基于傅里叶变换红外光谱探测的火灾早期过程特征信息研究

通过对火灾过程中各种特征参量进行分析,提出采用CO作为早期火灾探测的探测对象,并在此基础上建立起基于傅里叶变换红外光谱仪的完善试验系统。通过该实验系统进行了大量早期火灾加热阴燃及燃烧试验,经过光谱定量分析得到其各自CO浓度变化数据。在数据分析的基础上通过时间序列分析建模建立起CO浓度数据的二阶自回归模型,提取出表征火灾整体特性的过程特征信息参数1和2。通过相平面分析表明:真假火灾的过程特征信息参数具有明显的区域分布差异性,利用这种特性可以快速将真假火灾分辨出来。大量试验结果证实该探测方法能够在火灾发生早期及时对真假火灾进行有效辨别。     

可调谐半导体激光吸收光谱法监测燃烧过程中CO浓度的变化

可调谐半导体激光吸收光谱技术(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)是利用二极管激光器的波长调谐特性,获得被选定的待测气体特征吸收线的吸收光谱,从而对待测气体进行定性或定量分析。它具有高灵敏、高分辨以及快速检测等特点,已经广泛用于大气中多种痕量气体的检测以及泄漏气体的检测,也是在燃烧环境下对气体进行非侵入式实时测量的理想方法。TDLAS技术与开放式的多次反射池相结合,并利用自平衡探测加波长调制的新型检测方法,测量了酒精喷灯燃烧过程中产生的CO浓度,从测量结果中发现酒精喷灯火焰中CO的浓度成一定的周期性,并且得到火焰中CO的平均浓度为49.4(10-6体积比)。实验结果表明利用开放式多次反射池,结合自平衡探测加波长调制探测的新方法,满足了酒精喷灯燃烧过程中CO检测的需要,此系统为发展基于TDLAS的燃烧在线诊断技术奠定了基础。     

非线性拉曼激光雷达测量CO2气体的研究

提出了利用气体的受激拉曼散射(SRS)效应激光雷达光源来探测大气中的CO2气体的新方法,设计出探测大气中CO2气体含量的非线性拉曼增益激光雷达,用Nd:YAG激光器(1064 nm)的三倍频光(354.7 nm)通过分别装有CO2气体和N2气体的拉曼管,分别得到CO2气体和N2气体的受激拉曼散射的一阶斯托克斯线(S1),并用S1线作为雷达的种子发射光源.通过实验得到拉曼管中的气压与S1能量的变化关系,对其优化条件和物理机制进行了分析.该实验方法已经成功测出了大气中CO2气体的回波电压信号.     

基于颜色模型和稀疏表示的图像型火焰探测

常用的图像型火焰探测算法是提取火焰在图像上表现出的单个特征信息或其有效组合作为识别的依据,需要大量的训练样本进行学习与参量优化,且识别率对特征选择的要求也很高.本文从火焰的整体特征考虑,提出了基于颜色模型和稀疏表示模型相结合的图像型火灾探测方法.首先在HIS空间建立颜色模型对火灾图像进行预处理提取出疑似区域,建立稀疏表...     

火灾烟气中CO2和CO的释放特性研究

火灾产生的有害烟气是造成人员伤亡的主要原因。火灾科学研究中,研究者对CO_2和CO研究较多,但对它们的释放过程和机理研究很少。本文利用国际文献中评价材料毒性的原始实验数据,从烟气毒性物质释放的角度,分析了火灾烟气中 CO_2和 CO的释放特性,特别是分析了通风量的影响机理。在此基础上,进一步研究发展出一个与动态释放过程相关的烟气危害性评价体系,从而在释放规律与材料选择、实际火灾中人员的逃生过程之间建立起直接联系。     

基于7.6μm量子级联激光的光声光谱探测N_2O气体

近年来,气候变化对地球的生态环境产生严重影响,而大气温室气体在气候变化中具有重要的作用.一氧化二氮(N_2O)作为一种重要的温室气体,其浓度变化对大气环境产生重要影响,因此对其浓度的探测在大气环境研究中具有重要意义.本文开展了基于中国自主研发的7.6μm中红外量子级联激光的共振型光声光谱探测N_2O的研究,建立了N_2O光声光谱传感实验系统.此系统在传统的光声光谱探测的基础上优化改进,采用双光束增强的方式,增加了有效光功率,进一步提高了系统的探测灵敏度.探测系统以1307.66 cm~(-1)处的N_2O吸收谱线作为探测对象,结合波长调制技术对N_2O气体进行探测研究.通过对一定浓度的N_2O气体在不同调制频率和调制振幅的光声信号的探测,确定了系统的最佳调制频率和调制振幅分别为800 Hz和90 mV.在最优实验条件下对不同浓度的N_2O气体进行了测量,获得了系统的信号浓度定标曲线.实验表明,在锁相积分时间为30 ms时,系统的浓度探测极限为150×10~(-9).通过100次平均后,系统噪声进一步降低,实现了大气N_2O的探测,浓度探测极限达到了37×10~(-9).     

