紅外熱成像儀的救援應(yīng)用

紅外熱成像儀通過利用紅外熱成像技術(shù)能夠幫助消防員在災(zāi)害現(xiàn)場進(jìn)行偵察、搜救及滅火工作，無論是火災(zāi)事故還是搶險救援事故，熱成像儀都能帶給消防員肉眼以外的視野，成為職業(yè)消防員救援不可或缺的重要工具，消防員熟練使用紅外熱像 儀可提升滅火救援效率，預(yù)知風(fēng)險隱患，確保消防救援行動安全高效。

一、紅外熱成像儀基礎(chǔ)知識

1.工作原理

自然界中一切溫度高于絕對零度（－273℃）的物體每時每刻都會向外輻熱量，這種輻射熱就是通過紅外線的電磁波形式向外輻射，這種紅外線輻射能夠表征物體的特征信息，例如溫度高低，紅外熱成像儀就是利用這一特性，紅外熱成像儀通過光電紅外探測器將物體發(fā)熱部位輻射的功率信號轉(zhuǎn)換成電信號，再通過成像裝置一一將轉(zhuǎn)換的電信號經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成圖像信號傳導(dǎo)至屏幕上，就得到與物體便面熱分布相對應(yīng)的熱成像圖，就是我們所看到的紅外熱圖像。

紅外熱成像的成像原理決定了紅外熱成像的的缺點和不足，掌握該原理能夠幫助消防員理解儀器缺陷。

2.熱成像的結(jié)構(gòu)及模式應(yīng)用

消防紅外熱成像儀有五個組件組成：光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器、放大器、信號處理器、顯示器。為了便于消防應(yīng)用，一般消防熱成像儀具有防爆、耐熱、防水、防摔、輕便等特點。

為了更好的適應(yīng)消防救援的應(yīng)用，目前很熱成像儀有多種成像模式，目的就是為了更好的在不同應(yīng)用環(huán)境下的使用，以Mi-TIC-320-3-C 手持式紅外熱成像儀 為例，該熱成像儀共有6種成像模式：

①火災(zāi)模式：一般用于建筑內(nèi)部滅火救援時使用，該模式的特點在于當(dāng)溫度高于150℃時，物體的現(xiàn)象將增著色，從而更清晰的判斷一定范圍內(nèi)的溫度的物體。著色時固定的，通過改變亮度和色彩，使圖像細(xì)節(jié)在整個范圍內(nèi)保持可見。

②評估模式：一般在火場外部進(jìn)行偵察評估時使用，此模式與火災(zāi)模式不同的是，其將顯像著色的溫度變低，在250℃的有限動態(tài)范圍內(nèi)，將溫度顏色參照分為5個刻度，從而能夠在外部快速判斷高溫度區(qū)域及著火點位置。

③白熱模式：該模式主要用于搜索景區(qū)、建筑物或交通事故現(xiàn)場的熱源應(yīng)用，該模式未將溫度現(xiàn)象做顏色區(qū)別，只有白熱、黑冷的對比，溫度從-40℃至80℃的有限動態(tài)范圍參照條，沒有溫度標(biāo)，通過改變亮度使圖像細(xì)節(jié)在整個范圍內(nèi)保持可見。

④搜索模式：可用于可以熱源和高熱物體的搜索，主要特點就是將環(huán)境中溫度最高的物體突出的顯為紅色，利于搜索人員及時定位環(huán)境中的高熱物體。

⑤檢查模式：主要用于對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)性檢查，例如電器設(shè)備荷載情況查詢，該模式的特點在于其對不同溫度的現(xiàn)象為全色階顯示，能夠清晰的看到不同溫度的顏色差異。

⑥搜救模式：該模式一般用在未過火的建筑內(nèi)部搜尋被困人員使用，該模式的特點在沒有過火的環(huán)境中，利用藍(lán)色和高反差的畫面凸顯熱源，增加搜救發(fā)現(xiàn)的概率。

二、紅外熱成像儀的救援場景運用

紅外熱成像儀器在消防救援應(yīng)用中主要有以下方面：

1.火情偵察使用

偵察主要判斷燃燒產(chǎn)生熱量的生源點和蔓延途徑，以此判斷火場最先起火的房間、著火點的具體位置、火災(zāi)發(fā)展和蔓延的方向等，以此判斷火災(zāi)發(fā)展的階段和火場進(jìn)攻的路徑，火情偵察一般使用評估模式。

1.1判斷最先起火的房間

民房火災(zāi)發(fā)生后，受建筑分隔的影響，燃燒會暫時局限在最先起火的房間里。隨著燃燒的不斷進(jìn)行，火勢突破門窗向其他房間蔓延，由于最先起火的房間燃燒時間最長，燃燒最充分，室內(nèi)溫度最高。所以，利用紅外熱成像儀在建筑物外部實時成像，可以大致確定最先著火房間。

1.2判斷火災(zāi)蔓延方向

一般而言，火災(zāi)煙氣的蔓延方向就是火勢蔓延的方向，由于火災(zāi)煙氣具有高溫高熱的特性，通過熱成像儀實時成像的特點觀察火災(zāi)煙氣的流動方向可大致判斷火勢蔓延的方向，并大致判斷火場內(nèi)部壓力分布及煙氣驅(qū)動形式，預(yù)防消防員在煙氣流動路徑中作戰(zhàn)。

