红外热像仪在森林防火领域的应用
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红外热像仪在森林防火领域的应用
&& 森林火灾受气候条件的影响发生具有很大的随机性和突发性，一旦发现不及时，将给后续的扑救工作带来很大的难度，甚至会带来无法挽回损失。为了贯彻落实我国森林防火工作的方针，坚持预防为主，积极消灭，做到“早发现、早报告、早处置”， 把火灾危险限制在萌芽阶段。因此采用先进的技术，高科技的手段来加强森林防火监测工作，为森林灭火赢得宝贵时间，是森林防火管理发展的一个必然趋势。
而近年来国内外森林火灾频繁发生，其破坏性危害极大，不仅对人民生命和财产造成的严重损失，森林资源的大量烧毁，对生态环境的影响更是无法计算。目前，地球表面的森林面积已由最初亿公顷（覆盖率为％）下降为亿公顷，且每年还在以万公顷的消失速度递减，而森林减少的主要原因之一就是森林火灾，因此预防和控制森林火灾工作显得十分迫切及重要。
森林防火是一个复杂的系统工程，是人类与灾害进行斗争的一项科学性和技术性很强的工作。随着社会的发展，科学技术的进步，现代科学的管理也孕育出很多先进的森林防火技术，进而有效地控制了森林火灾的发生。
世界上一些国家也已经通过采用这些现代先进的森林防火技术，在一定程度上预防和控制了森林火灾的发生和发展，减少了森林火灾带来的危害。
森林防火监测技术
森林火灾受气候条件的影响发生具有很大的随机性和突发性，一旦发现不及时，将给后续的扑救工作带来很大的难度，甚至会带来无法挽回损失。为了贯彻落实我国森林防火工作的方针，坚持预防为主，积极消灭，做到“早发现、早报告、早处置”，
把火灾危险限制在萌芽阶段。因此采用先进的技术，高科技的手段来加强森林防火监测工作，为森林灭火赢得宝贵时间，是森林防火管理发展的一个必然趋势。
目前林火监测技术主要还是采取种形式，即地面巡护、瞭望塔监测及空中巡护。我国目前大部分林区采用的主要监测手段是瞭望塔观测，这是我国国民经济发展水平和国情、社情、林情决定的，也是行之有效的最适合我国森林防火监测手段之一。
燎望台是用于观察火情确定火灾发生地点的一种重要措施，其主要功能是利用瞭望塔的登高望远在第一时间发现火情，确定火场位置，在第一时间内及时报告，并提供准确而详实的火场信息，为预防和扑救提供科学的支撑。
红外热成像技术
随着科学技术的发展，高科技不断被应用到林火监测中，特别是近几年新的林火监测技术发展相当迅速，比如红外热成像监测技术。
红外热成像技术是一种利用靠接收目标的自身辐射而成像的技术，不需要协作光源或自然光照射目标。这种技术是建立在探测器和材料、现代光学和机密机械、微电子、信号处理和软件等技术基础之上的，应用范围非常广泛，如电力、医疗、建筑、交通导航、森林防火、食品安全、边防和海上搜救等等，红外热成像技术目前已经渗透到国民经济的各个领域中并且发挥着重大的作用。
红外热像仪就是这种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的高科技产品。它采用的是一种能够探测极微小温差的传感器，可以将温差转换成实时视频图像进行显示。
利用红外热成像技术手段进行林火监测，能大大提高林火监测的及时性和准确性，极大地拓展了森林防火监测的应用领域，使森林防火技术的发展又向前迈进了一大步。
红外热成像的特点
自然界中的一切在绝对温度零度以上的物体，都会以电磁波的形式时刻不停地向外传送热量（红外辐射）。由于在范围的红外波段具有稳定的大气透射率，因此在此波段利用红外热成像技术进行测量，可以在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到前方的情况。
正是这些特点，红外热成像技术可在森林防火监测系统中起到非常重要的作用，为森林安全提供有效保障。
红外热成像仪自身优势
红外热成像技术是一种被动式的非接触的检测与识别，它是通过检测物体与背景之间微小的温度差别来探测目标，不需要光源，且隐蔽性强。
