基于多光谱图像的烟雾检测
利用FTIR光谱技术进行烟气排放中气态污染物的在线连续解读
利用FTIR 光谱技术进行烟气排放中气态污染物的在线连续监测研究王霞、张东胜（1.北京理工大学信息科学技术学院，北京100081；2.北京化工大学机电工程学院，北京 100029）摘要：本文对利用傅立叶变换红外光谱技术进行烟气排放中气态污染物的在线连续监测进行了初步的研究。
采用气体池分析方法确定了常规监测气体的特征吸收波长。
由实验光谱数据估计了实际测量系统的主要分析波长范围、相应的采用频率、在线监测需要的最短程长。
关键词：FTIR，气态污染物，CEMS，在线监测Research on on-line monitoring of Dissolved Gas-in-Oil with FTIR spectraResearch on continuous on-line monitoring of gaseouscontaminant in emission using FTIR spectraWANG Xia1 ZHANG Dongsheng2(1. School of Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081;2. Schoolof Electromechanical Engineering , Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029)Abstract: Initial researches were completed to realize on-line monitoring of gaseous contaminant in emission using FTIR spectroscopy. Gas cell method is used to determine the characteristic absorption peaks of each gas. From the experimental spectra data, the range of analysis wavelength, the corresponding sampling frequency range and the minimum optical length of the gas cell are estimated. Keywords: FTIR, gaseous contaminant, CEMS, on-line monitoring引言CEMS（Continuous Emission Monitoring System：烟气排放连续监测系统）是用于实时连续监测固定式大气污染源燃烧排放出废气中烟尘（也称颗粒物）、气态污染物（包括SO2、 NOX、CO）的浓度及其总量的仪器系统[1]。
【国家自然科学基金】_烟雾检测_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
科研热词 推荐指数 香烟烟雾 4 黏蛋白类 2 表皮生长因子 2 血红素加氧酶-1 2 细胞增殖 2 慢性阻塞性肺疾病 2 受体 2 t淋巴细胞,调节性 2 黏蛋白 1 高温检测 1 香烟炯雾 1 香烟 1 软测量 1 血管平滑肌细胞 1 肺泡上皮细胞 1 肺气肿 1 肺动脉 1 肌,平滑,血管 1 结缔组织生长因子 1 终止香烟烟雾暴露 1 细胞迁移 1 细胞周期蛋白d1 1 类间方差 1 移植 1 磷酰肌醇3激酶 1 碱性成纤维细胞生长因子 1 烟雾检测 1 烟雾吸入损伤 1 烟草烟雾提取物 1 烟 1 火点 1 激活蛋白-1 1 温度场分布 1 氡 1 气道炎症 1 比色测温 1 支气管上皮细胞 1 戒烟 1 恶性转化 1 彩色ccd 1 平滑肌细胞 1 大鼠,wistar 1 多光谱图像 1 图像处理 1 周期蛋白d1 1 吸烟 1 叉头转录因子类 1 内皮祖细胞 1 光谱特征 1 体外染毒 1 亮温 1 s100a6 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