1.3判斷起火點

火場中起火點的判斷非常重要。一般起火點位置的室內(nèi)墻壁和頂棚處為整個建筑內(nèi)部溫度的最高處，可以以此判斷出著火點的大概位置。

2.火場內(nèi)部滅火救援使用

紅外成像儀能夠在濃煙或低能見度的環(huán)境中為消防員提供清晰的視野，更方便的觀察火場內(nèi)部的環(huán)境，在火場內(nèi)部主要有搜尋被困人員、尋找隱秘火點、輔助射流冷卻、尋找逃生出口等。

2.1.搜救被困人員

紅外光可以穿透熱煙霧，火災(zāi)現(xiàn)場被困人員與周圍環(huán)境存在的溫度差，通過利用這一特點。紅外熱成像儀顯示不同的溫度分布圖，可使消防人員在濃煙情況下，清晰地發(fā)現(xiàn)被困人員，為營救贏得寶貴時間。研究數(shù)據(jù)表明，在同等熱煙狀況下的室內(nèi)火災(zāi)現(xiàn)場，使用紅外熱像儀進(jìn)行搜救的時間，比未使用紅外熱像儀進(jìn)行搜救的時間可減少80%。

2.2尋找隱秘火點

在建筑火災(zāi)因為建筑存在許多鏤空的空隙，例如天花吊頂、保溫墻壁空腔、電梯線纜豎井內(nèi)位置當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時往往火點不易被發(fā)現(xiàn)，存在隱秘燃燒和陰燃的情況，不注意時可能發(fā)生復(fù)燃，此時可利用火災(zāi)、巡檢模式快速定位隱秘火點，精準(zhǔn)打擊火點。

2.3輔助射流

紅外熱成像能夠清晰的看清建筑室內(nèi)的熱能分布，根據(jù)熱成像的視野可以識別高溫物體、積蓄的高溫?zé)煔狻⑷紵�的火源等，以此將有限的滅火劑打在最需要降溫的地方，提高滅火救援的效率，降低火場�?nèi)部的水漬損失。

3.非火災(zāi)救援應(yīng)用

3.1交通事故救援應(yīng)用

在車輛事故救援中尤其在黑夜中利用白熱模式，可尋覓隱藏的泄漏物質(zhì)，例如燃料、�；�品等；確定現(xiàn)場的范圍和大小，包括設(shè)計的車輛數(shù)量及其在夜間下或下雪、大霧等能見度低情況下的人員、車輛位置，另外也可在能見度低的情況下確定救援人員位置，做好現(xiàn)場安全管控。

3.2戶外搜救

由于熱成像儀可以檢測人體產(chǎn)生的熱量，使搜索者能夠使用熱成像儀透過障礙物更快的尋早到被困人員，搜救模式能夠擴大在戶外人體溫度與周圍溫度的差異對比，因此戶外搜索要選擇搜救模式。

3.3電量荷載監(jiān)測

電線在高荷載的情況下會發(fā)熱，電力部門工作人員常常利用檢查模式檢測電線或者電器設(shè)備的荷載發(fā)熱情況，及時安全的管控風(fēng)險。

3.4確定泄漏位置

液化類或者高壓類氣體在氣化或者泄漏時都是吸熱，導(dǎo)致泄漏點位置溫度急劇下降，低溫的氣體會冷凝周圍空氣中的水蒸氣，導(dǎo)致像有大霧發(fā)生一樣，造成周圍視線模糊，另外這種情況下消防員一般穿著重型防護(hù)裝備，減輕了聽覺、視覺的觀察能力，此時紅外熱成像儀器就可以透過氣霧將周圍溫度差顯示在屏幕中，所以可以利用紅外熱像儀快速尋找到閥門損壞、管道破裂或其他相關(guān)設(shè)備破損造成的隱蔽性泄漏的具體部位。

4.罐體容量檢測

當(dāng)無保溫層油罐及其他罐體受到熱輻射時，由于罐內(nèi)物質(zhì)熱容量比空罐大會產(chǎn)生溫度差，用熱像儀可以很方便判斷儲液罐液位。也可以對槽罐車、火場中的液化氣鋼瓶進(jìn)行檢測，判斷危險源是否有爆炸危險。石油、化工等特殊災(zāi)害現(xiàn)場，因存放大量易燃物儲罐，使其成為高危的災(zāi)害救援場所。這類企業(yè)火災(zāi)中，儲罐溫度和液位的數(shù)據(jù)采集對指揮員決策顯得尤為重要。肉眼是不能直接看見石油化工產(chǎn)品及原料在儲罐內(nèi)的具體液位。但是，這些液體在罐內(nèi)儲存時，因儲存的可燃液體熱容量較空罐區(qū)域大，會出現(xiàn)一定的溫度差。

