煤气流分布状况直接影响高炉煤气热能和化学能的利用效率，关系到炉内温度分布、软熔带结构、炉墙热负荷、高炉热平衡状态以及高炉炉况的稳定顺行，高炉操作在很大程度上就是在于谋求合理、适宜的煤气流分布。但是，高炉是一个高温、高压、密闭的容器，高炉内煤气流分布检测问题是一个典型的“黑箱”问题，直接检测高炉内煤气流分布十分困难，在一般检测设备条件下，操作人员需要利用高炉生产过程的温度、压力、炉料分布等多种过程信息间接推断煤气流分布。因此，研究煤气流分布在线检测及其分布性能评价方法，对于协助操作人员判断高炉煤气流分布和炉况、指导高炉布料操作优化来获取合理煤气流分布、实现高炉冶炼优质、高产、低耗、长寿的生产目标，具有现实的经济和科学指导意义。 本文在分析高炉料面温度场、料层矿焦比和煤气流分布关系的基础上，研究了综合多种高炉过程信息间接推断煤气流分布、评价煤气流分布性能及其变化趋势的问题，提出了三个模型的建模方法和一个评价指数形式，探讨了高炉煤气流分布在线监测系统的关键实现技术。主要包括提出了基于红外图像处理的料面温度场建模方法、基于运动学分析的高炉布料模型建模方法、基于可拓评价理论的煤气流分布性能评价模型建模方法，以及一种表征炉料分布的矿焦比指数化形式，建立了高炉煤气流分布综合监测系统，并且得到较好的实际应用效果。 本文主要研究工作和创新点如下： (1)提出了一种基于红外图像的料面温度场建模方法。 本文在分析料面温度场分布特性基础上，提出了一种基于红外图像的料面温度场建模方法，重点研究了料面温度场模型图像特征提取和温度定标两个关键问题的解决方法。针对高炉内环境复杂、干扰较多、料面温度分布形态多样性的特点，以合理反映煤气流分布区域为图像识别原则，提出了基于时间和空间尺度的混合滤波法、基于经验知识和信息熵的最佳阈值选择策略、基于轮廓跟踪和中心定标算法的料面温度场特征提取方法，通过料面温度场间接反映高炉煤气流分布，协助操作人员判断煤气流分布的稳定性、偏心度、“管道"异常等炉况。针对红外图像灰度与温度对应关系存在不确定性的问题，提出了一种基于图像灰度统计分布的高炉温度场动态定标算法，该算法能够对灰度分级阈值在线自适应学习，动态地建立温度定标关系，较好地反映了高炉内炉况变化和温度场变化情况。 (2)提出了一种基于运动学原理的布料模型建模方法。 针对无料钟高炉难直接监测炉料分布的情况，本文借助运动学原理、统计规律、专家经验等数学方法建立高炉布料模型，与传统布料模型相比，该模型综合考虑了料面下降、煤气流速度、焦层塌落对料面形状的修正，通过Q/r料流模型、料流轨迹模型、炉料分布模型以及矿焦比计算模型获得高炉的径向矿焦比分布。基于料层分布的煤气流分布预测方法通过建立布料模型获取料层的矿焦比曲线，通过矿焦比曲线的形态来间接反映煤气流的分布形态。 (3)提出了一种表征炉料分布状态的矿焦比指数化形式。 在高炉生产中，准确了解高炉内炉料分布状态是调节高炉煤气分布，确保高炉达到理想热平衡状态的必要条件。针对传统的操作模式依据专家经验只能定性分析炉料和煤气流分布的问题，本文提出了矿焦比指数的概念，通过矿焦比指数化方法表征不同区域内矿石和焦炭的分布综合指标，定量化指示炉料分布状态。 (4)提出了一种煤气流分布可拓评价模型。 针对影响煤气流分布因素多、关系复杂的问题，本文根据煤气流分布在高炉料面温度场、炉料分布、煤气成份等过程信息中的特征表现，提出了煤气流分布状况评价指标体系、高炉生产工艺流程中煤气流分布的评价参数和评估方法，建立了高炉煤气流分布性能可拓评估模型，采用定性分析和定量计算相结合的方法对高炉煤气流分布状况进行综合评价，指导高炉布料优化操作，获得理想的高炉煤气流分布状态。 (5)建立了基于料面温度场和布料模型的煤气流分布在线监测系统。 研究高炉煤气流分布在线监测系统的设计方法，从工程实现的角度阐述了系统实现的关键技术，包括数据库技术、OPC通信技术、OpenGL三维显示等可视化技术。在一般检测设备条件下，通过综合料面温度场、矿焦比分布等高炉过程信息，建立高炉煤气流分布在线监测系统，实现了对高炉煤气流分布状态的实时监测、异常报警与诊断。系统的运行为高炉布料优化提供了实时的指导，避免了高炉布料操作的盲目性，从而保证高炉生产稳顺运行，产生良好的经济社会效益，具有较好的推广应用前景。