有哪些森林火災(zāi)專用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備?
- 教育綜合
- 2023-09-08 07:57:12
都有哪些高科技可以偵測(cè)深林火災(zāi)的發(fā)生?
一、國際森林防火技術(shù) 1,德國:FIRE-WATCH森林火災(zāi)自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng) 德國投入使用的FIRE-WATCH森林火災(zāi)自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng),正常監(jiān)測(cè)半徑10公里,安裝該系統(tǒng)每套需7.5萬歐元,而在勃蘭登堡州安裝需要120-130套,約1000萬歐元。 2,美國:護(hù)林飛機(jī)和紅外遙感火災(zāi)預(yù)警飛機(jī)巡邏 美國利用“大地”衛(wèi)星在離地面大約705公里的軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn),探測(cè)地面上的高溫地區(qū)、濃煙地帶以及火災(zāi)遺址。美國使用無人駕駛林火預(yù)警飛機(jī)進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)測(cè),雖獲得了成功,但耗費(fèi)了巨額資金。 3,加拿大:加拿大采用衛(wèi)星巡回監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 加拿大采用從衛(wèi)星上發(fā)射電磁射線檢測(cè)林區(qū)溫度,當(dāng)檢測(cè)出某一林區(qū)局部溫度上升到150℃~2實(shí)驗(yàn)室常備的滅火器材有哪些
二氧化碳滅火器、干粉滅火器。鹵代烷(1211)滅火器是一種高效滅火劑。滅火時(shí)不會(huì)污染物品,不留痕跡,特別適用于撲滅精密儀器、電子設(shè)備、文物檔案等火災(zāi)。易燃易爆藥品在實(shí)驗(yàn)室很常見。一旦實(shí)驗(yàn)室發(fā)生火災(zāi),千萬不要驚慌,保持冷靜。首先,立即切斷房間內(nèi)所有火源和電源。然后根據(jù)具體情況正確施救滅火。這取決于你的實(shí)驗(yàn)室配備了什么。幾種常見滅火器的適用范圍如下:干粉滅火器:適用于撲救各種易燃、可燃液體和可燃?xì)怏w火災(zāi),以及電氣設(shè)備火災(zāi)。泡沫滅火器主要適用于撲救各種油類火災(zāi),木材、纖維、橡膠等固體可燃物火災(zāi)。二氧化碳滅火器主要適用于各種易燃、可燃液體和可燃?xì)怏w火災(zāi),也可撲救儀器儀表、圖書檔案、工藝品和低壓電氣設(shè)備等的初期火災(zāi)。此外,還有沙子和水來滅火。如果沒有電氣設(shè)備,可以使用泡沫/酸堿滅火器;如果有電器設(shè)備,可以用干粉;如果有高值精密儀器,可以用二氧化碳滅火器(如果在儀器上用干粉滅火器,儀器會(huì)充滿各種粉末,可能會(huì)損壞)。
紅外林火探測(cè)是什么?
(infrared detection of forest fire)
(程邦瑜,廉明啟)
利用紅外探測(cè)器接收林火熱輻射,實(shí)現(xiàn)對(duì)林火探測(cè)的一種光電技術(shù)。用紅外技術(shù)探測(cè)林火具有不受濃煙薄云的阻擋,能夠準(zhǔn)確查明火場(chǎng)、火線的位置,能靈敏地發(fā)現(xiàn)余火和地下火所在,以及探測(cè)白天黑夜難以發(fā)現(xiàn)的小火等優(yōu)點(diǎn),是預(yù)防和撲滅森林火災(zāi)的一項(xiàng)有效措施。
發(fā)展歷史
1962年美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局和農(nóng)業(yè)部林務(wù)局協(xié)作,首先把紅外技術(shù)用于林火探測(cè)。同年在北方林火實(shí)驗(yàn)室開展了林火探測(cè)研究項(xiàng)目。1966年交付使用的紅外系統(tǒng)已具備提供林火火場(chǎng)急需信息的能力。1970年研制出的高級(jí)林火監(jiān)視系統(tǒng),每小時(shí)能巡護(hù)2000平方英里,能以很高的探測(cè)率發(fā)現(xiàn)林區(qū)小火,同時(shí)也提高了對(duì)火場(chǎng)成象的水平。