2.2.5　油料池火焰識別指數的構建研究

對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存在較強的發射峰，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的強發射峰。

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

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別指數（oil pool fire detection index，OPFDI）。該指數的計算方法為：

　　（2.9）

式中，L_λ3.4表示波長為3.4μm處火焰發射光譜強度；L_λ3.2表示波長為3.2μm處火焰發射光譜強度；L_λ3.8表示波長為3.8μm處火焰發射光譜強度；L_λ4.5表示波長為4.5μm處火焰發射光譜強度。

該指數的構建思路如下。

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

②火焰在不同燃燒階段有不同溫度，且存在自身的脈動等因素，火焰對外輻射的能量不穩定，為了消除該影響因素，將差值進行歸一化處理，即除以每組光譜數據的最大值，也就是4.5μm處的光譜強度。

為驗證OPFDI對油料池火焰的識別效果，以0^?柴油池火焰的光譜數據為代表，分析油料池火焰與其他燃料火焰的OPFDI之間的差異。每種燃料隨機選取40組實驗結果進行OPFDI計算分析，結果如圖2.28所示。

圖2.28　各燃料火焰OPFDI對比結果

通過圖2.28可以看出，0^?柴油火焰光譜的40組數據計算得到的OPFDI均大于0.2，且大部分數值都大于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，表明基于光譜數據，通過計算OPFDI識別油料火焰是可行的。