从内部观看野火——看到火焰从上方、下方以及周围360度飞舞——可以为科学家和消防员提供关于这些日益威胁的火灾如何表现和蔓延的宝贵信息。但是,一般的森林火灾会将温度飙升至800摄氏度(1,472华氏度)以上,足以将人火化或融化相机。因此,美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的研究人员最近用一种冷却剂包围了他们的设备,这种冷却剂恰好可以过滤有害的红外光:水。这让他们能够捕捉到完全包围的火灾镜头,例如这里视频中展示的在新泽西州松林进行的控制性燃烧。观看者只需点击屏幕并拖动光标即可移动他们的视角。
在NIST的装置中,一个防水摄像头位于一个由耐热玻璃制成的充满液体的球泡中。“它就像一个中间有摄像头的雪球,”该系统的开发者、NIST国家消防研究实验室的研究结构工程师马修·霍勒说。管道将玻璃连接到一个埋在地下的水箱,该水箱充当散热器:当火焰加热液体时,液体会从球泡中泵出,并被水箱中的冷水替换。这不仅可以防止相机过热,还可以过滤掉热辐射。“即使你用空气或液氮以某种方式冷却相机,你仍然会受到来自火灾的红外辐射,这种辐射非常强烈,并且对激光光学元件和相机传感器来说是个问题,”霍勒说。水可以阻挡红外范围内的波长,同时允许可见光通过。
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因为设置这个系统需要时间,所以霍勒只能在知道火灾在两到三个小时内会到达他的地点时才能使用它。例如,由于新泽西州松林的大火是“计划烧除”(故意设置以帮助森林管理),消防部门能够在火灾开始前及时通知NIST团队成员。这给了研究人员足够的时间来设置他们的设备并掩埋水箱。未来,霍勒希望开发一个地面版本,只需20到30分钟即可部署,让他能够拍摄实际的野火。
尽管研究人员已经用空中的无人机和地面上的测量设备观察正在发生的火灾,但他们之前从未拍摄过这样的360度视频。“这确实是第一个能够以三维视角捕捉照片和实时视频图像的东西,”密苏里科技大学生物科学副教授兼奥沙克研究野外站主任罗宾·维布尔说,他没有参与NIST的研究。“能够看到内部并获得内部视角将非常有用。”例如,她认为这种视角将帮助研究人员研究火灾的内部“天气”并测试现有的火灾严重程度模型。
这些视频也可以作为公众的教育工具。维布尔指出,它们可以教人们火灾是如何蔓延的。“公众有很多误解,”她说,“所以任何能够吸引普通观众的东西都将非常有益。”为了使它们更具信息量,霍勒希望通过在视觉效果之上叠加有关温度和气流的数据来增强视频。“这些视频很酷,我认为它们对人们很有吸引力,”他说。“但这也是一种更现代的方式来传达复杂实验的数据。”