红外热像仪在消防救援中的技战术应用探讨

摘要：随着室内烟火特性训练（CFBT）在消防领域的深入推广，红外热像仪的使用频次和应用场景有了较大提升，特别是在黑暗、浓烟密布的极端环境中，消防员能对火场环境快速做出辨识。通过分析红外热像仪的基本技术原理，结合XF/T635—2023《消防用红外热像仪》标准及烟火特性训练课程，对红外热像仪技战术应用进行探讨，并提出优化建议。

关键词：红外热像仪；技战术应用；灭火救援；装备运用

中图分类号：D631.6 文献标识码：A 文章编号：2096-1227（2024）08-0029-03

红外热像仪（简称“热像仪”）在消防队伍开展救援中发挥着至关重要的作用，为消防员在灾害事故现场进行可视化侦查、搜救、灭火等提供了清晰的视野，被广泛应用于各类救援场景，可协助消防人员快速提升灭火救援效率、预知潜在风险隐患。它主要通过红外探测器测量物体表面辐射热能大小，利用电子处理系统提供并显示可分辨的热辐射图像。

1 红外热像仪

1.1 技术应用原理

1.1.1 波长与透射率

红外线波长在0.75～1000μm之间，分为近红外、短波红外、中波红外、长波红外、远红外等区间。空气中不同成分对不同波段红外辐射吸收率是不同的，其中水蒸气、二氧化碳、烟气颗粒等对红外辐射的吸收率较大。根据NIST Technical Note 1499（2008）红外线在模拟火场环境中透射率（未被吸收的辐射能量/总能量）测试结果显示：长波红外（8～14μm）透射率最高。

1.1.2 黑体辐射

红外热像技术主要依据黑体辐射原理（黑体是一种理论上的完美辐射体，表面发射率为1），从定义上讲，黑体辐射是光与物质达到平衡所表现出的现象，也是物质达到平衡时用温度来描述物质的状态；从公式上讲，黑体单位表面积辐射通量P与温度的四次方成正比：

P=σ*T4 （1）

其中，σ为玻尔兹曼常数，数值为5.67×10-8；T为辐射单元表面温度，单位为℃；公式表示黑体辐射能量按波长分布仅与温度T有关[1]。自然界任何高于绝对零度（-273.15℃）的物体都会根据其温度发出红外辐射，物体表面都存在热辐射能量场或温度分布场，火场中燃烧物、建筑构件、被困人员等表面红外辐射强弱相对明显，热像仪利用这一原理通过成像明亮或颜色情况，对物体形状轮廓进行探测显示。

1.1.3 核心结构

红外探测器作为热像仪核心的前端模组器件，分为非制冷型（消防领域）和制冷型（军事领域），由光学系统、光电探测器、信号放大及处理器、显示输出等组成。热像仪核心结构见图1。

由光学系统汇聚物体目标红外辐射能量并决定取景范围，红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应电信号，经过放大器和信号处理电路，按照仪器算法和目标发射率校正后得到温度值或热像图[2]。

1.2 核心参数概念

1.2.1 热灵敏度

热灵敏度也被称为噪声等效温差（NETD），代表温差信噪比（S/N）的数值，等同于目标与背景之间的等效温差。简单讲是感知温度差异的能力，热灵敏度越高，能感知到的温度变化就越精准，成像也越清晰。

1.2.2 距离系数比

距离系数比是衡量热像仪精准测量目标温度的重要参数，即测量目标尺寸及量度距离的比例（D/S），根本上取决于探测器分辨率（图像像素）和镜头视场角（FOV），描述了热像仪可识别的物体尺寸、可拍摄的距离和范围。假设一部热像仪距离系数比为10：1，若只考虑距离而测量一个直径0.5m物体表面温度，其最大测量距离为5m（10/1×0.5m），超过此距离测量数值可能存在偏差。同理，当测量目标与热像仪未处于同一水平，测量距离与温度将存在误差。

1.2.3 比辐射率

比辐射率也被称为物体放射率（Emissivity），是衡量不同物体将吸收的能量以热辐射形式释放的能力，即在相同温度下被测物体与完美黑体热辐射能量之比（ε=E1/E2），随物质介电常数、粗糙度、温度、波长、观测方向等条件的不同而变化，介于0～1之间。常见物体放射率见表1。

2 技战术应用

2.1 场景应用

2.1.1 火情侦察

一是辅助烟气判读。烟气在热像仪成像模式中显示明显，根据提供的温度、流动速率等数据和成像特点，结合烟气的量、浓度、颜色、速度等进行烟气判读，用以判断火灾发展阶段、识别极端火灾现象、判断起火位置等，掌握火场先机。二是辅助进攻路线选择。通过热像仪实时成像，辅助消防员观察烟气流动方向并判断火势蔓延方向、内部压力分布及烟气驱动形式，预防内攻人员进攻路线处于高温高热的烟气流动路径中。三是辅助检测建筑结构的安全性。利用热像仪对建筑承重部位进行实时检测，判断建筑是否出现强度下降等情况。特别是在大跨度钢结构厂房火灾中，辅助判断结构是否安全、是否需要及时冷却，保证厂房和人员安全。

2.1.2 内攻作战

一是确定隐蔽火点。建筑吊顶、墙体壁腔、线缆竖井等位置及厂房、堆垛等火灾中存在隐蔽燃烧和火场后期阴燃情况，复燃发生概率较大，利用热像仪相应成像模式快速定位火点位置，实施精准打击。二是辅助水枪射流。根据火场热能分布的显示结果，能有效识别建筑构件、高温烟气、火源位置等，高效延伸铺设水带，实现有限灭火剂冷却降温效果的最大化，从而降低水渍损失、提高灭火效率。三是搜救被困人员。人体与火场环境存在温度差，热像仪可显示不同物体热辐射的分布图成像，在浓烟情况下可快速发现被困人员。在同等烟热条件下，使用热像仪开展搜救的速度可提高60%以上。四是紧急撤离。由于水带中充满流动的冷水，在热像仪图像中可以很容易被观察到，可帮助消防员在特殊情况下快速撤离，防止在火场中迷失方向。

