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理解與火災環境有關的熱強度
自20世紀90年代以來，消防部門一直在成功地使用熱成像儀。熱成像儀「TIC」在戰術中的運用挽救了許多生命，自首次被使用以來，熱成像儀已經得到了很大的改進，總體成本大幅降低，從而更加便於消防部門使用。
然而，關於熱成像儀的教育和培訓並沒有得到更新，也沒有成為消防部門的關注重點。這樣的例子廣泛存在於許多消防隊，儘管他們在不斷更新各種裝備，譬如更新的SCBA「空氣呼吸器」和PPE「個人防護裝備」，但他們仍在使用15-20年前的那種過時的TIC。
過往的熱成像技術與當今的技術模式之間的差異是相當驚人的，Max Fire Box曾拍攝了兩張對比圖，將20年前的熱成像儀與2年前的熱成像儀圖像清晰度進行比較，兩者間的差距堪比黑白電視和現代LED高畫質電視。
傳統上，對火災環境的判斷主要依賴於視覺觀感，消防員通常通過觀察了解建築結構和煙氣情況，並根據肉眼看到的東西來判斷環境的危險程度。此外，還依靠感受到的熱量來衡量火場熱度。
這種戰術遺漏了一個極易被忽略的角度—熱數據，因為熱輻射是消防員看不到的傳熱方式之一。
缺少了解甚至缺少相關培訓導致了教育上的鴻溝，使許多消防員在黑暗中根本不知道如何充分使用可能拯救他們生命、百姓生命和提高救援效率的裝備。
下文中，我們將討論消防熱成像儀使用中的常見誤區。
消防領域外也有許多不同類型的熱成像儀，但消防員並未使用這類裝備或接受過相關培訓，下文中我們將用熱成像儀一詞來專門指代消防隊使用的熱成像儀。
我們將用事實、證據為基礎的數據來解答這些問題，這些參考資料可在文章的末尾找到，大家可以在參考文獻中做進一步閱讀和回顧。
誤區一
我不需要消防熱成像儀來告訴我火場有多熱，我會等到耳朵有灼燒感或用射水在天花板上測量熱量
消防員在整個職業生涯中都被教授了許多有價值的概念和技能。但不幸的是，我們中的許多人（包括我自己）從來沒有被教授如何正確測量熱量。
例如，NFPA 1971《The Standard on Protective Ensembles for Structural Firefighting and Proximity Firefighting》中要求對所有消防員個人防護裝備（外套、褲子、手套和阻燃頭套）進行熱量測試，測試得出的數值稱為TPP（熱防護性能）或熱保護性能（NFPA 1971，第64頁）。
這些數據最初來源於Alice Stoll的研究，現在被稱為Stoll曲線。這些數據可以量化導致二級燒傷的各種變量，美國在50-60年代對水手進行了這類測試。
她的研究成果（即Stoll曲線）現在是NFPA認證的消防服裝或PPE（Oberon第1頁）中熱保護性能評級的基礎。
最低要求值是35即提供17.5秒的熱保護，確保這期間穿戴個人防護的人員不會受到二度燒傷。起初，這似乎非常巧妙，但作為消防員，這種所謂的防護根本無法保護我們自己。
正如人文主義者赫胥黎所說，「科學實際上所做的事情是為災難性的結果提供更好的解釋。」
現代火災環境中，消防員雖有良好的個人防護，但是當他們有疼痛的熱感時，他們的PPE（個人防護裝備）實際上已經被熱能滲透了。
他們的PPE滲透或充滿熱能，熱能便會開始轉移到消防員的肌體。一旦消防員有刺痛感時，這種疼痛的感覺就會迫使他們撤退或使他們摔倒在地，這就是所謂的「警報時間」，即感覺疼痛到實際燒傷之間的時間。
這種情況下，當消防員的皮膚達到或接近54攝氏度時，他們就會被燒傷。這是Stoll曲線所描述的，導致人員二度燒傷的溫度。
研究還發現，如果皮膚溫度繼續上升，那麼，在60攝氏度時，人體感受疼痛的神經末梢就會關閉。
