图1：Biomass One发电厂利用木材废料发电，并将电力出售给当地公用事业公司。

Biomass One是一家位于美国俄勒冈州的发电厂，其利用木材废料发电，避免这些木材废料腐烂在垃圾场或森林中。但是，这些堆积成山的木材在炎热的天气里容易着火，释放烟雾，火灾有时还会蔓延到附近的企业。

然而，自2022年，Biomass One发电厂安装了基于热成像的自动化早期火灾预警系统后，情况发生了巨大变化。从那时起，消防部门就再也没有接到过一次该公司发生火灾的救援电话。

Biomass One电厂运营总监Ryan Burns解释说：“我们是一家燃木发电厂，我们有两台燃木锅炉和两台汽轮机，发出的电销售给当地公用事业单位Pacific Power公司。发电厂每个月燃烧木材约2万吨。发电厂锅炉上增加了污染控制系统，以最大限度地减少对当地空气质量的影响。”

木质燃料的采购和制备

Biomass One鼓励公众丢弃木材废料，该公司将这些木材废料切割、堆砌并使其老化，然后再将其用于发电过程中。该公司还从当地锯木厂购买木料碎片，并与当地林务局合作，收集伐木工人留下的木材碎片。

Biomass One会在现场储存足够的木质燃料，以维持电厂发电运营三到四个月。木料堆有两个：一个是对公众开放的落料堆，用于放置木料碎片；另一个是在街对面的存储堆，木堆尺寸约为800×800×45英尺，占地约8英亩。员工使用公路上的输送机将木材从落料堆转移到存储堆。

Biomass One的存储堆通常存有大约8万吨的木料碎片。虽然木料存储堆的表面温度可能与室外温度相同，但木堆内部的温度却会很高。Biomass One自动预警系统开发商MoviTHERM公司研发副总裁David Bursell指出：“当木材被压实并开始降解时，温度会自然升高。如果因为材料被压实，从而使降解产生的热量不能散发，就会开始出现阴燃和火灾问题。”

无效的人工防火

在安装MoviTHERM的防火系统之前，Biomass One公司依靠人工预防火灾。在一年中最热的六个月里，该公司雇佣临时员工监控火灾。员工站在木材堆料那里看守每个侧面，观察、寻找火灾的迹象。Burns说：“我们会密切关注堆垛的每一个角落。”

他们雇佣了足够多的消防观察员，每年的人工成本高达25万美元。如果消防观察员观测到燃烧迹象，他们将通知中央控制室内的员工，控制室员工可以采取应对措施，例如启动高压水枪。这些高压水枪安装在65英尺长的柱形金属杆顶部，这些金属杆按一定规则布置在木材料堆周围。

但是雇佣和留住临时员工从事如此无聊的工作很有挑战性。该发电厂电气和灭火工程师Toby Sakraida回忆说：“人们有时睡觉，有时请病假……”火灾经常因疏忽被漏掉，甚至发展到没有消防部门的帮助就无法阻止火灾。幸运的是，消防部门就在同一个工业园区里。

安装自动化IoT热成像解决方案

Sakraida于四年前加入Biomass One发电厂。他加入团队后不久，就开始研究人工观察防火之外的其他解决方案，具体来说，是从消防观察员用来检查热点的手持热像仪开始。热像仪能够感应到物体发出的红外辐射能量或热量，并将此热量信息报告为温差场景图像报告。MoviTHERM公司表示：“随着火灾的发展，周围材料的温度会升高。这会产生红外相机可以检测到的热信号。即使烟雾尚不可见，这种热信号也可以在火灾早期提示火灾的存在。”然而，Sakraida对手持热像仪并不满意，因为它们仍然需要人工手动操作。