FTIR遥测大气中CO2浓度变化及研究其影响因素

通过FTIR遥测北京空气中CO2浓度的变化,发现北京秋季白天CO2浓度的升高主要是由于机动车尾气的排放所引起的.CO2在白天由于光合作用和对流传输,浓度相对较低,浓度值为410μg·mL-1左右.而晚上则由于土壤和生物呼吸以及工业生产等产生的CO2在近地层大气中积累,CO2浓度值偏高,为610μg·mL-1左右.温度越高,CO2的浓度越低,而风速越小,公路边的CO2浓度越高.CO2浓度变化还受到湿度、风速等其他天气条件的影响.     

光声光谱技术在多组分气体浓度探测中的应用

CO和CH_4气体作为判断变压器运行状态的故障气体,对其浓度的探测在变压器维护中具有重要意义.为了准确探测变压器运行过程中产生的CH_4和CO气体浓度,本文利用光声光谱技术,设计了一套基于宽带光源的多组分气体探测系统,和共振型光声系统相比,该系统中所用的非共振型光声池体积小,易加工,池内各处信号强度相同,降低了对声学信号探测器的安装要求.系统的性能通过对CO和CH_4气体的探测进行评估.首先,从理论上分析了信号强度与调制频率呈反比,然后根据宽带光声系统在不同调制频率下的响应,确定系统的最佳调制频率为22 Hz.在最佳调制频率下,根据温度与待测气体光声信号的关系,对光声信号进行温度补偿,消除温度变化对光声信号的影响,进一步提高了系统的稳定性.最后,通过不同浓度的CH_4和CO气体对系统进行标定.实验表明,温度补偿前后,光声信号随温度的漂移分别为0.023 23V/℃和8.383 48×10~(-5) V/℃,通过对不同浓度CH_4和CO气体的探测,系统的线性度分别达到0.995和0.998 4.在一个大气压下,积分时间为1s时,宽带光声探测系统对CO和CH_4气体的探测极限浓度能够达到1μL/L.该系统成本低,线性度好,探测灵敏度符合国标对变压器维护过程中CO和CH_4气体的探测要求.     

基于颜色模型和稀疏表示的图像型火焰探测

常用的图像型火焰探测算法是提取火焰在图像上表现出的单个特征信息或其有效组合作为识别的依据,需要大量的训练样本进行学习与参量优化,且识别率对特征选择的要求也很高.本文从火焰的整体特征考虑,提出了基于颜色模型和稀疏表示模型相结合的图像型火灾探测方法.首先在HIS空间建立颜色模型对火灾图像进行预处理提取出疑似区域,建立稀疏表示模型,并利用主成分分析方法构造火焰和疑似火焰物体的特征字典,最后利用l1-minimization计算测试样本与训练样本的最小逼近残差实现火焰和干扰物体的分类识别.实验结果表明,该方法提高了火灾图像的分类准确度和识别速度,同时具有较高的准确率.     

基于移动机器人的室内火灾预警点探测与定位的方法研究

火灾探测技术已成为对火灾进行预防的重要手段之一,目前常用的固定式火灾探测装置不能自主的探测和定位到火警点,对火灾发生初期的预防和灭火有一定的局限性。论文针对该问题,在分析火灾探测技术的基础上,提出一种多位姿仿人鼻的火灾探测装置,并制备出样机,同时尝试将其与可移动机器人结合来实现对室内火警点的探测和定位。基于不同的烟雾情况制定出不同的探测准则,根据该准则进行路径轨迹仿真,经过仿真结果可以看到移动机器人最终定位到火警点的位置。可移动的火灾探测装置在探测和定位到火警点的过程中,若所在空间中由拐角或家具死角导致烟雾扩散有聚集死角的情况存在,会对探测和定位过程造成很大的影响,仿真实验中的移动机器人在探测和定位火警点中的轨迹可以看出死角的存在虽然影响了对火警点的探测,但最终还是能够探测和定位到火警点,其路径轨迹表现出很好的一致性和连续性。     

光散射在烟尘探测中的应用

利用烟尘微粒对光的散射作用，通过测量散射光的强度，可以作为烟尘的传感信号，这种信号可用于火警初期的报警信号，进行火警探测，从而扩充了光散射现象的应用范围。     

基于多光谱图像的烟雾检测

烟雾检测对于火灾早期防范非常重要,传统的智能视频和图像处理技术易受背景运动信息影响,抗干扰性差,且不容易区分森林水雾和燃烧产生的烟雾,森林防火误报率高。为此提出一种新的多光谱图像检测方法检测烟雾。采用多光谱成像系统,获取400至720 nm波段范围的烟雾、水雾光谱图像序列,对图像进行分层像素整合处理;利用欧氏距离度量不同分块光谱特征差异,获取动态区域光谱特征向量,根据目标与背景间光谱特征向量差异,提取烟雾、水雾区域。室内外试验结果表明：多光谱图像检测方法可用于烟雾检测,能够有效地检测并区分烟雾和水雾,与视频图像方法结合,可有效地用于森林火灾监测,降低森林火灾检测误报率。     