53 rage 54 modis 55 beas-2b细胞
推荐指数 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1ห้องสมุดไป่ตู้1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
火灾烟气特征的检测和测量技术研究
火灾烟气特征的检测和测量技术研究1. 火灾烟气的特征火灾烟气是指火灾过程中释放的可燃物的气态产物和颗粒物等物质组成的混合物。
火灾烟气中的主要成分包括CO2、CO、H2O、CO、O2、甲烷、乙烷、丙烷等有机气体，以及灰尘、烟雾等固态颗粒物。
火灾烟气的成分和浓度受多种因素的影响，包括燃烧物质的种类、燃烧的温度、火灾的空间结构以及通风条件等。
对火灾烟气的分析和测量可以提供火灾事故发生防范、救援和研究的参考依据。
2. 火灾烟气检测技术火灾烟气检测技术主要包括传统的化学分析方法和现代的光学检测技术。
2.1 化学分析方法常用的火灾烟气检测化学方法包括气相色谱法、质谱法、红外光谱分析法和气体扩散分析法等。
其中，气相色谱法和质谱法可以用于烟气中各种有机化合物的快速分析；红外光谱分析法可以检测烟气中的气态成分和吸收光谱强度，并通过谱峰强度计算出各气体的浓度；气体扩散分析法则可用于烟气的组分和浓度的确定。
这些方法虽然具有检测灵敏度高、准确性高的特点，但也存在着检测时间长、操作复杂、需要仪器设备昂贵的缺点。
2.2 光学检测技术现代的光学检测技术主要包括激光吸收光谱法、激光散射光谱法、拉曼散射光谱法和红外吸收光谱法等。
其中，激光吸收光谱法具有无需燃烧和稳定光源的优点，且具有成分和浓度检测的功能；激光散射光谱法可用于检测烟气颗粒物的分布和尺寸，并对颗粒物进行成分分析；拉曼散射光谱法则可检测烟气中小分子、有机化合物和无机化合物的成分；红外吸收光谱法则可用于检测烟气中的气态成分。
光学检测技术具有操作简便、快速、检测灵敏度高和可量化分析的优点，是目前研究火灾烟气的主要方法之一。
3. 火灾烟气测量技术火灾烟气测量技术主要包括开放式测量和封闭式测量两种方法。
3.1 开放式测量开放式测量是指在火灾现场，利用常规的检测仪器和设备对烟气成分和浓度进行检测。
常用的开放式测量仪器包括气体检测器、光学吸收光谱分析仪器、红外光谱仪器等。
开放式测量技术的优点在于检测设备普及度高、操作简便快捷，但由于烟气的扩散、稀释和混合等效应，其存在检测精度较低和受环境条件影响大等缺点。
高光谱遥感影像地面伪装目标检测方法的研究
外、热红外光谱特征，大大提高了地物的分类和识别能力，在农业、林业、海洋、气象、地质、全球环境及军事遥感等诸多领域显示出巨大的应用前景。
目前，已有许多国家相继研制出或正在研制各具特色的成像光谱仪，数量达四十种之多［３－６１。
从第一代ＡＩＳ的３２个连续波段，到第二代高光谱成像仪。
航空可见光、红外光成像光谱仪（ＡＶＩＲＩＳ）的２２４个波段，光谱分辨率在不断提高，ＡＶＲＩＳ是首次测量全反射波长范围（Ｏ．４～２．５ｒｕｎ）的成像光谱仪。
美国宇航局在１９９９年底发射的中等分辨率成像光谱仪（ＭＯＤＩＳ）和高分辨率成像光谱仪（ＨＩＲｊＳ）为人类提供了更多信息。