在研究了很多可能的解决方案后，Sakraida找到了MoviTHERM公司的名为“MoviTHERM-iEFD”的自动化解决方案。该解决方案将热智能相机与专用的网关硬件和基于云的软件相结合，用于监控、警报通知和火情趋势分析，可检测企业中易发生自燃的热点，例如洗衣房、金属回收业务和生物质能燃料设施。MoviTHERM iEFD旨在成为一个基于事件的系统。它允许用户设置警报的温度阈值，警报可以通过电子邮件、语音邮件或文本发送。如果员工针对火情威胁采取了应对措施，用户就会收到第二个显示问题已解决的信息。

热成像系统的工作原理

Biomass One的系统包括五台Teledyne FLIR公司的A700相机，这些相机与高压水枪安装在同一个柱形金属杆上。因为相机安装在室外，会面临各种户外环境，所以每台相机都被封闭在IP66防护等级的金属外壳中。第六台相机具有RGB功能，可以提供整个料堆的视图，并将图像传输到Biomass One公司控制室中的计算机和监视器上。

MoviTHERM系统用于在烟雾和火灾发生前，及早检测到热点。该过程从固定安装的A700智能传感相机开始，相机的传感器分辨率为640×480，能提供总计达307200个像素的温度读数。相机能够探测的温度范围为-20~2000℃。

为了将热成像相机的数据传输到MoviTHERM系统的云端软件，该系统在Biomass One的控制室中设置了专用的网关。网关利用Modbus工业协议与相机和以太网供电（PoE）通信，并通过无线网络与云基础设施通信。数据传输通过从每个杆延伸到控制室的埋地光纤电缆实现，电缆长度可达1800英尺（约549米）。相机和光纤之间通过以太网电缆相连。

图像处理在相机上进行，相机会针对用户选择的感兴趣区域报告最高温度。用户可以为每台相机选择多达10个感兴趣的区域。Bursell解释说：“相机进行过滤或筛选区域温度，以寻找最高温度。这就是我们在网关看到的温度。”

网关进一步过滤信息，将每个相机的最高读数发送到云端软件。这些读数将被存储三个月，Biomass One发电厂或消防部门的管理人员可以使用基于web的仪表板进行查看。

Sakraida说，Biomass One发电厂通常为每个相机设置一个大的感兴趣区域，但有时也会设置两到三个较小的区域。他指出：“这使我们能够监控相机画面中不属于一般区域的热点。”

如果五台相机中的任意一台报告的温度达到Biomass One设定的260°F阈值，MoviTHERM系统会触发控制室警报，提示采取应对措施，例如派员工检查该阈值区域或触发高压水枪。短信也会从云基础设施发送到Burns和Sakraida的手机上。

Sakraida认为，设定温度阈值是一种寻求平衡的做法。防火工作团队既想知道木材料堆中的温度是否有危险，但他们又不想将温度阈值设置得太低，因为那样会导致频繁误发警报。通常火灾会发生在1700°F。

图4：该自动化系统由五台Teledyne FLIR 的A700相机组成，这些相机与高压水枪安装在同一个金属杆上。金属杆按一定规则布置在木材料堆的周围。

机器视觉监控系统的效果

如前所述，自从Biomass One发电厂安装了MoviTHERM系统以来，还没有惊动过消防部门来扑灭火灾。Burns回忆说，如果采用人工观察检测防火，在一年中最炎热的几个月里，每周都会发生火灾。

Sakraida和Burns说，发电厂管理人员和消防管理人员对自动化热成像防火系统的检测结果都非常满意。在Sakraida上任的第一年，消防管理人员“经常开着车出来到处检查我们的木材料堆”。Sakraida表示，热成像系统安装后，就很少看到消防人员开车来这里了，现在消防管理人员也可以访问基于云的系统，并接收火情警报。Sakraida指出，消防人员可以随时检查，就不必总是到现场查看了。

Burns在MoviTHERM公司制作的视频中总结了热成像系统的影响。他说，热成像火情检测系统让我们所有人的家庭生活都变得更好了。在工作中，我们终于能够专注于手头的工作，而不是去监控一个木料堆。