根據(jù)火勢蔓延范圍和被困人員分布情況，合理規(guī)劃行動路線，爭取在火勢抵達前，通過最短路徑或是安全系數(shù)最高的路徑，順利營救疏散受災人員，撲滅火勢。對熱源成像設備的使用，可以大幅縮短消防人員在危險環(huán)境中的停留時間，目前，國內(nèi)外消防機構(gòu)均把熱源成像設備列為必備裝備，如NIOSH美國職業(yè)安全與衛(wèi)生研究院多次推薦使用熱成像儀。

2.3" 搜救被困人員

火災事故發(fā)生后，大多數(shù)被困人員根據(jù)自身所掌握信息，臨時躲藏在室內(nèi)溫度相對較低的房間，等待消防人員救援，被困人員和周邊環(huán)境、躲藏房間與著火房間存在明顯溫度差。這為熱源成像設備執(zhí)行搜救被困人員任務提供了前提基礎，消防人員操縱熱源成像設備，穿透火災濃煙，逐一測量火場各處房間溫度，生成溫度分布圖，精準鎖定被困人員所處位置，迅速規(guī)劃行動路線，營救被困人員。

2.4" 尋找隱秘著火點

對于建筑火災事故，局部存在消防人員難以抵達、密集分布可燃物體的邊角空間，如室內(nèi)房間天花吊頂、電氣豎井、保溫墻壁空腔等部位。在早期開展的滅火救援行動，由于無法準確找出全部隱秘火點，建筑火勢得到大體撲滅后，隱蔽火點仍舊保持陰燃和局部隱蔽燃燒狀態(tài)，隨著時間推移，會再次出現(xiàn)火災事故，加劇受損程度。因此，需要充分利用熱源成像設備的遠距離探測、非接觸式測溫性能優(yōu)勢，用于尋找隱秘著火點，逐一測量火場內(nèi)部可能存在的隱秘火點，利用溫度測量結(jié)果，判斷是否處于燃燒狀態(tài)。

2.5" 輔助射流滅火

現(xiàn)代建筑普遍以射流滅火系統(tǒng)作為固定消防設施，確定建筑內(nèi)部環(huán)境溫度、煙氣濃度超出警戒值后，自行開啟噴頭，根據(jù)溫度測量結(jié)果，精準控制射流向著火點噴射，理論上，足以撲滅初期火勢。然而，結(jié)合實際使用效果來看，射流滅火系統(tǒng)自帶溫度傳感器的煙氣穿透能力較差，測量結(jié)果與物體表面實際溫度存在誤差，滅火效果大打折扣。為解決此類問題，需要組合使用射流滅火系統(tǒng)與熱源成像設備，消防人員抵達火場后，利用熱源成像設備偵察火情，迅速前往消防控制室，把射流滅火系統(tǒng)控制模式由自動控制切換為手動控制，結(jié)合熱成像圖像，確定著火點位置，手動調(diào)整射流方向角度，控制水流精準射向著火點。

3 熱源成像設備在滅火救援行動中的應用策略

3.1" 禁止作為火情唯一判據(jù)

在熱源成像設備列裝初期，部分消防人員過高估計熱源成像設備的性能優(yōu)勢與所發(fā)揮作用，利用熱源成像設備測溫數(shù)據(jù)，判斷火場空間是否進入，以設備測溫數(shù)據(jù)超過600℃判斷是否存在爆燃問題。簡單來講，把熱源成像設備測溫結(jié)果作為判定火場情勢的核心依據(jù)甚至是唯一依據(jù)，判斷結(jié)果偏離實際情況。問題根源在于，熱源成像設備用于測量物體表面溫度，并非測量煙層溫度，同時，測量精度也受到探測距離、物體介質(zhì)等多項因素影響，測量結(jié)果存在誤差。因此，消防人員必須明確熱源成像設備在火情偵察環(huán)節(jié)的功能定位，以“出對比成像”作為設備使用理念，禁止把“量測溫度”作為使用理念，綜合分析建筑結(jié)構(gòu)、通風條件、居室空間、火災荷載量等多項因素，綜合判斷火場情況。