２００１年发射的ＯｒｂＶｉｅｗ卫星能够同时提供更高空间分辨率和光谱分辨率的数据，它能获取】ｍ全色波段影像和４ｍ～５ｍ的多光谱波段以及空间分辨率为８ｍ的２００个波段的高光谱数据。
此外，许多具有高空间分辨率和高光谱分辨率的成像光谱仪正在或即将进入实用阶段，例如：美国的ＨＹＤＩＣＥ、ＳＥＢＡＳ，加拿大的ＦＬＩ、ＣＡＳＩ和ＳＦＳＩ，德国的ＲＯＳＩＳ以及澳大利亚的ＨＹＭＡＰ等。
这些传感器有的已经进入了商业运营，技术比较成熟。
特别是美国的ＨＹＤＩＣＥ和ＡＶＩＲＩＳ多次参与军方的实验，提供了大量的军事应用的第一手资料。
图ｌ—ｌ高光谱图像数据立方体示意我国在这一领域的发展也十分迅速。
中科院上海技术物理研究所于１９９７年开始研制２４４波段的推扫式（ＰＨＩ）和１２８波段的可见光／近红外、短波红外、热红外模块化成像光谱仪系统（ＯＭＩＳ）并取得了成功，特别是ＯＭＩＳ已经成功转入商业运营。
另外，中科院长春光学精密机械与物理研究所、西安光学精密机械研究所也在这一领域取得了重要的研究成果。
高光谱数据除了拥有图像数据的几何信息外，还具有光谱信息，从而构成三维的图像立方体。
如图１．１，光谱维信息可以记录地物所具有的反射、吸收和发射电磁能量的能力，这种能力是由物质的分子和原子结构确定，不同的地物类型对应于不同的谱特征，这就是光谱的“指纹效应”，如图１．２。
烟感器工作原理
烟感器工作原理烟感器是一种用于检测烟雾的设备，广泛应用于各种建筑物和设施中，以确保及时发现火灾并采取相应的措施。
烟感器的工作原理是基于烟雾颗粒对光的散射效应，通过检测散射光的变化来判断空气中是否存在烟雾。
下面将详细介绍烟感器的工作原理。
1. 光散射原理烟感器利用光散射原理来检测烟雾。
当烟雾进入烟感器内部时，烟雾中的微小颗粒会散射光线，使得光线的传播方向发生改变。
这种散射效应可以通过光散射仪器来检测，从而判断空气中是否存在烟雾。
2. 光散射检测技术烟感器中通常采用的光散射检测技术包括光散射法和光散射光度法。
光散射法是通过照射光源并检测散射光的强度变化来判断烟雾的浓度，而光散射光度法则是通过测量散射光的光度来判断烟雾的浓度。
这些技术可以精确地检测烟雾的存在，并能够在烟雾浓度达到一定程度时发出警报。
3. 烟感器的工作原理烟感器通常由光源、光散射器、光敏元件和信号处理电路等部分组成。
光源用于照射空气中的颗粒，光散射器用于收集散射光，光敏元件用于转换光信号为电信号，信号处理电路用于处理电信号并判断烟雾浓度。
当烟雾进入烟感器内部时，散射光的强度会发生变化，光敏元件会将这种变化转换为电信号，并通过信号处理电路进行分析，最终判断烟雾的浓度并发出警报。
4. 烟感器的应用烟感器广泛应用于各种建筑物和设施中，如住宅、商业建筑、工厂、办公楼等。
它们可以及时发现火灾并采取相应的措施，保护人们的生命和财产安全。
同时，烟感器也可以与消防报警系统、自动灭火系统等设备配合使用，构成完善的火灾预警和应急处理系统。
总的来说，烟感器是一种基于光散射原理的设备，通过检测空气中的散射光来判断烟雾的存在，并及时发出警报。
它在预防火灾和保护人们的生命财产安全方面发挥着重要作用，是现代建筑物和设施中不可或缺的一部分。
希望通过本文的介绍，读者对烟感器的工作原理有了更深入的了解。
如何使用测绘技术进行林火监测和预警
如何使用测绘技术进行林火监测和预警林火是指在森林和林地中发生的野外火灾。
林火对生态环境、人类社会以及经济发展都造成了巨大的危害。
为了及早发现和控制林火，测绘技术被广泛应用于林火的监测和预警工作中。
一、遥感技术在林火监测中的应用遥感技术通过利用卫星、航空器和地面等平台获取的遥感图像，能够实时观测和监测林地的变化情况，为林火监测提供重要的数据支持。
1. 热点检测遥感图像可以通过测量地表温度来识别潜在的林火热点。
