1. 课题研究背景及意义

火灾是指在时间或空间上失去控制的灾害性燃烧现象，可燃物、助燃物、着火源是引发火灾的基本要素^[1]。在各种灾害中，火灾是最常见且多发的自然灾害之一。近几年，大空间建筑火灾、码头火灾、森林火灾、油库火灾等频繁发生不仅使人类的生命和财产蒙受惨重损失，也对人类生态环境造成了极大的破坏。据统计，在众多灾害中，火灾发生的频度是最高的，而火灾造成的直接损失约为地震的5倍，仅次于干旱和洪涝。人类与火灾已经维持了很长一段时间的斗争，并创造了各种各样的预防火灾的方法^[2]。目前传统的感烟、感温、感光等的火灾探测器，通过火灾火焰烟雾、温度、光的特性来探测火灾，对室内的火灾救援颇有成效^[3]。但对于大空间环境，尤其是野外，早期的火灾探测仍是一个难题。野外火灾具有受空间限制小，覆盖范围广，易受环境温度影响等的特点，随着气温的增高，可燃物与着火点的温差减小，更容易被点燃，火焰燃烧时由于处在敞露的环境中，氧气充足，空气对流快，更加快了火势的蔓延；早期的火灾信号具有随机性，这对依据某个特定火灾参量进行探测的传统火灾探测器来说误报率无疑增大；且传统火灾探测器容易受到环境中的灰尘、静电、气流、水滴及人为因素的影响，在野外也会因空间大，距离远导致传感器灵敏度降低。这些因素都给火灾探测造成了一定的困难^[4]。近年来，基于图像的火灾识别技术逐渐引起人们的关注与重视，该检测技术不受空间、距离等因素的影响并且能够快速地反映出火灾现象中的图像信息，很好地弥补了传统检测技术的不足，这对解决野外环境下火灾火焰的检测识别问题具有特别重要的意义。

1. 国内外研究和发展状况

2.1传统火灾探测技术

对于火灾自动探测技术的研究，国外已经开展了一百五十多年。基于各种火灾识别模式的火灾探测器相继问世，并日趋完善。目前火灾探测器大体分为五类：气敏型、感温型、感烟型、感光型和复合型。

1. 气敏型探测器

气敏型火灾探测器一般利用敏感元件铂遇可燃气体氧化，改变自身电阻的原理工作^[5]。这种类型的探测器可以检测空气中的可燃气体的含量，当空气中可燃气体含量达到或超过预先设定值时，就会自动发出报警信号。但探测器的灵敏度也会因可燃气体的腐蚀作用降低，因此需要定期清理探测器；同时在空间较大和通风条件好的场所不宜使用气体火灾探测器。

1. 感温型探测器

感温型探测器利用金属热膨胀系数、升温后熔合金玻璃球溶化、水银接点动作、热敏电阻改变等原理，温度上升超过一定值时启动报警装置。虽然感温探测器体积小、不受环境中其他烟尘雾气干扰、可恢复性强，但是它的灵敏度低、探测速度慢，对阴燃火灾往往不响应，难以满足火灾早期探测的要求^[6]。

1. 感烟型探测器

感烟型探测器主要响应燃烧或热解产生的烟雾粒子，主要分为离子型、光电型、激光型和红外线束型四种。离子感烟探测器利用的是烟雾粒子改变电离室电流的原理；光电感烟探测器应用烟雾粒子对光线产生散射，吸收或遮挡的原理；激光型感烟探测器应用的是烟雾粒子吸收激光光束原理；红外光束型感烟探测器应用烟雾粒子吸收或散射红外光束的原理工作。感烟型探测器对浅色烟雾十分敏感，但对会产生大颗粒黑烟的火灾却效果甚微，且不适宜安装在平时烟雾较大或通风速度快的场所^[7]。

1. 感光型探测器

感光型火灾探测器用于响应火灾的光特性，目前使用的火焰探测器有两种：一种是对波长较短的光辐射敏感的紫外探测器，另一种是对波长较长的光辐射敏感的红外探测器。感光型探测器的响应速度快，可探测不可见区域火灾，特别适用于突然起火，又无烟雾的易燃易爆场所，且不受环境气流的影响，性能稳定、可靠、探测方位准确，探测距离及保护面积大于感烟和感温探测。但是，在可能发生无焰火灾、火焰出现前有浓烟扩散、探测器的镜头易被污染、易被遮挡、易受阳光或其他光源直接或间接照射等情况下，探测器容易产生误报警或不报警^[8]。

1. 复合型探测器

复合型火灾探测器，顾名思义就是将多种探测器的功能集合到同一个探测器上，同步对火灾过程中的多个参数进行探测和数据处理，分析识别是否为火灾。它兼顾了火灾探测的可靠性和多功能性，但仍无法应用于大空间及野外火灾的探测报警。

传统的火灾探测系统结构简单，易于实现，已经得到了广泛的应用，但是它们的弊端也显而易见。无论感光、感烟还是气敏型探测系统，都无法在野外大空间环境下有效的工作。且传统监测系统还无法很好地做到火灾的早期检测。所以这些探测系统的性能还不能满足野外火灾探测的需要，需要进一步研究新的火灾探测方法。