夜視攝像技術在人工地震爆破現場的應用＊

吳楠楠 肖 健 洪惠群 王 旭

（福建省地震局，福州350003）

（作者電子信箱，吳楠楠：wnnpanda＠21cn.com）

引言

“福建省地震構造人工地震爆破觀測”項目是自2010年開始實施的，擬用5年時間在福建全省及其近海地區實施深部構造探測工作，獲取地震活動斷層等地下三維地殼深部構造信息，為該區域未來強震趨勢預測研究、制訂防震減災戰略決策、國土資源規劃與利用、重大工程建設等提供科學依據。

2012年7月19日～8月8日期間，福建省地震局聯合臺灣有關方面，通過人工地震的方法，對福建及臺灣海峽的地殼結構進行探測。為了實時監控爆破現場的爆破效果，完整地記錄爆破的過程，更好地完成跨越海峽人工爆破科學實驗的現場夜間拍攝與圖像傳輸任務，項目人員多次到選定的9個炸測點現場開展實地通信條件及夜視拍攝效果的測試工作。

1 夜視成像技術在人工地震爆破現場面臨的困難

由于考慮到爆破試驗過程中產生的聲音、震動以及其他可能產生的破壞因素對人們正常生產生活的影響，此次測試的9個炸測點均選擇在遠離城鎮的無人居住的山區及海邊。并且選擇在凌晨0～4 點的時間段內起爆。項目人員對爆破現場視頻的拍攝進行了認真分析，認為存在如下一些困難。

（1）夜晚條件下，無可用于拍攝的自然光源。不像在白天，無論陰天、雨天都有陽光的輔助作用可進行拍攝。并且在山中多有植被遮擋，影響拍攝的不定因素較多。

（2）爆破過程時間極短，往往只有短短一瞬間時間，要保證在這關鍵的幾秒鐘時間內的拍攝不丟幀，對傳輸和拍攝的可靠性要求較高。

（3）野外條件下，無市電供應，而照明和通信傳輸設備需要功率較高的電力供應［1］。

（4）為保障人員和設備安全，需在一定安全距離外采集影像并能避開植被的遮擋。

（5）七八月份正是臺風影響福建最為頻繁的時期，系統設備必須能夠具備防風防雨的性能。

（6）野外山谷叢林中設備架設場地條件有限，道路也崎嶇坎坷，不適合笨重的大型設備運輸和展開。

（7）資金和采購渠道限制，無法使用軍用夜視設備，只能利用民用設備進行夜視視頻采集。

在任務開始之前未找到夜視攝像技術在人工地震爆破現場應用的成功案例，對于我們的任務團隊來說無任何可參照的方案。夜視攝像技術在人工地震爆破現場的應用對于我們來說是零起點的全新領域。

2 人工地震爆破現場夜視成像方案

按照成像原理，紅外夜視系統分為被動紅外夜視系統和主動紅外夜視系統。被動紅外夜視系統利用熱成像相機接收人、動物等發熱物體發出的不同紅外輻射影射不同的圖像，進行放大和處理后輸出到顯示裝置上，該類設備價格昂貴［2］。主動紅外夜視系統（如圖1所示）采用紅外光源發出的近紅外線主動照射目標，紅外CCD 或CMOS探測器接收目標反射的紅外光線，通過ECU處理后輸出到顯示裝置上，成像清晰、自然，價格相對低廉。

圖1 主動式紅外夜視系統組成

圖2 爆破現場夜視系統組成

由于資金和采購渠道限制，為解決困難（2）、（4）及困難（7）面對的問題，項目人員經過對市場上現有帶夜視功能的攝像機及監控探頭的大量實驗，決定選用16～105mm 焦段的可變焦主動紅外高清夜視攝像機作為視頻采集的前端設備，并且在兩個不同位置分別布置1個機位進行同時拍攝和傳輸。這樣的焦段選擇既可滿足近距離清晰攝像的需要，也可滿足遠距離安全攝像的需要，拍攝人員可根據不同的現場情況自由調節焦段。兩個機位的布置可確保記錄下爆破時的每一幀細節。針對困難（1），項目人員決定預備LED 輔助光源對爆破現場進行照明，并配備氣動升降桿根據不同現場情況調節照明高度和角度，以適應場地需要［3］。同時，現場還配備了便攜式移動發電機［4］，為照明、夜視和傳輸系統供電，解決了困難（3）面臨的問題。針對臺風問題，項目人員在每次系統搭建時都利用銅管、地釬、防水膠帶、密封袋等工具認真做好防水、防雨、防風和接地工作。所有設備的配置都選用便攜、低功耗設備［5］，對系統組建和運輸要求都降到了最低。整個夜視系統組成如圖2所示。

3 實際應用效果

項目組共準備了4套夜視系統及傳輸保障系統，每套系統的選擇必須滿足便攜、防水防震的標準［6］，必須能裝入普通越野車中。拍攝點距爆破點在50～100m 范圍，輔助光源在距爆破點15～30 m 范圍布置。在實際9個炸點的爆破試驗過程中，還遇到了“蘇拉”臺風的影響，現場風雨大作，除一個炸點的便攜發電機故障外，我們共傳回了8個炸點9次爆破的實時夜視信號，最多一次同時傳輸4個炸點夜視信號，設備最長連續工作時間4小時。拍攝過程中紅外視頻信號清晰流暢，視頻傳輸質量滿足了項目組的要求。部分實拍視頻截圖如圖3所示。

圖3 武平和永定爆破點的實拍圖像

4 小結

經過多次的試驗和實際應用檢驗，項目組總結了失敗和成功的經驗后，建立了一套滿足便攜、低功耗、高可靠性要求的地震現場夜視攝像系統。為地震現場全天候的災情收集能力做出了有益嘗試，填補了現場夜間信息收集能力的空白。

［1］吳楠楠，黃宏生，郭進波，等.福建地震現場應急通信系統的運行維護管理.華南地震，2011，31（1）：81－85

［2］周天明.紅外夜視系統剖析及選用指南.A＆S：安防工程商，2004，12（7）：30－32

［3］吳楠楠，葉曉明.關于地震現場工作隊應急演練的探討.福建地震，2006，22（Z1）：84－88

［4］吳楠楠.模擬地震現場應急通信演練策劃.內陸地震，2010，24（1）：84－90

［5］吳楠楠，馬瑩，王啟東，等.2007年度華東區地震應急協作聯動演練中現場通信環境的組建.華南地震，2008，28（1）：114－119

［6］馬瑩，吳楠楠.地震現場資源物聯網管理系統研究.內陸地震，2012，26（4）：332－336