2.2.5　油料池火焰識(shí)別指數(shù)的構(gòu)建研究

對(duì)比分析各燃料火焰的光譜特性表明，各油品火焰光譜特征相似，在3.4μm及4.5μm存在較強(qiáng)的發(fā)射峰，其中3.4μm波段處的特征峰是油池表面油蒸氣吸收火焰輻射形成的，是各油品的特征峰。其他各燃料的火焰光譜特征同樣為4.5μm波段處CO₂的強(qiáng)發(fā)射峰。

有研究人員針對(duì)地物的光譜特性提出了系列指數(shù)用于特定地物的識(shí)別，例如歸一化植被指數(shù)［NDVI，NDVI=（NIR-R）/（NIR+R）］用于植被的識(shí)別分析^［57］，遙感影像經(jīng)過(guò)歸一化植被指數(shù)計(jì)算后，影像中植被表現(xiàn)為高亮的特征。Mcfeeters^［58］提出了歸一化水體指數(shù)（NDWI）用于遙感影像中水體的提取分析。徐涵秋在此基礎(chǔ)上提取了改進(jìn)的歸一化差異水體指數(shù)^［59］，該指數(shù)不僅對(duì)影像中的水體提取效果較好，而且可以有效識(shí)別水體中的雜質(zhì)，解決了基于遙感影像提取分析水體中雜質(zhì)的難題。

本研究從各油品與其他燃料火焰光譜的差異分析入手，提出了油料池火焰識(shí)別指數(shù)（oil pool fire detection index，OPFDI）。該指數(shù)的計(jì)算方法為：

　　（2.9）

式中，L_λ3.4表示波長(zhǎng)為3.4μm處火焰發(fā)射光譜強(qiáng)度；L_λ3.2表示波長(zhǎng)為3.2μm處火焰發(fā)射光譜強(qiáng)度；L_λ3.8表示波長(zhǎng)為3.8μm處火焰發(fā)射光譜強(qiáng)度；L_λ4.5表示波長(zhǎng)為4.5μm處火焰發(fā)射光譜強(qiáng)度。

該指數(shù)的構(gòu)建思路如下。

①考慮了油料池火焰在3.4μm處的特征峰，在該峰的兩側(cè)分別有一個(gè)谷，因此在3.4μm的兩側(cè)分別選擇3.2μm及3.8μm波段處的光譜值進(jìn)行差值分析。酒精在3.4μm處的發(fā)射峰較為微弱，其他燃料在3.4μm不存在特征峰，因此酒精、木柴、紙張的火焰光譜經(jīng)過(guò)此差值分析后的數(shù)值較小。

②火焰在不同燃燒階段有不同溫度，且存在自身的脈動(dòng)等因素，火焰對(duì)外輻射的能量不穩(wěn)定，為了消除該影響因素，將差值進(jìn)行歸一化處理，即除以每組光譜數(shù)據(jù)的最大值，也就是4.5μm處的光譜強(qiáng)度。

為驗(yàn)證OPFDI對(duì)油料池火焰的識(shí)別效果，以0^?柴油池火焰的光譜數(shù)據(jù)為代表，分析油料池火焰與其他燃料火焰的OPFDI之間的差異。每種燃料隨機(jī)選取40組實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行OPFDI計(jì)算分析，結(jié)果如圖2.28所示。

圖2.28　各燃料火焰OPFDI對(duì)比結(jié)果

通過(guò)圖2.28可以看出，0^?柴油火焰光譜的40組數(shù)據(jù)計(jì)算得到的OPFDI均大于0.2，且大部分?jǐn)?shù)值都大于0.3。而其他幾種燃料火焰光譜的OPFDI均小于0.2，其中木柴和紙張火焰光譜的OPFDI均小于0.1，酒精火焰光譜OPFDI在0.1附近。油料火焰光譜與其他幾種燃料火焰光譜的OPFDI差異明顯，表明基于光譜數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算OPFDI識(shí)別油料火焰是可行的。