红外热成像仪的探测能力强，作用距离非常远，根据镜头选择的不同，可以探测和识别到几百米甚至几公里外的目标；
红外热成像仪可以全天候监控，并随时对背景资料进行分析，一旦发生变化，可以及时发出警报，并可以通过智能设备的处理，自动对有关情况进行处理，并随时将情况上报，取得进一步的处理意见；
在暴雨、浓雾等恶劣的气候条件下，由于可见光的波长短，克服障碍的能力差，因而观测效果差。而工作在～μ波长的长波红外热成像仪，其穿透雨、雾的能力较高，从而仍可以正常地观测目标。
红外热成像技术是被动接受目标自身的热辐射，因此能够对树林中和草丛内的隐性火源进行智能视频监控与识别；
红外热成像仪可以利用森林防火现有的视频监控安全防范系统，只需替换原有的可见光摄像机，因此可以很大程度上为客户节约投资成本及避免重复建设；
红外热成像技术具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、可全天候、全天时工作等优点，因此在军用和民用领域都得到了极为广泛的应用。
红外热像仪在森林防火中的应用
传统瞭望监测方式
防火是森林保护工作中最为重要的内容之一，作为监测火险的瞭望塔，在这方面发挥极为重要的作用。
传统的瞭望塔监测方式是让防火瞭望员站在高高的瞭望塔上，对上万公顷的林海进行全方位的瞭望，发现异常情况及时向森林防火主管部门汇报，通常防火瞭望员是根据烟的态势和颜色等大致可判断林火的种类和距离。
但这种瞭望监测方式存在如下弊端：
瞭望塔设施简陋，特别是初春秋未瞭望塔塔楼十分寒冷，致使瞭望员无法在塔楼内连续坚守岗位，造成了灾情监测失人失岗，漏报、迟报；
森林地区比较多雾，雾大影响视线且观测距离短，容易造成森林火情上报不及时；
对烟雾浓重的较大面积的火场、余火及地下火，无法进行观察，不能准确把握火灾现场的各种动态信息；
完全依靠防火瞭望员的经验来进行观测，准确率低，误差大。另外防火瞭望员人身安全容易受雷电、野生动物、森林脑炎等的威胁。
无生活条件的偏远林区不能设防火瞭望塔。
红外热成像瞭望监测
红外热成像监测通常是把红外热像仪放置在瞭望塔的制高点上，通过高精度云台向四周监测，来确定林火发生位置。这种监测方法能够大大减轻瞭望员的工作强度，不仅能及时准确地发现林火、火灾分布和蔓延速度，还能配合自动摄像设备拍下火场实像。
将红外热像仪和先进的计算机软件管理平台结合起来，可以实现对林区的自动监控，烟火自动识别，灾害位置的自动定位。
利用这些红外热像监测设备，在林区设置无人瞭望塔，使这些瞭望塔与指挥中心的计算机终端连接，随时可以把监侧到的火情传输到指挥中心，可以实现瞭望塔监测的无人值守和智能远程控制，为及时发现火情和后续灭火提供了科学的支撑，目前很多国家的林火监测塔已被这种自动红外监测系统所取代。
红外热成像余火监测
红外热像仪装置不仅可以被安装在瞭望塔上监测火情，还可以用于监测余火。在国外，防火部门利用红外热像扫描设备监测林火已基本上得到普及。它们使用的地面红外热像探火仪主要是手提式的，用于探寻火烧迹地边缘的隐火或地下火的火场边界。这种仪器自带显示器，体积小，重量轻，携带方便，电池续航能力强。扫描作业通常可由人进行，人扫描，人清理监测到的余火，如果火场中还有未被消灭的着火点，它在的屏幕上就会显示出白色的光点。
空中红外热成像监测
这是一种把红外热像仪安装在飞机上，利用红外传感器接收林火信息的一种空中监测林火的方法，亦称机载红外林火监视。
机载红外林火监视是巡护和瞭望手段的必要补充，尤其是对重特大规模的火场，空中监测可以获取较为宏观的十分有效的林火监测情报。机载红外林火监视可以对林火蔓延态势进行有针对性的连续实时跟踪监测，同时可将原始地貌处的火情真实地显示出来，因此解决瞭望和地面巡护无法顾及的偏远地区发生的林火早期发现以及对重大森林火灾现场的各种动态信息的准确把握和及时了解。
编辑：苏曼
