【摘要】：森林凋落物主要有林中枯落的枝葉、樹(shù)干以及林下枯落的草本植物、某些苔蘚、地衣等等有機(jī)物質(zhì),當(dāng)出現(xiàn)極端干燥天氣,凋落物含水率過(guò)低,或者有雷火、外部火源出現(xiàn)時(shí),就可能導(dǎo)致腐殖質(zhì)陰燃。當(dāng)林火被撲滅后,凋落物也容易發(fā)生回燃,導(dǎo)致陰燃火災(zāi)的蔓延。由于陰燃火災(zāi)沒(méi)有火焰,處于火災(zāi)發(fā)生的早期階段,極易被人忽略而引起大火。本文通過(guò)選取樟子松凋落物作為樣本,利用紅外熱像儀進(jìn)行樟子松凋落物的陰燃探測(cè)實(shí)驗(yàn),為森林陰燃火災(zāi)的探測(cè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。論文的主要內(nèi)容如下:(1)理論分析方面:結(jié)合紅外熱像儀的基本組成以及熱成像的物理原理,闡述了紅外線(xiàn)的基本特征和紅外輻射的基本定律,詳細(xì)介紹了一些基本的紅外圖像處理方法,包括中值濾波方法、小波變換去噪方法,基于邊緣檢測(cè)的分割方法和閾值分割法。(2)實(shí)驗(yàn)研究方面:在實(shí)驗(yàn)室條件下,利用紅外熱像儀具有的測(cè)溫和成像兩個(gè)功能進(jìn)行樟子松凋落物陰燃探測(cè)實(shí)驗(yàn),同時(shí)將探測(cè)目標(biāo)的溫度、形狀參數(shù)變化率和面積變化率作為識(shí)別陰燃火災(zāi)的判據(jù)。(1)將凋落物加熱至陰燃,在不同的林區(qū)風(fēng)速、探測(cè)距離、探測(cè)角度的工況下,分別采用紅外熱像儀和熱電偶進(jìn)行測(cè)溫,研究紅外熱像儀測(cè)溫的使用精度和誤差。利用MATLAB得出了在不同風(fēng)速的工況下,紅外熱像儀測(cè)溫的相對(duì)誤差與探測(cè)距離、探測(cè)角度的二元二次非線(xiàn)性擬合方程,為林區(qū)陰燃火災(zāi)的探測(cè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。(2)利用小波閾值去噪去除圖像中大部分噪聲雜波,再采用形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算進(jìn)行邊界平滑,完成陰燃火災(zāi)紅外熱像的預(yù)處理,在此基礎(chǔ)上采用最大類(lèi)間方差法對(duì)紅外圖像進(jìn)行分割,完成陰燃火災(zāi)目標(biāo)的提取,并提取探測(cè)目標(biāo)的形狀參數(shù)變化率和面積變化率。(3)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了訓(xùn)練,輸入向量為溫度、面積變化率以及形狀參數(shù)變化率,輸出為陰燃火概率。訓(xùn)練結(jié)果表明,在誤差逆向傳播迭代12次后完成了收斂。其次,運(yùn)用15組樣本對(duì)訓(xùn)練完成的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果表明,對(duì)陰燃火災(zāi)的識(shí)別率為96.6%。
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41;S762
【圖文】：

紅外熱像儀就是利用兩者之間的熱對(duì)比度的不一致而把紅外輻射的布以圖像的形式顯示出來(lái)，由于紅外輻射的能量與其表面溫度具有密切的關(guān)屏幕上顯示出來(lái)的圖像也與溫度相關(guān)，被稱(chēng)作“熱像”。顯示圖像的過(guò)程為靈敏的紅外探測(cè)器，由于電信號(hào)和紅外輻射信號(hào)的強(qiáng)弱一一對(duì)應(yīng)，所以紅外把紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后利用信號(hào)處理系統(tǒng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信信號(hào)就可以將具有紅外輻射分布的目標(biāo)信息顯示在顯示屏上了[44]。紅外熱像儀組成圖 2-1 所示，紅外熱像儀對(duì)其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)和背景輻射進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)的輻大氣的傳輸進(jìn)入紅外熱像儀內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)后，由紅外熱像儀的光機(jī)掃描系的各點(diǎn)輻射進(jìn)行掃描，得到各個(gè)區(qū)域的溫度分布場(chǎng)輻射，經(jīng)過(guò)探測(cè)器的接收外輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，并進(jìn)標(biāo)和背景各點(diǎn)的溫度分布就可以顯示出來(lái)，形成了一幅清晰的熱分布圖像，像”[45]。如果紅外熱像儀采用的是面陣焦平面陣列器件，目標(biāo)和背景的輻射進(jìn)行光機(jī)掃描，經(jīng)過(guò)光電信號(hào)的轉(zhuǎn)變直接在顯示屏中顯示出來(lái)[20]。

圖 2-2 Robert 邊緣算子Fig.2-2 Robert edge operator式所示：2 ( f ( i , j ) f ( i 1, j 1)) f (i , j 1) f ( i 1, 算子的模板進(jìn)行了擴(kuò)大，不僅可以檢測(cè)目標(biāo)算子的模板如圖 2-3 所示。-1 01-1 01-1 01-1 -10 01 1圖 2-3 Prewitt 邊緣算子

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