在FEMSA手冊中，包括在美國和加拿大出售的每一件消防員PPE（個人防護裝備）中，都可以找到如下引文：
「如果你的防護服接觸到一個熱的環境或一個熱的物體，你可能會在你的防護服下被燒傷，沒有先兆，也不會損壞防護服。因此，必須時刻警惕接觸熱環境、熱物體或其他危險的可能性」（FEMSA第2-4頁）
在當今的火災環境中，隨著個人防護裝備的進步，通過人體來感受火場溫度是一種被迫採取的防禦姿態，消防員在被燒傷或死亡之前可能都來不及對環境作出反應、撤離或做出冷卻動作。
因此，消防員必須通過熱成像儀了解熱量，應該要「看到熱量」而不是等消防員「感受到熱量」。
上述兩圖是新舊熱成像儀的成像對比
誤區二：
熱成像儀不就是聚焦、拍攝然後讀取溫度數據嗎？為什麼消防員需要對這個裝備開展深入的訓練？
培訓消防員正確使用熱成像儀時，另外一個需要克服的是，不能僅培訓消防員讀取屏幕右下角或顯示器上顯示的溫度。
首先也是最重要的一點，消防員需要明白，消防用熱成像儀不是溫度計。溫度數值讀數是對一個12英寸小區域的測量值。如果熱成像儀處在與目標合適的距離內，並且沒有任何可能影響其測量的大氣衰減，則校準溫度為±3攝氏度，這種測量被稱為物體「表面溫度」，它是在某些變量範圍內的近似值。
校準TIC時，要通過測量一個預設的距離，且排除煙氣、火災、水分這些因素的幹擾。
每一臺消防熱成像儀的使用說明書中，都可以找到以下關於現場溫度的詞語：「不要將熱成像儀的溫度讀數當做溫度的精確測量值」。
火場環境中，有許多變量會導致這種測量偏離準確值。
影響溫度的變量有很多，包括但不僅限於以下幾個方面：
與待測目標的距離。熱成像儀的不同測量點到被測物體的精度各不相同，最低為10：1「10英尺外可測量1平方英尺」，最高達900：1「900英尺遠，可測量1平方英尺」。
輻射率。溫度測量中最重要的變量之一是輻射率，輻射率是一種物體輻射熱量的能力。輻射率等級被定義為能量的分數「在0到1之間」，與輻射率值為1的絕對黑體表面相比。
註：輻射率（Emissivity）是衡量物體表面以熱輻射的形式釋放能量相對強弱的能力。物體的輻射率等於物體在一定溫度下發射的能量與同一溫度下黑體輻射能量之比。黑體的輻射率等於1，其他物體的輻射率介於0和1之間。輻射率是個標量。通常來說，材料顏色越暗表面越粗糙，其輻射率就越接近1。材料的反射率越高，其輻射率就越低，高度拋光的銀的輻射率只有大約0.02。實踐證明，物體的輻射率、透射率、反射率這3個參數對波長最敏感，其次是被測物體的表面狀態。
熱成像儀可以檢測來自固體表面和在8-14微米光譜範圍內的氣體熱輻射。輻射率可以使物體表面或氣體呈現出與實際溫度不符的溫度，從而影響輻射。
一般來說，黑色和粗糙的表面往往具有較高的輻射率，而發亮/光滑的表面則具有較低的輻射率。
在Max Fire Box火災模擬實驗中的一組照片中可以找到例證，盒子的兩側由金剛石鍍層（一種非常閃亮的低輻射率材料即反射率高材料）製成，這使得熱成像儀讀取的是反射的表面溫度，即周圍的環境溫度，這就導致溫度不準確。
風速：哪怕風速低至每小時3英裡，也可以將溫度測量值降低50%。
水分：熱成像儀讀取的長波紅外能量在蒸汽中傳播時，會被水分阻擋或導致能量消散。特別是噴淋頭噴水的環境或高水分含量的環境，都會限制或阻礙熱成像儀的測量能力，熱成像儀的鏡頭可能會被溼氣遮蔽，無法正常工作。
煙氣的光密度：在火災中由於懸浮微粒、缺乏通風和燃燒的物質而產生的煙氣越多，吸收待測目標和熱成像儀之間的熱能就好越多，從而限制消防熱成像儀的測量範圍和有效性。