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过程检测和安装红外热成像
常见的检查部位
耐火隔热材料
液罐和容器
蒸汽系统/凝气阀
管道和阀门
加热器/熔炉
塑料行业(成型)
造纸(滚筒、搬运设备，等)
金属铸造厂
锅炉和反应器
温度热斑或偏差的典型原因
由于管道磨损而损坏结构
异常热流/热梯度
气体或蒸汽漏泄
&石化精炼过程对能源及其敏感，需要严格进行热监测，以确定每一过程的安全和热效率。利用能够进行高温测量的红外设备检查此类热过程可快速、准确地诊断故障，并为精炼厂节省大量损害相关的费用。利用红外照相机液罐页面、冷凝器散热片诊断、窑炉维护、耐热材料损耗管理，以及电气和机械维护，可提高生产力，增加利润。
熔炉检查 - 便于检查熔炉内加热管是否发生积碳。这种现象也称为"炼焦"，利用合适的高性能红外设备很容易检测到，因为积碳区域呈现的温度高于加热管表面的其它区域。这说明焦炭妨碍产品均匀吸收加热管的热量。焦炭的其它影响包括熔炉燃烧速度更快，以及缩短加热管寿命。这就使维护人员有更大的积极性定期进行红外扫描，防止积碳。
冷凝管检查 ——精炼厂的冷凝管会偶尔堵塞，明显影响产量，对精炼厂的有效运营造成不利影响。此类冷凝管的热图像可显示出被堵塞的管道部分，提醒维护人员解决问题，避免更严重的后果。
预防性维护
高温压力管线 ——高温压力管线在石化厂的应用非常广泛。经过一定的时间周期后，由于介质腐蚀、焊接缺陷或应力引起的断裂以及材料恶化等原因，会偶尔发生漏泄和意外事故。为了确保管线的安全工作，了解管道壁的完整性信息并只更换严重损坏的管道是非常必要的。由于 采用非接触式，快捷、无害且易于实施，所以非常适合观察高温压力管线中由于管壁缺陷引起的热流断续现象。
热电偶验证 ——红外设备还能够以非接触方式检验热电偶的温度测量结果。热电偶被安装在炉内的几个点，以准确测量管道温度，但是当热电偶周围发生积碳时，要么需要拆卸要么提供的数据不准确。红外扫描可快速检验热点楼提供的炉内管道温度的准确度。这样可确保生产出高质量产品。
&造纸是个竞争性行业，降低运营成本和提高利润是个永恒的挑战。基于脱水到排污、挤压成型和热应用的造纸过程中，有几个环节可提供温度特征。利用红外设备，对此类设备进行传统的预测性维护，监测每一阶段以及防止电气和机械故障，能够生产出高质量的产品，将费用降至最低。
干燥阶段 ——造纸过程中最困难的阶段之一是干燥阶段，红外热成像提供了监测该阶段的卓越方式。纸筒远端的低温条纹是蒸发冷却造成的。这对应于干燥不均匀造成的湿气变化。为修正这一问题，干燥过程中所做的变化可立即体现在生产的所有阶段。
纸上的潮湿条纹 ——为了保持纸张平整，采用高压喷水。偶尔会将喷射模式传递到纸张上，利用红外成像可检测到这种现象。这种现象会造成干燥机部分的故障，例如干燥网过早磨损。此外，具有湿条痕的纸张对随后印染和印刷过程的质量和性能存在不利影响。所以，红外照相机对于查找和消除此类缺陷的原因非常有用，避免进一步恶化。
预防性维护
蒸汽漏泄 ——对造纸机进行红外检查时，可检测干燥部袋区通风系统的蒸汽盘管漏泄。此类漏泄会导致造纸机发生频繁断纸，对生产造成不利影响。仅仅通过一次红外扫描，不仅避免了将来的麻烦，而且产量的增加为造纸厂带来了数千美金的收益。
电气 ——和其他工厂一样，造纸厂也会因为电气故障而发生停工，例如母线汇流条、线路连接、开关装置、变压器、短路器和配电盘。利用红外设备，很容易提前发现这些故障，并在发生停工之前将其修复。
机械&——对机械系统定期进行红外检查，例如马达绕组、滚筒轴承和变速箱，可在检测到异常"热斑"时定制维护计划。
无论是监测制造过程还是传统的预测性维护，红外照相机都非常适合于塑料制造行业。制造过程的本质还是温度。当接近成型的塑料部件从模具中出来时，获得其热图像可用于诊断质量问题，减少废品，同时提高生产力和利润。受国际竞争环境的影响，塑料厂都极力寻求任何能够提高利润的途径。 可帮助制造过程实现更高水平的生产力.