1982年美國林務(wù)局在國家防火中心已裝備3架專用的林火紅外探測(cè)飛機(jī),供全國森林防火業(yè)務(wù)使用。加拿大在70年代開始了紅外探火工作,1980年以后,對(duì)一種機(jī)載的紅外熱象儀(AGA750)進(jìn)行了實(shí)用改進(jìn)。蘇聯(lián)、日本也都對(duì)林區(qū)背景的紅外幅射以及紅外裝置作過研究。澳大利亞1979年研制了地面太陽能紅外探火報(bào)警裝置。中國林火紅外探測(cè)的研究開始于1973年。1979年,黑,龍江省森林保護(hù)研究所與華北光電技術(shù)研究所合作研制出GIRFT-30A地面紅外森林探火儀(圖1)。1980年,前者與中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所合作完成了中國第一代HSIC航空雙波段紅外林火掃描照相機(jī)的研制。1982年,四川大學(xué)研制出HLT-81型地面林火自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。此外,1980年,林業(yè)部從美國引進(jìn)埃索拉(Isolair)紅外探火系統(tǒng),由加格達(dá)奇航空護(hù)林站試用。
圖1 GIRFT-30A地面紅外森林探火儀
基本原理
自然界任何物體,溫度只要是在絕對(duì)零度(-273℃)以上,都有紅外線輻射,因此,紅外輻射也稱熱輻射。紅外線的波長范圍是在0.7~1000微米,介于可見光與無線電波之間。物體溫度越高,它的峰值波長越短,紅外輻射能量越大。林火的溫度一般在550~700℃,其對(duì)應(yīng)的峰值波長在3~5微米(屬于近紅外區(qū)),輻射能量約為1.3瓦/平方厘米;林區(qū)背景(森林、草地、山坡、河流等),林火季節(jié)溫度如在一40~60℃范圍,它的峰值波長則約為8~14微米(屬中紅外區(qū)),輻射能量約為1.7×10-2瓦/平方厘米。林火目標(biāo)從林區(qū)背景中被檢測(cè)到是通過紅外探測(cè)系統(tǒng)完成的。系統(tǒng)的基本原理如圖2所示。
圖2 紅外林火探測(cè)系統(tǒng)基本原理示意圖
紅外林火探測(cè)系統(tǒng)基本上是由光學(xué)機(jī)械掃描裝置、紅外探測(cè)器、電子學(xué)信號(hào)處理系統(tǒng)及目標(biāo)顯示和報(bào)警裝置構(gòu)成。其工作原理是林區(qū)背景以及林火目標(biāo)的紅外輻射通過系統(tǒng)的掃描裝置被光學(xué)系統(tǒng)有順序地匯聚到紅外探測(cè)器上。紅外探測(cè)器是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器件,由它將接收的紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。對(duì)應(yīng)林火目標(biāo)(3~5微米)的林火熱輻射,一般采用銻化銦探測(cè)器(77°K)或碲鎘汞(77°K,室溫)、硫化鉛等探測(cè)器。對(duì)林區(qū)背景(8~14微米),則采用波長較長的探測(cè)器,如碲鎘汞或鍺摻汞(38°K)等探測(cè)器。由探測(cè)器提供的電信號(hào),通過模擬信道或數(shù)字信道進(jìn)行處理后再送報(bào)警裝置或電光轉(zhuǎn)換裝置,變成模擬圖象或數(shù)字圖象進(jìn)行顯示,或加以存貯。
系統(tǒng)類型
紅外林火探測(cè)系統(tǒng)根據(jù)顯示方式不同可分為三類:
第一類:紅外林火定位系統(tǒng)。以GIRFT-30A地面紅外森林探火儀為例,工作原理如圖3所示。該儀器能探測(cè)30公里遠(yuǎn)處10平方米的火場(chǎng),方位掃描范圍0°~360°,俯仰掃描范圍一12°~+1°(連續(xù)可調(diào)),搜索周期為3分鐘一場(chǎng)。顯示方式:使用極坐標(biāo)方式在螢光屏上直接顯示火目標(biāo)的方位和距離;采用幅度顯示方式,顯示火目標(biāo)的強(qiáng)度。方位分辨率0.83°~1.9°。該儀器采用碲鎘汞(3~5微米)三級(jí)半導(dǎo)體制冷探測(cè)器。
圖3 GIRFT-30A地面紅外森林探火儀工作原理
HLT-81型地面紅外探火儀與上類同,該儀器采用太陽能電池供電,火警信號(hào)可通過無線電發(fā)射,遙送到20公里遠(yuǎn)處的顯示器。
