夜視攝像技術(shù)在人工地震爆破現(xiàn)場的應(yīng)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(gòu)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(qū)實施深部構(gòu)造探測工作，獲取地震活動斷層等地下三維地殼深部構(gòu)造信息，為該區(qū)域未來強震趨勢預(yù)測研究、制訂防震減災(zāi)戰(zhàn)略決策、國土資源規(guī)劃與利用、重大工程建設(shè)等提供科學依據(jù)。

2012年7月19日～8月8日期間，福建省地震局聯(lián)合臺灣有關(guān)方面，通過人工地震的方法，對福建及臺灣海峽的地殼結(jié)構(gòu)進行探測。為了實時監(jiān)控爆破現(xiàn)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(xiàn)場夜間拍攝與圖像傳輸任務(wù)，項目人員多次到選定的9個炸測點現(xiàn)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(shù)在人工地震爆破現(xiàn)場面臨的困難

由于考慮到爆破試驗過程中產(chǎn)生的聲音、震動以及其他可能產(chǎn)生的破壞因素對人們正常生產(chǎn)生活的影響，此次測試的9個炸測點均選擇在遠離城鎮(zhèn)的無人居住的山區(qū)及海邊。并且選擇在凌晨0～4 點的時間段內(nèi)起爆。項目人員對爆破現(xiàn)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(guān)鍵的幾秒鐘時間內(nèi)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(yīng)，而照明和通信傳輸設(shè)備需要功率較高的電力供應(yīng)［1］。

（4）為保障人員和設(shè)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(tǒng)設(shè)備必須能夠具備防風防雨的性能。

（6）野外山谷叢林中設(shè)備架設(shè)場地條件有限，道路也崎嶇坎坷，不適合笨重的大型設(shè)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(shè)備，只能利用民用設(shè)備進行夜視視頻采集。

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

2 人工地震爆破現(xiàn)場夜視成像方案

按照成像原理，紅外夜視系統(tǒng)分為被動紅外夜視系統(tǒng)和主動紅外夜視系統(tǒng)。被動紅外夜視系統(tǒng)利用熱成像相機接收人、動物等發(fā)熱物體發(fā)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(shè)備價格昂貴［2］。主動紅外夜視系統(tǒng)（如圖1所示）采用紅外光源發(fā)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(tǒng)組成

圖2 爆破現(xiàn)場夜視系統(tǒng)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(jīng)過對市場上現(xiàn)有帶夜視功能的攝像機及監(jiān)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(shè)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(jù)不同的現(xiàn)場情況自由調(diào)節(jié)焦段。兩個機位的布置可確保記錄下爆破時的每一幀細節(jié)。針對困難（1），項目人員決定預(yù)備LED 輔助光源對爆破現(xiàn)場進行照明，并配備氣動升降桿根據(jù)不同現(xiàn)場情況調(diào)節(jié)照明高度和角度，以適應(yīng)場地需要［3］。同時，現(xiàn)場還配備了便攜式移動發(fā)電機［4］，為照明、夜視和傳輸系統(tǒng)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(tǒng)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(shè)備的配置都選用便攜、低功耗設(shè)備［5］，對系統(tǒng)組建和運輸要求都降到了最低。整個夜視系統(tǒng)組成如圖2所示。

3 實際應(yīng)用效果

項目組共準備了4套夜視系統(tǒng)及傳輸保障系統(tǒng)，每套系統(tǒng)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(xiàn)場風雨大作，除一個炸點的便攜發(fā)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(shè)備最長連續(xù)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(zhì)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(jié)

經(jīng)過多次的試驗和實際應(yīng)用檢驗，項目組總結(jié)了失敗和成功的經(jīng)驗后，建立了一套滿足便攜、低功耗、高可靠性要求的地震現(xiàn)場夜視攝像系統(tǒng)。為地震現(xiàn)場全天候的災(zāi)情收集能力做出了有益嘗試，填補了現(xiàn)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(xiàn)場應(yīng)急通信系統(tǒng)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(tǒng)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(guān)于地震現(xiàn)場工作隊應(yīng)急演練的探討.福建地震，2006，22（Z1）：84－88

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

［5］吳楠楠，馬瑩，王啟東，等.2007年度華東區(qū)地震應(yīng)急協(xié)作聯(lián)動演練中現(xiàn)場通信環(huán)境的組建.華南地震，2008，28（1）：114－119

［6］馬瑩，吳楠楠.地震現(xiàn)場資源物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)研究.內(nèi)陸地震，2012，26（4）：332－336