型芯和型腔 ——监测型芯和型腔的温度曲线可预测过程故障。型芯的红外图像可用于确定温度是否太高。型芯之间超过 20 °F 大温差通常意味着系统不稳定。*
冷却通道 ——错误时间、错误位置的错误热交换会造成短射、拉毛、银纹、粘卡、剪切、材料劣化和变脆。多次修改模具会造成冷却通道连接不合适。当塑料件从模具出来时，比较其热图像可用于确定冷却通道是否连接正确，以及传导的热量是否正确。
预防性维护
加热带 ——进料口不得超过规定的温度，否则将发生堵塞。利用红外照相机，很容易监测进料口附近加热带的温度。
干燥机 —— 干燥系统用于除去加料斗中的湿气，必须对其温度进行监测。红外图像分析是确保干燥过程工作正常的快捷方法。
电气 ——对电动马达和连接进行热扫描，可防止过早损坏及代价昂贵的停工。
食品加工是热成像的直接应用。对于工作繁忙的消费者来说，预蒸煮肉变得越来越流行。米、糕点和快餐全部需要精密的烘烤程序。在此类应用或许多类似应用中，必须精密蒸煮或烘烤大量食品。
安全、品质和经济性竞争 过程工厂是面临来自于安全、产品质量和经济性方面的竞争。安全性需要食品的所有部分维持在门限温度之上，经理规定的时间，以灭杀危险的细菌。然而，如果温度太高或者超过时间周期，产品就会变得干燥、过火——产品质量不合格。生产经济性要求生产线快速移动，以达到大产量，并且烘烤炉工作在最低温度，以节省能源费用。一次安全性事故就可能使经济性荡然无存，是日常的经济性毫无意义，为整个企业带来更严重的后果。同理，在当今竞争激烈的市场中，产品质量方面的微小失误就会使多年的努力付诸流水。
影响产品温度的因素 供了安全、经济地获得高品质产品的测量能力。利用热成像可持续监测产品本身的温度。精密的烘烤炉和传送带控制非常宝贵，但最关键的还是产品温度。产品温度会受以下参数的影响而变化很大：
传送带速度；
产品构成；
启动条件；
产品分离或布置。
产品温度分布 当产品从烘烤炉出来时，其表面温度存在一定范围或分布。这种温度分布受以上各种因素的影响。之前用单个温度计测量温度的人可能会对热图像上显示的温度变动感到惊奇。热图像相当于数千支放在产品表面的温度计阵列，他们的测量结果按照图像格式组合在一起。温度分布(非产品的单点温度)能够观潮到常见的烘烤现象，例如烤焦的饼干边沿、中心的半液体状态。由于安全、质量和经济性适用于产品的所有部分，所以测量整个产品是非常重要的。
测得温度分布之后，即可对过程进行管理和优化。如果温度分布太宽，或许可以稍微降低传送带速度，使产品的所有部位都达到相应的温度。相反，如果温度分布太窄，则可以稍微提高传送带速度，同时维持产品安全和品质。
图1所示为刚从烤箱中拿出来的巧克力饼干的一系列热图像。图1中的左上方所示为托盘中的饼干。右侧的彩条表示图像颜色的温度(华氏度)。右上方所示为从背景托盘中析取出的产品图像。左下方的图像为饼干温度的 3D 图像。右下方的图形为饼干的温度分布，不含背景。(分析和处理由 Cardiowave, Inc. 提供。)
图 2 和 3 所示为从微波炉中拿出的培根片在两个不同时间的热图像。图 2 至图 3 的温度变化非常明显，是冷却造成的。
热成像在食品加工领域的应用 热成像技术以其基本形式提供了对表面温度的准确测量。这非常适合于测量诸如马铃薯片或培根片之类的产品，因为这些产品比较薄。经过辐射校准后，红外照相机效果很好，无需更多的处理。
对于基片较厚的产品，表面温度可作为描述产品热特性的数学模型的输入。利用此类模型，可将容积热特性和统计分析扩展至更多的产品。加上足够的后期处理能力，则能够实时进行测量。