预警卫星半实物仿真系统设计与实现

国防支援计划(DSP)是美国现役的预警卫星系统,主要对导弹进行早期探测和预警。为评估DSP卫星对目标的探测能力,文中分析了预警卫星的部署情况和工作模式,提出了预警卫星仿真系统的总体设计方案,确定该系统的功能模块以及实现方式;根据预警卫星双波段探测的工作模式构建了红外双色扫描探测模型,提出了基于双霍夫变换的多帧关联目标检测算法,利用目标的运行特性有效去除背景噪声,并结合双波段探测信息融合策略降低卫星虚警率,最后利用双星定位方法预估目标轨迹并对不同发射角目标的预测轨迹与真实轨迹之间的误差进行对比分析。通过试验运行,该系统达到了预期结果,具备对目标导弹的探测和跟踪能力,为导弹性能评估提供一种仿真手段和依据。     

一种串联组合分类的红外行人检测方法

针对红外图像行人检测中虚警率高的问题,提出了一种串联组合分类的红外行人检测方法。该方法利用感兴趣区域的宽高比和方向梯度直方图2种特征,采用串联组合方式实现分类识别。实验结果中检测率达到了90.5%,虚警率减少了43.7%,表明提出的方法可有效检测行人同时降低虚警。     

Reduction of false alarms in forest fire surveillance using water vapour concentration measurements

In this work a theoretical model to evaluate the capabilities of our lidar system in forest fire detection is reported. In particular, a new idea of minimization of false alarm is shown. In a forest fire, in fact, a lot of ashes and in the first stage a large amount of water vapour are emitted. Measurements of water vapour increase with respect to standard humidity in the atmosphere due to a forest fire event, by means of Raman analysis, permit to minimize the false alarm. A simulation of one case of study permits to estimate the maximum range of detection and minimum sensibility of our lidar system. In this paper the theoretical results are shown.     

基于单个量子级联激光器的大气多组分测量方法

利用单个新型中红外量子级联激光器作为激光光源,结合长程光学吸收池技术开展了大气多组分同时测量方法的研究.通过结合基于自适应性Savitzky-Golay滤波的数据处理算法,有效地提高了系统检测灵敏度和光谱分辨率.研究结果表明,在1 s的时间分辨率和1 atm压力条件下,采用二次微分探测技术可实现CO,N_2O和H_2O测量精度分别为8.20 ppb,7.90 ppb和64.00 ppm(1 ppb=10~(-9),1 ppm=10~(-6));通过提高信号平均时间,在最佳的积分时间(85 s)时,系统可实现的最小检测限分别为1.25 ppb(CO),1.15 ppb(N_2O)和35.77 ppm(H_2O).整个系统具有结构紧凑,成本相对较低,通过选择其他波段的量子级联激光器的激光光源,即可实现对其他分子的实时分析.本系统可广泛应用于大气化学等领域的应用研究.     

基于多特征的快速红外弱小目标检测算法

为了从全向红外搜索和跟踪系统采集的海量大视场高分辨率红外图像中快速准确地检测出红外弱小目标,本文提出了一种基于由粗到细的分阶段检测策略和时空域特征融合的红外弱小目标检测算法.首先,通过引入基于频域的快速显著性检测算法预先检测出目标可能存在的候选区域;其次,对候选区域进行角点检测以判定是否存在候选目标;最后,通过结合帧间时空域特征对候选目标进行进一步判定,以提取真实目标、删除虚假目标.多种实际场景的实验结果表明,该目标检测算法不仅运算量小而且探测概率高、虚警率低,是一种工程实用性能很好的红外弱小目标检测算法.     

基于机器视觉的高速带钢孔洞检测系统

针对宝钢冷轧1420酸轧联合机组带钢孔洞缺陷在线检测需求，结合机组现场条件，自主开发了恶劣危险环境下的高速带钢孔洞检测系统。该系统以机器视觉技术为基础，配置高性能透射式照明光源和高速线扫描CCD图像传感器，能够获得高质量的带钢图像；系统检测软件采用快速高效的目标识别和边缘检测算法，可在30ms内完成1幅图像的处理计算，实时判定孔洞的存在与否，并将检测结果发送至服务器。系统采用C/S模式作为网络架构，实现检测数据在客户端和服务器之间的可靠传递。系统两年多的上线运行证明：该系统在冷轧机出口十分恶劣的环境条件下，可长期连续工作，准确高效地检出带钢孔洞缺陷，具有卓越的检测性能和良好的稳定性。