3.2" 增加成像模式

早期配備熱源成像設備的功能結(jié)構(gòu)過于簡單，僅支持火災模式，環(huán)境溫度超過150℃情況下，所生成熱成像圖像上高亮著色顯示高溫物體，根據(jù)圖像亮度、色彩來區(qū)分物體溫度，清晰呈現(xiàn)圖像細節(jié)。在滅火救援行動中，受限于單一成像模式，熱源成像設備僅能用于輔助偵察火情。為解決此類問題，需要配備支持多種成像模式的新型熱源成像設備，除去火災模式外，還應支持評估模式、白熱模式、搜索模式、搜救模式。其中，評估模式用于外部執(zhí)行火場偵察任務，顯像著色溫度略低于火災模式，250℃動態(tài)范圍內(nèi)劃分多個溫度刻度，無需抵達火場內(nèi)部，即可鎖定高溫區(qū)域和著火點位置。白熱模式可用于搜索建筑物、交通事故現(xiàn)場以及景區(qū)熱源，利用白熱、黑冷對比方法進行判斷，呈現(xiàn)更多圖像信息，溫度范圍為-40℃到80℃。搜索模式負責搜索熱源及高熱物體，把探測范圍內(nèi)溫度最高物體標記為紅色。搜救模式用于搜尋火場內(nèi)部被困人員，圖像上利用藍色及高反差畫面來顯示人員分布位置。

3.3" 提高設備工作性能

面對復雜多變的火場環(huán)境，早期型號熱源成像設備的工作性能偏低，難以滿足實際使用需求，常見問題包括短距離內(nèi)鏡頭無法聚焦、圖像對比度低、圖像細節(jié)信息不全。因此，必須加快熱源成像設備更新迭代步伐，優(yōu)先配置分辨率更高、響應時間更短的新型熱源成像設備。對于圖像分辨率，分辨率和所提供信息完整程度有著密切聯(lián)系，圖像分辨率越高，越能幫助消防人員從中獲取更多有效信息，準確識別火源位置、劃定安全路線和評估火勢強度，以配備高性能紅外傳感器、改進現(xiàn)有圖像處理算法作為實現(xiàn)方向，捕捉微小溫差變化。對于響應時間，泛指熱源成像設備啟動時刻到圖像生成時刻的時間長度，響應時間越短，火情偵察效率和總體行動效率越高，以簡化數(shù)據(jù)處理流程、改進圖像渲染算法為實現(xiàn)方向。

3.4" 設備校正

熱源成像設備使用受到制造質(zhì)量、工作原理、外部環(huán)境與操作方式等多項因素影響，設備本身存在一定程度的測溫誤差，致使圖像信息與火場實際情況形成出入，有可能會誤導滅火救援行動。因此，必須定期對熱源成像設備進行校正處理，根據(jù)設備誤差來源來確定校正方法。以成像響應非均勻性問題為例，設備本身存在非均勻性問題，體現(xiàn)為像元響應率、信號傳輸以及暗電流的非均勻性，疊加外界輸入、工作狀態(tài)變化、光學系統(tǒng)透過率等因素，致使外界均勻輻射輸入、像元輸出未能保持一致，降低了測溫精度。針對此類問題，采取非均勻性校正技術，選擇定標校正方法，把特定溫度均勻黑體輻射當作參考源，整列輻射定標紅外焦平面，假設探測器像素個數(shù)，設定全部探測元的校正系數(shù)，任意輻射條件下都可進行校正處理。

3.5" 專項培訓

熱源成像設備由光學系統(tǒng)、信號處理器、顯示器、紅外探測器等諸多關鍵部件組成。如果設備操作方法有誤，將會產(chǎn)生明顯測量誤差，熱成像圖像無法用于偵察火情與提供信息支持。目前，部分消防人員并未熟練掌握熱源成像設備的正確操作方法，操作效率低下。因此，在熱源成像設備大范圍列裝使用的背景下，必須組織專項培訓活動，以熱源成像設備的工作原理、操作方式為培訓內(nèi)容，結(jié)合大量使用案例，幫助消防人員熟練掌握正確操作方法，積累實操經(jīng)驗，重點強化設備使用能力與數(shù)據(jù)解讀能力。

4 結(jié)束語

綜上所述，得益于熱源成像設備列裝使用，大幅度改善了滅火救援行動條件，提升被困人員營救效率。消防部門應進一步加強對熱源成像設備的應用力度，深入了解設備工作性能，持續(xù)拓展設備應用范圍，貫徹落實禁止作為火情唯一判據(jù)、增加成像模式、提高工作性能、設備校正四項應用策略，提高熱源成像設備的應用效率和效果。

參考文獻

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