热点检测技术利用红外辐射能量进行分析，可以检测到异常高温区域，并对可能出现的林火进行预警。
2. 烟雾识别烟雾是林火发生时产生的明显标志之一。
通过遥感图像中的烟雾反射特性分析，可以快速识别烟雾区域，并进行林火的监测和预警。
3. 地表覆盖变化检测林火发生后，受火势影响的区域会发生地表覆盖变化。
通过对遥感图像中的红外、可见光和近红外波段等多种波段的分析，可以检测出地表覆盖变化的位置和范围，从而实时监测林火的蔓延情况。
二、地理信息系统在林火监测中的应用地理信息系统（GIS）是一种用于采集、存储、分析、管理和展示地理空间数据的技术工具。
在林火监测中，GIS可以提供相关地理数据的集成和可视化分析，帮助监测人员更好地了解林地状况和林火风险。
1. 空间数据集成GIS可以集成来自不同来源的空间数据，包括卫星遥感图像、无人机航拍图像、地面测量数据等，形成一幅综合的地图。
通过对这些数据进行融合和分析，可以更加全面地了解林地的植被状况、地形地貌等信息，从而更准确地预测林火的蔓延风险。
2. 空间数据分析GIS可以通过对不同的地理数据进行叠加、相交和缓冲等操作，实现对林地和林火相关要素的分析。
例如，可以通过分析植被密度、坡度、风向等因素的空间分布，评估林地的林火易燃程度，为林火的监测和预警提供科学依据。
3. 空间数据可视化GIS可以将地理数据以图形、表格和符号等形式进行可视化展示，使监测人员更直观地了解林火的分布和蔓延情况。
ENVI遥感图像处理-基于MODIS数据的气溶胶遥感监测
卫星遥感手段以其时效性高、覆盖面广、分辨率高等优势使得快速 大面积监测气溶胶情况成为可能。MODIS是先进的多光谱遥感传感 器，具有36个观测通道，覆盖了当前主要遥感卫星的主要观测数据。
研究区域
• 北京市 • 数据：
✓ MOD021KM.A2012156.0255.005.2012156094454.hdf
3.2 角度数据集的几何校正
利用GCP点对图像的校正工具：
✓ Toolbox/Geometric Correction/Registration/Warp from GCPs: Image to Map Registration
3.3 角度数据单位换算和研究区裁剪
HDF中的角度数据是扩大了100倍的，所以在进行气溶胶反演 之前要将角度合成数据乘以0.01。利用Band Math实现，并 同时将研究区裁剪出来
参考文献：
本 专 题 利 用 IDL 编 写 的 气 溶 胶 反 演 的 扩 展 工 具 modis_aerosol_inversion.sav ， 将 该 文 件 放 到…:\Program Files\Harris\ENVI54\extensions文件夹 下
3.5 气溶胶反演结果
专题总结
• MODIS数据下载地址：
✓ /data/search.html
处理流程介绍
MODIS数据是采用的MODIS L1B 1KM数据。应严格按照说明进行 操作，例如数据是1km的，数据的合成是反射率在上，发射率在下 等。
ENVI下做的北京市气溶胶反演，具体包括MODIS影像（HDF）的辐 射校正、几何校正、云检测、气溶胶反演。
Correction/Georeference
WorldView-3卫星简介
WorldView-3卫星简介国科创（北京）信息技术有限公司-WorldView-3是美国DigitalGlobe公司第四代高分辨率光学卫星，于2014年8月中发射，卫星影像分辨率为0.3米，是目前世界上分辨率最高的光学卫星。
WorldView-3除了提供0.31米分辨率的全色影像和8波段多光谱影像外，还提供8波段短波红外影像（目前提供的短波红外产品分辨率是7.5米）和12个CAVIS波段影像。