2.1.3 抢险救援

一是道路交通救援。在夜间、雪雾等能见度低的天气条件下利用热像仪确定车辆事故现场人员、车辆位置及数量，搜寻现场可疑危险源，作为划定现场警戒范围、做好现场安全管控的依据。二是确定泄漏位置。液体汽化和压力变化会导致泄漏点位置温度急剧下降，热像仪可透过气雾观察热量异常变化，从而快速确定阀门损坏、管道破裂或其他设备破损造成的隐蔽泄漏部位。三是罐体容量检测。无保温层油罐罐体、槽罐车、液化气钢瓶等受到热辐射时会产生温度差，在石油化工及危化品事故中，借助热像仪可快速测定燃烧罐体、临近罐体液位情况，以便采取相应措施。

2.2 使用限制

2.2.1 温度测量

红外热像仪是借助目标自身发射的红外辐射并间接推算出相关物体的表面温度，这种“非接触式”检测方法容易受到物料放射率、测量角度距离、干扰物质等因素影响，不能作为精准温度度数，无法作为火场决策的唯一依据。

2.2.2 工作环境温度

热像仪工作环境温度一般在-10～50℃，救助型热像仪在特定条件下（50～260℃）随着温度升高，持续工作时间将大幅缩短，这是电池本身所决定的，超过一定温度时，热像仪将出现卡顿延迟、停机或损坏现象。XF/T635—2023《消防用红外热像仪》规定，在260℃条件下持续工作时间不应少于5 min，设置在面罩的救助型热像仪显示部分不做要求。

2.2.3 水蒸气影响

热像仪无法穿透水、玻璃等透明物体，若火场内过量射水会产生大量水蒸气，扰乱火场热力分布状态，将火场温差大幅降低达至均衡状态，热像仪无法有效利用物体间的温度差来辨识火场内部环境。

2.2.4 视野角度

受设计结构影响，肉眼与热像仪间的视野（FOV）范围有所不同，FOV大小会使消防员产生距离感官错觉，FOV较小会令显示画面变得较近（实际较远），反之会令显示画面变得较远（实际较近），使用时要将机器镜头移动指向观察，才能确保搜索范围。

2.2.5 “对比”成像

物体间温度差越大，热像仪成像效果越明显，否则效果将大打折扣。特别是在观察火场内部情况时，若将中央测温点对准火场温度最高处，低温区图像细节层次较少，要视情选取温度较高处为中央测温点，确保成像清晰、层次分明。

3 优化建议

尽管绝大多数热像仪具有更直观、简单的操作界面，但高效利用图像数据，快速准确解读和判断需要经过系统培训和实战积累。笔者结合基层实际，针对热像仪使用、训练等方面提出以下建议：

3.1 普及专业培训使用

热像仪作为判断热量的工具，在消防员入门培训中，要加强热分类、热释放、热防护、热识别等方面的实用课程，熟悉了解其结构原理、性能参数、科学使用方法均需以此为前提。要将其纳入重点装备器材培训教育内容，及时对照厂家要求和说明书开展系统培训，保证人人懂原理、能操作、会保养。

3.2 强化场景模拟训练

由于当前基层消防站热像仪配备数量在1～2个，导致不是所有消防员都有机会在火场中使用。要优化当前训练模式，结合室内烟火特性训练（CFBT）设施涵盖不同类型火灾场景、不同火势强度、不同环境条件的课程设计，开展相应个人和团体模拟训练，制定热像仪训练标准大纲及合成操法，提高消防员在面对实际救援的适应性和灵活性。同时对消防员在理论、操作、应用、使用范围和限制、维护保养等方面进行考核。

3.3 更新传统救援理念

加大热像仪在各类火灾扑救及救援现场的使用频率，指挥员要充分发挥其辅助决策作用，从有限的图像数据中找寻火场评估、火情侦察的判断依据；战斗员要学会在火场实施内攻作战配合使用热像仪，在确定进攻路线、辨识火场环境、开展气体冷却、搜寻被困人员、紧急撤离等方面提升作业效率，要加强热像仪配备数量，有条件的单位要保证内攻小组、紧急救助小组（RIT）成员人手一部。

3.4 把好采购验收关口

要理性看待市场上同面罩、智能头盔、空气呼吸器配合使用的集成式热像仪，严禁盲目跟风。要严格按照XF/T635—2023《消防用红外热像仪》规定，对质量、空间分辨率、NETD、测温范围、测温精度、特定温度持续工作时间等重点性能参数进行验收把关，以防出现用便携式感知类热像仪替代手持式辅助决策（救助型）热像仪的现象。

4 结束语

尽管红外热像仪具有不可替代的优势，但其在分辨率、响应处理速度和环境适应性等方面还有诸多技术壁垒和应用局限，也面临着技术和操作上的多重挑战。随着科学技术和消防队伍的不断进步，相信红外热像仪及衍生品也将更科学、更广泛地在基层得以应用，从而提高各类救援行动效率和效果。

参考文献

[1]丁经纬.黑体涂层红外光谱发射率特性研究[D].新乡：河南师范大学，2023.

[2]朱贺平.高层商业建筑灭火救援技术运用的综合考量[J].中国新技术新产品，2021（1）：146-148.