NIST的研究論文中指出，解析度為160×120的熱成像儀在教濃的煙氣條件下，圖像的對比度會隨之下降「對比度傳遞函數降低即CTF」，CTF是分辨一定距離內不同物體間細微溫度差異的能力。（NIST第41頁）。
誤區三：
熱成像儀可以讀取煙氣或氣體的溫度
市面上有許多類型的熱成像儀，其中一些可以讀取氣體溫度，稱為光學氣體成像儀。然而，消防熱成像儀既不能讀取氣體，也不能準確讀取煙氣溫度。原因如下：
輻射率：消防熱成像儀測量的是輻射率在0.95至0. 97之間的物體表面熱量。只有三種已知的氣體屬於這一範圍，即乙烷、環氧乙烷和氰化氫。
紅外光譜的不同範圍：消防熱成像儀檢測到的長波紅外能量，其光譜範圍為7-14微米。許多氣體的光譜範圍為紫外線、短波紅外（SWIR）和中波紅外（MWIR）。在這些範圍時，消防熱成像儀無法探測到紅外線能量。
應該鼓勵消防員多留意周圍的環境，讓他們知道熱成像儀所顯示的是來自物體表面的熱信號和熱對流。
誤區四：
所有熱成像儀都是相同的「差別不大的」
相信這樣的說法的人，最終可能因不恰當的購買熱成像儀而使消防部門付出代價，並可能導致消防員受傷或死亡。
在NIST的研究論文中，對圖像質量作了以下描述：「值得注意的是，熱成像儀光學系統、處理器和顯示模塊對整體的圖像質量都至關重要」（NIST第36頁）
市面上生產的每一種熱成像儀都使用了不同種類的探測器，不同的處理器，有些甚至使用插值對圖像進行增強，使消防員比以往任何時候都能看到更多細節。
總的來說，主要有兩種類型的熱成像儀：環境感知型熱成像儀和輔助決策型熱成像儀。
在適當的情況下，兩者都是必要且有用的。但若把環境感知型熱成像儀當做輔助決策型熱成像儀來使用，將給消防員帶來非常危險和失望的結果。
這兩種熱成像儀到底有什麼區別呢？
環境感知型熱成像儀可以簡單地描述為一個單一的目標單元，旨在防止消防員迷失方向。它們在尺寸上會小很多「可以手持、安裝在面罩上或者裝著空呼上」。這種熱成像儀解析度較低且處理器的刷新率較慢。
輔助決策型熱成像儀則要符合以下標準：高解析度「最少320×240像素」、快速刷新率「至少30赫茲」、3.5英寸取景器或顯示屏，以及很寬的檢測範圍「從-17.8℃到650℃」。
這對消防員又意味著什麼呢？
首先，低解析度的消防熱成像儀的能見度和測量範圍都很短「一般為2-4米」。
其次，它們的測量距離比教低，這意味著它們只能在相對較近的距離「如3米遠」精確測量或確定熱源，這就對消防員的戰術決策能力造成了阻礙。
最後，它們的處理器速度或刷新率往往較慢。有的低至9赫茲， 一赫茲即每秒一幀，而人類的眼睛看到的是27赫茲。
因此，NFPA 1801中將熱成像儀的刷新率或處理器速度的最小值設定為25赫茲，這就是為什麼，我們不建議購買刷新率低於25-27赫茲熱成像儀的原因。
當對火場進行掃描時，低於此刷新率的熱成像儀將滯後或延遲，這可能導致按下按鍵的消防員錯過大部分區域。
當按下熱成像儀快門或NUC「非均勻性校正」時，電子快門會短暫地「關閉它的眼睛」即電子快門觸發，探測器上的像素就會被清除乾淨，當接收到新的紅外熱信號時，便會形成一個新的圖像。
在9赫茲消防熱成像儀中，執行這一操作的時間會導致消防員錯過有價值的信息。
一些環境感知型熱成像儀需要3-5秒，因為當它們遇到教強的熱信號時，熱成像儀需要從高靈敏度切換到低靈敏度。
我在消防部門任職期間，很少會遇到在一個爭分奪秒的環境中，還很有耐心的消防員。這就是為什麼，這些刷新率較低的熱成像儀當做輔助決策型熱成像儀使用時，既不是最佳也不是最實用的選擇。
你可能會問，為什麼一些組織或部門會誤用環境感知型熱成像儀呢？其中一個原因是由於信息不對等，另外則是與財政預算有關。