这颗卫星是目前世界上最高的分辨率，可以分别更小、更细的地物。
WorldView-3具有的覆盖可见光、近红外、短波红外的波谱特征，使WorldView-3拥有极强的定量分析能力，在植被监测、矿产探测、海岸/海洋监测等方面拥有广阔的应用前景。
短波红外（SWIR）影像非常适合对人造和天然材料进行分类，穿透烟雾，探测火情，绘制矿物图等。
WorldView-3卫星拥有的高分辨率短波红外图像提供的空间信息内容是ASTER卫星和Landsat 8卫星提供的SWIR数据的16倍。
更高的分辨率意味着更准确地在地球表面上找到人造材料（金属，塑料，油漆，玻璃纤维，沥青，石油和各种化学物质）和地质矿物（粘土，蚀变，氧化铁，碳酸盐等）并进行分类。
通过突出土壤水分含量的SWIR波段组合识别水体、检测湿度。
通过SWIR波段能够穿透烟雾的能力清晰地观察地面，在大火中识别燃烧点，监视火山喷发，并通过使用SWIR图像检测高热排放来识别由工厂机械或其他人为活动产生的热量等等。
WorldView-3卫星光谱分布WorldView3卫星优点：•同步高分辨率超光谱影像。
•大面积单景和立体采集可消除时态变化。
•无地面控制点亦可实现精确地理定位。
•每天采集全球68万平方公里的影像。
•卓越的阴霾穿透能力。
•行业领先的地理定位精度（十分稳定的平台，高精度姿态传感器和GPS）。
•在多种拍摄类型下均提供了高容量（比竞争对手的产品宽）。
•使用控制力矩陀螺迅速重新瞄准目标（比其他任何竞争对手快2 倍以上）。
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文献标识码 ： Ａ Ｄ ：１ ．９ ４ ｊｉ ｎ １０ —５３ ２ １ ）４１６ －４ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ００ ９ （００ ０—０ １０ ｓ
中 图分 类 号 ： ３ １ ＴＰ ９
能量会减少 ， 可利用小波 变换 提取烟 雾产生 区域ｌ 。 该方 ５ 但 ］
基金项 目：国家 自然科学基金项 目（ ０ ３ ０ ０ ６ ７ ５ １ ） 教 育部 博士点基金项 目（ ０ ６ ６ ９ ３ ） 航 空基金项 目（ ０ ７ Ｃ ３ ３ ） ６６４３ ， ０７０２ ， ２００９０２ ， ２ ０ Ｅ ５ ０ ７ 和陕 西省 工业攻关项 目（Ｏ ８ Ｏ —５ 资助 ２ Ｏ ｋ ４２ ） 作者简介 ：卫颖卓 ，１ ８ ９ ６年生 ， 西北工业大学 自动化学院硕士研究 生
＊通 讯 联 系 人 ｅｍａｌ ｈ ｎ ｓ ｎ ｕ ｅ ｕ ｃ － ｉ ：ｚａ ｇｗ＠ ｗｐ ．ｄ ．ｒ ｌ
ｅｍａ ： ｇ ｗｙ＠ １３ ｃｍ － ｉ ｘ ｄ ｚ ６ ．ｏ ｌ
１６ ０２
光谱 学与光谱分析
第３ ０卷
利用 吸收光谱 ，本文是在 可见光波段获取多光谱 图像来分析
背景物质光谱差异 ， 利用的是发射 光谱 。 本文使用 Ｃ 公 司生产 的 Ｖａｉｐ ｃＶＩ 电调滤 光片 ＲＩ ｒ ｅ Ｓ型 Ｓ 和加 拿大 ＱＩ ＧＩ ＭＡ ＮＧ公司生 产 的高倍 增益 Ｃ Ｄ相机组 成 Ｃ
外森林监 视下又经 常出现 。 多光谱成像技术是 将摄人光 源经 过过滤 ，同时采集不 同可见光谱和红外光谱 等波段 的数字 图
像 ，并进行分析处理 的技术 。 该技 术利用 物质光谱 反射率 与 其化学物理特性之 间的相关性 ，进行物质鉴别 和其化学成分 预测 ，已广泛应用于军事 、医学和农业等领域［ ］ 本文提 出 ７ 。 种基于多光谱 图像 的检测方雾 ，为森林 防火提供 技术支
基 于 多光谱 图像 的 烟雾 检 测
卫颖卓 ， 张绍武 ， 刘彦伟
