2.2.5　油料池火焰识别指数的构建研究

对比分析各燃料火焰的光谱特性表明，各油品火焰光谱特征相似，在3.4μm及4.5μm存在较强的发射峰，其中3.4μm波段处的特征峰是油池表面油蒸气吸收火焰辐射形成的，是各油品的特征峰。其他各燃料的火焰光谱特征同样为4.5μm波段处CO₂的强发射峰。

有研究人员针对地物的光谱特性提出了系列指数用于特定地物的识别，例如归一化植被指数［NDVI，NDVI=（NIR-R）/（NIR+R）］用于植被的识别分析^［57］，遥感影像经过归一化植被指数计算后，影像中植被表现为高亮的特征。Mcfeeters^［58］提出了归一化水体指数（NDWI）用于遥感影像中水体的提取分析。徐涵秋在此基础上提取了改进的归一化差异水体指数^［59］，该指数不仅对影像中的水体提取效果较好，而且可以有效识别水体中的杂质，解决了基于遥感影像提取分析水体中杂质的难题。

本研究从各油品与其他燃料火焰光谱的差异分析入手，提出了油料池火焰识别指数（oil pool fire detection index，OPFDI）。该指数的计算方法为：

　　（2.9）

式中，L_λ3.4表示波长为3.4μm处火焰发射光谱强度；L_λ3.2表示波长为3.2μm处火焰发射光谱强度；L_λ3.8表示波长为3.8μm处火焰发射光谱强度；L_λ4.5表示波长为4.5μm处火焰发射光谱强度。

该指数的构建思路如下。

①考虑了油料池火焰在3.4μm处的特征峰，在该峰的两侧分别有一个谷，因此在3.4μm的两侧分别选择3.2μm及3.8μm波段处的光谱值进行差值分析。酒精在3.4μm处的发射峰较为微弱，其他燃料在3.4μm不存在特征峰，因此酒精、木柴、纸张的火焰光谱经过此差值分析后的数值较小。

②火焰在不同燃烧阶段有不同温度，且存在自身的脉动等因素，火焰对外辐射的能量不稳定，为了消除该影响因素，将差值进行归一化处理，即除以每组光谱数据的最大值，也就是4.5μm处的光谱强度。

为验证OPFDI对油料池火焰的识别效果，以0^⋕柴油池火焰的光谱数据为代表，分析油料池火焰与其他燃料火焰的OPFDI之间的差异。每种燃料随机选取40组实验结果进行OPFDI计算分析，结果如图2.28所示。

图2.28　各燃料火焰OPFDI对比结果

通过图2.28可以看出，0^⋕柴油火焰光谱的40组数据计算得到的OPFDI均大于0.2，且大部分数值都大于0.3。而其他几种燃料火焰光谱的OPFDI均小于0.2，其中木柴和纸张火焰光谱的OPFDI均小于0.1，酒精火焰光谱OPFDI在0.1附近。油料火焰光谱与其他几种燃料火焰光谱的OPFDI差异明显，表明基于光谱数据，通过计算OPFDI识别油料火焰是可行的。