上述儀器安放在高山了望臺(tái)上使用,工作不受時(shí)間限制,缺點(diǎn)是視線會(huì)受地形阻擋。美國于1968年生產(chǎn)的林火測(cè)位器也屬這一類,裝在直升機(jī)上用來輔助確定火場(chǎng)位置,能在火目標(biāo)上空610米高處,把0.1平方米、600℃的目標(biāo)從地物背景中加以區(qū)別。
第二類:機(jī)載紅外林火照相系統(tǒng)。如HSIC-航空雙波段紅外掃描相機(jī)以及美國的雙光譜林火探測(cè)系統(tǒng),其工作原理如圖3。系統(tǒng)本身只有一維掃描,要記錄目標(biāo)及背景的空間分布,還必須借助飛機(jī)向前飛行完成二維掃描。通過電光變換后的信號(hào),使膠片感光給出一次成象膠片。該系統(tǒng)1970年已能從4500米高空、0~50℃背景溫度中探測(cè)到0.1平方米的600℃火目標(biāo)。1974年,已采用新的技術(shù)將空中的紅外圖象遠(yuǎn)距離傳送。儀器總視場(chǎng)角為120°,在3公里高處,對(duì)應(yīng)地面攝影帶寬為10.6公里。在顯示較大火場(chǎng)時(shí),對(duì)火場(chǎng)分布、火勢(shì)發(fā)展,都能提供直觀情況。這類儀器的缺點(diǎn)一是價(jià)格昂貴,二是飛機(jī)受飛行架次的限制,不能對(duì)同一地區(qū)作連續(xù)觀測(cè)。一般與遙測(cè)自動(dòng)天氣站和雷電探測(cè)站配合使用,對(duì)可能發(fā)生林火的高火險(xiǎn)區(qū),有針對(duì)性的進(jìn)行探測(cè)巡護(hù)。
第三類:熱成象系統(tǒng)。埃索拉(Isolair)系統(tǒng)就屬這類。該系統(tǒng)的核心是一種“782”型熱象儀裝置的改裝,該裝置的熱圖為每幀280線(1∶4隔行掃描),每線有100象元,瞬時(shí)視場(chǎng)為3.4毫弧度。它與一個(gè)可見光攝象儀組合一起,把一個(gè)7°×7°的熱象圖疊加在一個(gè)擴(kuò)展了的可見光電視畫面上,這使得畫面的中心部分兼有了紅外與可見光攝影的雙重優(yōu)點(diǎn),給圖象判別帶來了很大的便利。該儀器輔以手動(dòng)掃描來擴(kuò)展總視場(chǎng)。
評(píng)價(jià)與展望
一個(gè)紅外林火探測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性應(yīng)當(dāng)取決于:發(fā)現(xiàn)小火能力;覆蓋可能著火區(qū)的有效面積;發(fā)現(xiàn)火情及信息傳遞速度;準(zhǔn)確繪出火場(chǎng)位置以及使用的方便性;系統(tǒng)成本等?,F(xiàn)有紅外林火探測(cè)系統(tǒng),都有局限。用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)覆蓋面積是大了,但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到足夠的分辨率,而且常受云層的覆蓋。紅外探測(cè)技術(shù)發(fā)展至今已有20多年,只有美國比較常規(guī)地應(yīng)用于業(yè)務(wù)。除撲火期間用于測(cè)繪火場(chǎng)圖象外,平時(shí)是與火險(xiǎn)預(yù)報(bào)、雷電定位系統(tǒng)以及自動(dòng)火天氣站相配合使用的。實(shí)踐表明,用紅外技術(shù)對(duì)小火探測(cè)、火場(chǎng)成象以及清理火場(chǎng)、探測(cè)余火等方面的作用是肯定的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,可以預(yù)見,當(dāng)方陣的多元敏感器及其相配合的電荷耦合技術(shù)成熟時(shí),采用廉價(jià)的微處理機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)取代現(xiàn)今的光學(xué)機(jī)械掃描,以及子系統(tǒng)硬件商品化,將會(huì)使紅外系統(tǒng)簡便、可靠,成本極大降低,紅外探測(cè)技術(shù)也就易于應(yīng)用推廣。對(duì)于林火探測(cè),一個(gè)能連續(xù)觀測(cè)、覆蓋面積大、分辨率高、使用方便的實(shí)時(shí)遙測(cè)圖示系統(tǒng),將是理想的工具。
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