一位經驗豐富的銷售人員稱，價格的高低對消費者行為會產生很大影響。政府更願意花1000美元為每個消防員購買一個環境感知型熱成像儀，而不會花費5倍甚至更高的價格來採購高解析度的輔助決策型熱成像儀。
通過閱讀美國和加拿大的文章，不難發現，有關部門已經處理了他們手中的消防熱成像儀，取而代之的是成本更低、解析度更低的環境感知型熱成像儀。
他們甚至公開表示，消防員現在的裝備已經很好了，這是一種由於缺乏教育和職業道德而產生的優越感錯覺。
環境感知型熱成像儀對消防員來說是非常重要的，如果消防隊能為每名消防員配備一個，消防員們會更安全，可以防止消防員迷失方向。
然而，這並不意味著可以取代具有高解析度、更快的刷新率、更高動態範圍的輔助決策型熱成像儀。
Max Fire Box演示輻射率的重要性
誤區五：
當環境熱量較強時，熱成像儀會顯示彩色
對諸多消防熱成像儀進行研究，同時又要實時跟進最新的科學技術，確實是一場持久戰。許多消防員並不知道，對於不同廠商生產的熱成像儀來說，熱環境的著色與現場溫度並不是完全通用的。
大多數消防熱成像儀「除了少數」只有熱成像儀切換到低靈敏度溫度模式時，才會顯示出顏色。
但是熱成像儀轉向低靈敏度後，在什麼溫度下會開始顯示顏色，並沒有規範和普遍化。
NFPA 1801規定，消防熱成像儀應遵循TI基本顏色著色，從熱到冷的顏色順序如下：黑色、灰色、白色、黃色、橙色、紅色。
但實際上，在色溫相關性方面，沒有兩家製造商是相同的。
在低靈敏度溫度模式時，不同熱成像儀在以下溫度中，顯示的顏色變化如下：
MSA 6000：
在華氏1000度/攝氏538度時，顯示黃色；
Drager UCF系列「6000-9000型號」：
在572華氏度/300攝氏度時，顯示黃色。
Bullard「所有型號」：
在500華氏度/260攝氏度時，顯示黃色；
FLIR「K2-K65型」：
在華氏300度/148攝氏度時，顯示黃色；
Leader 3.3型號：
在392華氏度/200攝氏度時，顯示黃色；
Argus：
在300華氏度/148華氏度時，顯示黃色。
Scott X380型號：
該型號具有三模溫度靈敏度，並將整體溫度範圍分為三個區間「高、中、低靈敏度」。
每種溫度靈敏度模式都有不同的色溫相關性。
總之，這只是我們在職業生涯中遇到的，關於消防熱成像儀許多誤區中的五個。
我們鼓勵大家學習手中特定品牌的熱成像儀，如何正確解釋圖像，並參加儘可能多的關於熱成像儀火場應用的培訓，以便更好地迎接現代火場的挑戰。
翻譯：大大怪將軍、Ray
參考文獻
Amon, Francine. Bryner, Nelson. Hamins, Anthony. Lock, Andrew (2008). NIST Technical Note 1499 Performance Metrics for Fire Fighting Thermal Imaging Cameras – Small- and Full-Scale Experiments. NIST pp 36, 41.
FEMSA Manual (2015). Fire & Emergency Manufacturers Services Organization Inc. www.femsa.org. p. 2-4
NFPA (2018). NFPA 1971 Standard on Protective Ensembles for Structural Fire Fighting and Proximity Firefighting. NFPA. Section 8.1 Thermal Protective Performance Test. P.64.