红外热成像技术在文物保护中应用

    【CPS中安网 cps.com.cn】据统计，2010年至今，已有34处全国重点文物保护单位内出现火情和发生火灾事故，很多重要的文物建筑在熊熊大火中受到严重损毁甚至全部灭失。2017年3月国家文物局、公安部消防局在北京首次联合召开的全国文物消防安全工作视频会议上，国家文物局副局长宋新潮坦承，众多威胁文物安全的因素中，火灾一直是古城镇、古村寨和文物建筑最大的安全威胁。从近些年的文物古建筑火灾来看，虽然总量不大，但损失大、影响大。宁德市蕉城区博物馆通过在省级文物保护单位—宁德天后宫安装使用热成像防火技术，经过半年来的运行，热成像防火技术具有高灵敏的反应度、极低的误报率以及运行的稳定性等优点。通过试运行，证实其防火技术可以在文物保护中大显身手，是文物保护领域的创新技术,可实现文物保护的关口前移和实施源头保护，可实现精准的文物防火和防盗。

　　传统木构文物的防火技术

　　木构文物的防火技术，目前只有利用烟雾感应器和温度感应器来感知火情的传统技术。烟雾感应器和温度感应器属于被动接收式防火技术，只有烟雾或者高温到达感应器区域才能被感应到，而此时火情已经较大，危害已经造成。烟雾或者温度感应器无法及时发现火情萌发，这是其致命的缺点。此外，利用高清可见光监控来发现火情，此类技术的缺点是需要监控到大面积的烟和火之后才能看到，而且主要依靠人工查看实时监控，防火效率低，无法真正做到预防火灾，把损失降到最低。从以上传统的防火方案来看，防火效率普遍低下，无法完全避免火灾造成的损毁。

　　红外热成像防火工作原理

　　自然界中，一切高于绝对零度(-273℃)的物体都可以产生红外线辐射电磁波，红外热成像技术是通过采集红外光，来探测物体发出的热辐射。物体随着温度变化，电磁波的辐射强度与波长分布特性也会随之变化，在相同的环境中，由于存放或存在的物体不同，其每一种物体的表面温度就不同，如热的良导体在常温下的温差变化比热的不良导体大。任何环境下，物体表面就会有不同的温差区别，不同的温度差别就会产生不同波段的电磁波信号。红外热成像工作的原理就是运用光电技术检测到物体辐射红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，简单的说就是将人眼不能直接看到的目标表面温度分布情况，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像，在显示器中显示。在显示过程中通过后端软件技术，还可以进一步计算出温度值，即对非接触探测到的红外热能加以量化，准确测量被摄物体的表面温度。

　　红外热成像技术使人类超越了视觉障碍，由此人们可以看到物体表面的温度分布状况。红外热成像是唯一一种可将热信息瞬间转为可视化并加以验证的诊断技术，它利用物体热辐射进行探测成像，可作为可见光的完美补充，打开了很多可见光实现不了的思路，给文物安全防护领域注入了新生力。

　　热成像技术在木构文物防火上的优势

　　在木构文物古建筑内外建立一套基于热成像应用的高精度防火系统，可实现对文物火灾的预防，热成像防火系统可快速准确发现起火点，将火情扼杀在萌芽的初起阶段。通过热成像技术可监测到木构文物内部空间的温度异常，发现火情更快速、预报火警更准确、火警处置更高效，实现科学防火，最大化降低损失。在木构古建筑或在博物馆内外安装热成像系统，可全面监测到防火区域的正常工作温度以及起火点温度，在起火点温度与正常温度之间取一个值作为热成像系统的报警阈值，监测区域内只要有温度超过阈值，热成像系统就会发送报警信号给软件平台，而软件平台则会将该报警信息同步通知值班人员，以便管理人员尽早处理火情隐患。平台还可通过联动声音(通话)、图像、短信、微信、邮件等方式同步发送给其他工作人员手机上。

　　热成像技术在木构文物防火上的优势主要有：

　　优势一：发现火情特别快。是以秒为单位，这一点在木构文物上防火是非常重要的。我们知道木构古建筑由于建成时间比较久远，建筑物内部比较干燥，耐火等级非常之低，这也是中国传统木构古建筑的弱点所在。木构古建筑发生火灾与其他建筑物发生火灾一样，初起火源非常重要，都是以秒来衡量的，在火灾的初起阶段，主要特征是初起烟雾大，可燃物质燃烧面积小，火焰不高，辐射热不强，火势发展比较缓慢，这个阶段是灭火的最好时机。如果管理人员发现的早，用灭火器或者一桶水马上就可以将起火点的火源扑灭，完全可以避免更大的损失。