三、紅外熱成像儀使用的局限及影響因素

1.紅外線的反射

對于表面光滑的物體，比如玻璃、金屬門、地面上的積水，附近環(huán)境或物體的紅外能量會被光滑表面反射，使用熱成像時可能看到紅外線被反射的影像。

2.穿透率

有些能被可見光穿透的物體不一定能被紅外線穿透，例如玻璃或者透明膠片等。

透明玻璃窗后的紅外線能量不能穿透玻璃，熱成像儀只能顯示窗戶打開部位的戶外環(huán)境。相反，在玻璃窗前的使用者紅線線能量被反射并呈現(xiàn)在熱成像儀的顯像視頻中。

3.視野

人眼的可視范圍大約為水平角度200度、垂直角度135度，而一般的熱成像儀只有水平角度50度、垂直角度37.5度，這就導(dǎo)致紅外熱成像儀的視野只有人眼視野的1/4，狹隘的角度容令使用者錯誤判斷觀察中的地方或物件距離較近或者體積較大，實際看到的是較遠(yuǎn)或者是較小的。

4.相對溫度

一件物體在紅外熱成像儀的畫面之中是變得光亮還是暗淡，取決于物體在環(huán)境中的相對溫度，所以在搜救中，假設(shè)人身處火場，人體相對溫度與火場相比是較低的，所以人體成像是比較暗淡，架設(shè)人實在戶外，相對室外溫度，人體溫度相對較高，此時人體成像是較為光亮的。

5.溫度測量

部分熱成像儀可以讀取現(xiàn)場的溫度，并顯示中央的標(biāo)記點位置物質(zhì)表面面的溫度。但由于紅外熱成像儀是從外部間接接收紅外線并推算出相關(guān)物體便面溫度的，這種非直接接觸時的溫度測量容易收到很多因素的影響，并不能作為準(zhǔn)且的溫度讀數(shù)，只能作為參考使用，在測量溫度時應(yīng)注意以下方面可以提高溫度測量的精準(zhǔn)度。

以下例子以一個盛滿熱水的水瓶作為示范。

5.1測量距離：當(dāng)紅外線在空間中傳播時，可能會被空間中的物質(zhì)所影響，例如水蒸氣、煙等，導(dǎo)致熱量損失，建議熱成像儀測量溫度時，被測物體與儀器之間的距離不超過4米，測量的溫度只是被測量物體表面的溫度，并不等于物質(zhì)的實際溫度，距離較近時可以準(zhǔn)確的得出物體的實際溫度，但是由于紅外成像儀顯像的原因，難以判斷物體的形狀或整體環(huán)境情況。所以如果需要利用紅外熱成像儀測量溫度，應(yīng)在較近的距離測量。

以下為近距離測試熱水瓶和遠(yuǎn)距離測試熱水瓶情況隊比。（溫度精準(zhǔn)則近距離測，成像清晰則遠(yuǎn)距離測）

5.2測量角度：若被測物體與紅外熱成像儀不在同一個水平方向，則紅外線的傳播距離會增加，溫度損失也較多，所以測量物體溫度時盡量與物體保持在同一個水平方向。

5.3測量位置：紅外熱成像儀只讀取顯示屏中央目標(biāo)標(biāo)記物體位置的平均溫度，要測量物體時使用者須確保顯示屏中央的標(biāo)點對準(zhǔn)物體，并將中央標(biāo)點完全覆蓋。

測量水平時不同位置標(biāo)點的差異

5.4被測量物體的大小：若被測量物件面積較小，則熱成像儀測量的該物體溫度被周圍物質(zhì)溫度干擾就越大。建議被測量物件應(yīng)占熱能顯像機顯示屏至少三份之一畫面。

5.5環(huán)境因素：若現(xiàn)場環(huán)境充滿大量水蒸氣或者紅外熱成像儀鏡頭有水汽或其他污染物質(zhì)，都會減少熱成像儀接收紅外線能量的強度，在使用時應(yīng)該避免有大量水蒸氣的情況，并保持紅外熱成像儀鏡面的清潔。

5.6被測量物體的材料:金屬材料和其他材料相比，在相同溫度之下放射的紅外線能量會較少，導(dǎo)致溫度讀書會大幅降低。而表面光滑的物料也有可能將附近環(huán)境的紅外線反射，所以熱成像儀不能有效測量金屬物體本身放射的紅外線能量。

5.7物質(zhì)干擾或者屏蔽，紅外線不能穿透玻璃、金屬、積水在測量以上物質(zhì)之后的溫度將會被屏蔽，另外一些較厚的物質(zhì)，例如墻體、被子也會干擾測量，導(dǎo)致物質(zhì)在顯示屏中顯像不夠清晰。

紅外熱成像儀能帶給消防人員肉眼看不見的視野，可大大加強滅火救援行動的效率、靈活性和安全性。但是，若對紅外熱成像儀的技術(shù)限制沒有充份理解，卻有可能會對影像解讀造成誤會，甚至造成危險。因此，消防員在日常操練時，都配備紅外熱成像儀，多加觀察不同情況時的顯像機影像，有助加強的畫面、事物、距離、空間大小和間隔等的判斷，在實際使用時便更有信心和得心應(yīng)手。