西北工业大学 自动化学院 ， 陕西 西安 ７ ０ ７ １０ ２
摘
要
烟雾检测对 于火灾早期 防范非常重要 ， 统的智 能视频 和 图像处理 技术 易受 背景运 动信 息影 响， 传
抗 干扰性差 ， 不容易区分森 林水雾 和燃烧 产生的烟雾 ， 且 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 ４ ０至 ７０ｎ ０ ２ ｍ波段 范围 的烟 雾 、 雾光谱 图像序 列 ， 图 水 对 像进行分层像素整合处理 ； 用欧氏距 离度 量不同分块光谱特征差异 ， 利 获取动 态区域光谱特 征向量 ， 根据 目 标与背景问光谱特征 向量差异 ， 提取烟雾 、水雾区域 。 内外试验结果表 明 ： 室 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
持。
１ 光谱特征分析
由于每种物质都有各 自的光谱特征 ，因此可 以根 据光谱
生使背景图像锐度 减小 ， 轮廓逐渐模糊 ， 对应 的小 波系数 其
收稿 日期 ：２ ０—５０ ， 订 日期 ：２０ —８０ ０ ９０ —５ 修 ０ ９０ —８
来 鉴别 物质和其化学组成 。 谱分析可 利用发射光 谱 ，也可 光
行了检测 。
尚未扩散的火 势 ， 达到火灾早期控制 目的。 早期火灾检测 主要 是针对火焰 和温度进行检测 ， 如红外 监视传感器检测火情［ ， 】 这种检测方法要求火焰 与传感器之 ］ 间没有 阻挡物 ， 而实 际的森林 火灾源 头常 常隐藏 在灌 木丛 、 树木 、山体等遮挡物之后 ， 只有 当火焰 蔓延 至树顶 之后才有 可能被检测到 ，而这时火势往往 已转变 为大火 。另外 对烟尘 敏感 的感 烟传 感 器 也 被 用 于 火 灾 检 测 ，但 受 制 于 空 间 制 约 ， 通常用于室 内监测 ， 法用于大范围区域如 森林 环境 。 无 目前智能视频技术和 图像处理技术被广泛地应用于烟雾 检测ｌ６， ２ｌ 这些方法多 利用 烟雾本 身 的动态 特征 、色彩 特征 ＿
第３卷， ４ ０ 第 期
２ ０ １ ０年 ４ 月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ
Ｖｏ． ０ Ｎｏ ４， ｐ ０ １ １ ６ １３ ， ． ｐ ｌ ６ — ０ ４ Ａｐ ｉ，２ １ ｒｌ ０ ０
以及 透 明 特 征 等 。
以上这些方法在特定场合有较好的检测效 果 ， 但是 不能 较好 地区分烟雾和水雾 。 这是 因为 烟雾 和水 雾的动态特 征十 分相 似 ， 且往往呈 白色状 ， 统彩色传感 器所能 采集 的光线 传 波长 范围较小 ， 通过颜色较难 区分 烟雾和 水雾 ，而水雾在 野
引 言
火 灾 对 自然植 被 、 类 财 产 会 造 成 不 可估 量 的 损 失 。烟 人 雾 检 测 是 火 灾 防 范 的 重 要 环 节 ， 雾 的有 效 检测 能 及 时 发 现 烟
法容易产生很多噪声 ，易受亮 度影响 ，且 当背景图像信 息量 少时算法难以实现 。 袁非 牛等ｌ利 用烟雾 运动 特性 ， 算图 ６ ］ 计 像分块的累积量和主运动方 向， 采用 贝叶斯分类器对 烟雾进
一
Ｖｉ ｎｅ ３ 为图像 中烟 雾 区域 的像 素值在 一定 时间 ｃ ｔ 等【 认 ｅ ］ 内呈现低频持续变化 ， 而其他运 动背景如 飞鸟 、行驶汽 车等 快速运动物体表现为像素上的瞬时运动 ， 用隔多帧 差方法 可
提 取 烟 雾 产 生 区 域 。但 该 方 法 易 受 局 部 持 续 运 动 物 体 干 扰 ， 如 晃 动 的 树 叶 等 ， 适 合 森 林 防 火 。由 于 透 明性 ， 雾 的 产 不 烟