监测生产过程中关键环节的温度是全面理解和有效控制玻璃制造过程的关键所在。由于玻璃制造过程的本质是热处理，所以所制造玻璃的质量取决于获得不同元素的准确温度读数，例如玻璃模具、玻璃坯、钢传送带和烘烤炉。利用提前部署的红外设备，对此类设备进行传统的预测性维护，监测温度以及防止电气和机械故障，能够生产出高质量的产品，将费用降至最低。
玻璃坯温度 ——玻璃从熔化炉运输至模具。在滑轨的末端，一个柱塞将玻璃压成球形，称为"玻璃坯"，然后送至模具机。由于要控制玻璃的重量、黏度，以及模具中容器的构成，所以监测玻璃坯的温度极其重要。因此，在玻璃坯离开柱塞时，以非接触红外方式监测其温度，可确保最终的产品质量。
传送带温度 ——用刚传送带将玻璃容器从模具机送至玻璃退火炉。为了防止传送带对容器底部进行不均匀冷却，进而导致破损，在达到装瓶机之前，用气体火焰对传送带加热。对于制造商来说，以一定的间隔测量传送带温度，以防破损，在竞争激烈的行业中获得足够高的利润，是非常重要的。红外照相机非常适合于此类应用。
预防性维护
玻璃模具 ——对于玻璃容器制造商来说，严格监测玻璃模具的温度必不可少，因为它会影响容器的质量。如果模具冷却不合适，容器从模具中出来后就不能保持形状，而如果模具太热，容器则不能正确成型。因此，利用红外设备不时地采集模具温度，确定在合适的温度进行冷却，直接关系到容器制造商的利益。
熔炉监测 ——为了经济地将原始材料熔化为玻璃，需要进行持续的管理和监测。更具尺寸的不同，玻璃熔炉每天能够生产 50 至 60 吨的玻璃。许多熔炉通过侧喷火口采用天然气加热，熔化温度大约为1200°C。许多玻璃最终留出熔炉，通过熔炉上安装的进料器送至成型机。整个熔炉及精炼机的耐火结构的状态和安全极其重要。高温红外照相机能够非常容易地用于检查，使玻璃流出或耐火材料故障发生的概率最小化。
其它市场细分红外热像仪合理设置发射率
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红外热像仪合理设置发射率
& & &我们知道：任何物体在高于绝对零度（-273.15℃）的时候，其物体表面就会有红外能量也就是红外线发射出来，温度越高，发射的红外能量越强！红外线测温仪和就是根据这个特点来测量物体表面的温度的，既然我们知道了红外线测温仪和红外热像仪是测量物体表面的温度，那么就会免不了被物体表面的光洁度所影响，实验证明：物体表面越接近于镜面（反射越强），其表面所发出的红外能量衰减越厉害，所以我们就需要对不同物体的表面对红外能量的衰减情况做出补偿，也就是设置一个补偿系数，这个补偿系数就是发射率！　　那么发射率如何得来的呢？& & & 有个很简单的办法：就是与标准的接触式测温仪进行比对。计算公式为：发射率=实测值\标准值，式中的实测值就是红外线测温仪或是红外热像仪测得的温度，而标注值为接触式测温仪测得的温度，由于任何物体都不可能完全没有反射（黑体），所以往往这个修正系数都会小于1。尊敬的客户： & && & & 您好，我司是一支技术力量雄厚的高素质的开发群体，为广大用户提供高品质产品、完整的解决方案和优质的技术服务公司。主要产品有
& & & 等。 本企业坚持以诚信立业、以品质守业、以进取兴业的宗旨，以更坚定的步伐不断攀登新的高峰，为民族自动化行业作出贡献，欢迎新老顾客放心选购自己心仪的产品。我们将竭诚为您服务！上一篇：下一篇：
&&&&&&&&&&三维激光扫描仪与红外热像仪在岩石风化场地中的应用研究--《吉林大学》2011年硕士论文