　　优势二：可穿透能力特别强。可以穿透雾、雨、雪的能力，能适应全天候条件下成像。大气、云雾烟尘等会吸收可见光和近红外线，但是对于3～5微米(中波红外区)和8～14微米(长波红外区)的热红外线却是透明的，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。利用这两个窗口，可以使人们在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的火场，清晰地观察到前方的情况。传统监控设备很难在云雾密布的环境下拍摄到清晰的图像，而红外热成像技术却能有效穿透大气、云雾等环境拍摄出清晰的图像。当木构建筑在发生火灾，建筑物内烟雾缭绕时，消防人员无法看清现场情况，热成像技术可以准确发现火源点，对现场精准灭火以及开展火场救援意义重大。

　　优势三：适应于任何光照环境。传统监控设备依靠自然或环境光照进行成像，而红外热成像技术无需任何光照，依靠物体自身辐射的红外热能即可清晰成像，并以高对比度的热图像清晰显示目标物。适用于任何光照环境下工作，不受强光影响，无论白天黑夜都可清晰地探测和发现目标，识别伪装及隐蔽的目标，不受天气和照明条件影响。因此可真正实现白天/黑夜24小时监测。这使得安保系统在探测性能方面更胜一筹。

　　优势四：可实现定点监测和巡航监测。针对木构文物的重点防火区域，采用红外热成像设备进行在线实时定点监测。同时，还可以进行巡航监测，可针对几个重点防火区域设置巡航扫描，实时动态监测木构文物保护单位的防火安全。

　　此外，红外热成像技术还可实现温度异常监测和火点监测的双重保障，通过区分温度异常和火点监测，后端平台将自动发出预警和报警信号，平台可实现全智能功能，方便值班人员管理，节约大量的安保成本。

　　热成像技术在田野文物防盗上的运用

　　热成像技术在军事上有着重要的应用，已成为现代战争中的关键技术。国内外都非常重视热成像技术的发展，许多国家为加强自身防御能力和提高夜战水平，不仅把热成像技术作为现代先进武器装备的重要技术纳入国防发展战略，而且加大研制经费。比如：1991年海湾战争中，在夜间以及风沙和硝烟弥漫的战场上，由于美军装备了先进的红外热成像技术，能够先于伊拉克军的坦克而发现对方，并开炮射击。而伊军只是从美军坦克开炮时的炮口火光上才得知大敌在前。由此可以看出红外夜视技术在现代战争中的重要作用。该技术在阿富汗、叙利亚的反恐战争中都发挥了重要的作用。所以说红外热成像技术就是黑夜中的“第二双”眼睛。

　　野外的不可移动文物，如：古墓葬和古遗址，一直受到盗墓分子的觊觎，夜间的防盗更是防不胜防。热成像技术可以解决困扰文物保护工作者的这一难题，在田野文物的四周安装红外热成像设备，通过热成像的工作原理，在夜间只要是有热源的生物进入设备监控区域，不论是隐藏在暗处还是隐藏在草丛中的人或动物都可进行高效探测，哪怕是一只老鼠爬过，红外热成像技术都可以让后端的显示设备清晰的看到，使作案人员无处藏身。同时，通过设定热源移动来进行报警，平台的值班人员在第一时间即可发现夜间有人或动物进入田野文物监测区域，通过现场鸣笛报警、现场喊话或派出安保人员对盗墓分子进行驱离，杜绝田野文物在夜间被盗的可能。

　　结论

　　红外热成像技术无论是黑夜、雾霾天，还是无光、逆光、强光的环境，其视界几乎不受影响。越是复杂的环境或是恶劣的天气，红外热成像的优势就越明显。此外，红外热成像技术还具有漏报误报率低，准确率高，报警距离远，能探测隐蔽物体的特点。可实现对不可移动文物全天候24小时的防火防盗，多种优势足以让该技术集万千宠爱于一身。但红外热成像技术在文物领域的防火防盗，目前还是一片空白，相信在不久的将来，热成像技术将发挥其自身的技术优势，在文物保护领域绽放光彩，为祖国的文化遗产保护事业做出应有的贡献。

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