三维激光扫描仪与红外热像仪在岩石风化场地中的应用研究
【摘要】：随着时代的进步和科技的发展,许多高新技术产品已渐渐应用于土木工程检测领域中。本文选择了近几年应用较广泛的三维激光扫描仪与红外热像仪对岩石风化程度进行研究。由于我国是一个地质条件复杂,灾害频发的国家,而岩石风化程度是影响灾害发生发展的因素之一,所以在研究区域的稳定性时,对于岩石风化程度的调查是必要的。基于三维扫描仪和红外热像仪对于野外调查不仅可以减轻工作人员的劳动强度,缩短作业时间,而且可以获得更为翔实立体的岩石信息,弥补了传统调查的不足,这两项技术必将成为外业调查的重要技术手段。
本文主要介绍了岩石风化带的几种划分方法,三维激光扫描仪和红外热像仪的国内外研究现状,并对本文所使用的仪器进行了简要说明。在试验部分,本文选取了90个岩石样本(其中花岗岩、片麻岩、砂岩各30个),分别对其进行了强度、波速、三维激光扫描及红外热像试验,并对数据的采集过程进行了描述。在对有效数据进行分析后,建立了激光反射、灰度、温度这三者与岩石风化程度的相关关系,并给出了以三项数据为基础的岩石风化程度判别标准。
【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：P575【目录】：
内容提要4-5
中文摘要5-7
Abstract7-12
第一章 绪论12-20
1.1 选题依据及研究意义12-14
1.2 国内外研究现状14-18
1.2.1 岩石(体)风化带的划分方法14-16
1.2.2 三维激光扫描技术16-17
1.2.3 红外热像技术17-18
1.3 主要研究内容及技术路线18-20
1.3.1 主要研究内容18-19
1.3.2 技术路线19-20
第二章 岩石的风化作用20-42
2.1 风化作用的类型20-26
2.1.1 物理风化作用20-22
2.1.2 化学风化作用22-25
2.1.3 生物风化作用25-26
2.2 风化作用的产物26-27
2.2.1 物理风化作用的产物26
2.2.2 化学风化作用的产物26-27
2.2.3 生物风化作用的产物27
2.3 影响风化作用的因素27-33
2.3.1 气候的影响27-28
2.3.2 岩性的影响28-30
2.3.3 地质构造的影响30-32
2.3.4 地形条件的影响32-33
2.4 岩石风化程度的划分标准33-42
2.4.1 分带的工程地质意义33-34
2.4.2 分带的原则34-36
2.4.3 分带的方法36-39
2.4.4 我国常用的分带标准39-42
第三章 试验仪器介绍42-47
3.1 三维激光扫描仪42-44
3.2 红外热像仪44-47
第四章 试验与数据处理47-56
4.1 岩石试样47
4.2 三维激光扫描仪试验47-52
4.2.1 样品摆放47-48
4.2.2 扫描48-49
4.2.3 点云数据的获取及处理49-51
4.2.4 三维激光扫描技术的误差影响分析51-52
4.2.5 三维激光扫描技术与传统测量技术的区别52
4.3 红外热像仪试验52-56
4.3.1 岩石的热学性质52-54
4.3.2 岩样红外热图像的获取54-56
第五章 试验结果分析56-67
5.1 三维激光扫描数据结果分析56-60
5.2 红外热像数据结果分析60-65
5.3 岩样风化分级标准65-67
第六章 结论67-69
参考文献69-73
攻读学位期间发表的论文79-80
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