夜視技術(shù)在鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

張炅

【摘要】 通過分析鐵路視頻監(jiān)控的業(yè)務(wù)需求，本文對幾種常用的夜視技術(shù)進行了對比研究，并探討了如何針對不同的鐵路視頻監(jiān)控場景合理選擇夜視技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】 鐵路 視頻監(jiān)控 夜視技術(shù)

一、引言

在鐵路快速發(fā)展的今天，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)在鐵路運輸中的需求越來越迫切，從設(shè)備機房、車站重點場所監(jiān)控到車站咽喉區(qū)監(jiān)控，從重點地段監(jiān)控到鐵路區(qū)間的全線監(jiān)控，鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)也從點、區(qū)段向全線覆蓋的方向發(fā)展，成為鐵路安全生產(chǎn)、提高效率、強化管理的重要技術(shù)支撐?；阼F路24小時連續(xù)運轉(zhuǎn)的特點，鐵路運維部門對視頻監(jiān)控夜視技術(shù)的要求也越來越高。

夜視技術(shù)選擇的合理與否也直接影響到視頻監(jiān)控圖像的質(zhì)量，因此，如何針對不同的鐵路視頻監(jiān)控場景來合理選擇夜視技術(shù)是本文討論的重點。

二、鐵路視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)需求分析

根據(jù)監(jiān)控對象的內(nèi)容的不同，鐵路視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)需求分為以下幾個部分：

①運營調(diào)度：

車站咽喉區(qū)、行車室、外勤作業(yè)點，區(qū)間隧道洞口、公跨鐵立交橋、橋梁救援疏散通道、平交道口、路基地段治安復(fù)雜區(qū)重點目標(biāo)等；

②通信/信號節(jié)點：

通信/信號機房、GSM-R基站、信號中繼站、線路所等室內(nèi)、外場所；

③牽引供電節(jié)點：

牽引變電所、分區(qū)所、AT所、開閉所等牽引供電系統(tǒng)室內(nèi)、外場所；

④電力節(jié)點：

電力35kV變配電所、獨立10kV配電所、站區(qū)室內(nèi)變電所、站房室內(nèi)變電所等室內(nèi)、外場所；

⑤客運車站：

站臺、候車大廳、站前廣場、售票廳、進、出站公共通道、重要辦公室、商業(yè)服務(wù)區(qū)等場所；

⑥編組站、區(qū)段站：

各到達、出發(fā)、編組場，貨場庫區(qū)、貨運綜合樓、貨場站臺、貨場辦公、貨場周界等場所。

鐵路視頻監(jiān)控應(yīng)實現(xiàn)對上述區(qū)域?qū)崿F(xiàn)“全天候”監(jiān)控，不但能夠?qū)崿F(xiàn)晝夜連續(xù)監(jiān)控，還要求在刮風(fēng)、下雨等惡劣條件下可提供清晰的監(jiān)控圖像，同時關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)采用主流、可靠的設(shè)備，并具有免維護或少維護的特性，以利于減少后期運營維護成本。

三、幾種夜視技術(shù)的比較

目前常用的夜視技術(shù)包括低照度、LED紅外照明夜視、激光夜視和熱成像技術(shù)。

3.1低照度技術(shù)

低照度技術(shù)是指在較低照度的可見光環(huán)境下，利用攝像機多幀采樣、累積成像技術(shù)，實現(xiàn)可識別的監(jiān)控圖像。此方式要求監(jiān)控環(huán)境至少有微弱的可見光照，觀察靜止物體效果較好，目標(biāo)移動速度較快時會形成圖像拖尾。低照度技術(shù)在沒有增加輔助光源的情況下可實現(xiàn)清晰的彩色圖像，具有穩(wěn)定性好、圖像亮度均勻、設(shè)備維護簡單等優(yōu)點，也不會存在紅外失焦的現(xiàn)象。

但低照度技術(shù)除取決于其自身技術(shù)本身外，還受制于攝像機鏡頭、感光元件、圖像處理組件等諸多因素。單純的低照度方式適用于背景光照條件較好的城市、村鎮(zhèn)附近，此外，該技術(shù)也可以和其它夜視照明技術(shù)配合使用。

3.2 LED紅外照明夜視技術(shù)

LED紅外照明夜視技術(shù)是指利用LED紅外燈對監(jiān)控目標(biāo)區(qū)提供附加照明，實現(xiàn)夜間有效的監(jiān)控。特點是技術(shù)簡單，應(yīng)用范圍廣，設(shè)備成本低，畫面照度均勻性好，在日間可以獲得彩色監(jiān)控畫面。但是，紅外LED攝像機在工程應(yīng)用中監(jiān)視半徑小，距離短，受鐵路沿線使用時須采用無紅暴發(fā)光體的限制，有效范圍一般在200m以內(nèi)，往往是夜間在100m之外照度已經(jīng)明顯不足，出現(xiàn)圖像變虛，噪點變多，主觀評價等級變差的情況。

鑒于上述情況，該技術(shù)適用于監(jiān)控范圍較小區(qū)域內(nèi)設(shè)置攝像機的方式，實現(xiàn)200m范圍內(nèi)的場景監(jiān)控或用于鐵路沿線單點目標(biāo)的監(jiān)控。

3.3激光照明夜視技術(shù)

激光照明夜視技術(shù)是以人眼不可見的紅外激光作為照明光源，經(jīng)專門的微光學(xué)器件對激光光斑整形勻化后照明被監(jiān)控目標(biāo)，通過高靈敏度的彩轉(zhuǎn)黑CCD和長焦距變焦夜視鏡頭接收，可以理解為“看不見光的探照燈”。激光光源的輸出功率一般是幾瓦到十幾瓦，由于激光亮度高，照明區(qū)域成像效果較好，且激光作用距離遠，在1km甚至更遠的距離上均能達到較好的照明效果。在采用一體化激光攝像機情況下，可以實現(xiàn)激光變焦鏡頭與攝像機變焦鏡頭同步調(diào)節(jié)，距離近時擴大角度覆蓋較大范圍，距離遠時縮小角度集中聚焦目標(biāo)，較好地實現(xiàn)激光照明區(qū)域與視頻觀察區(qū)域的匹配。但在大于300m的較遠距離上激光照明區(qū)域一般為30m至50m直徑的光斑，只有在光斑內(nèi)才能照明目標(biāo)，無法實現(xiàn)更大范圍的觀察效果。

因此，該技術(shù)較適合夜間定點目標(biāo)觀察或巡視，不太適合近距離大范圍的監(jiān)控。受空氣中粉塵影響，遠距離（大功率）激光照明易出現(xiàn)明顯的后向反射，對觀察效果影響較大，且一體化激光攝像機造價相對較高。

3.4熱成像技術(shù)

熱成像技術(shù)是完全被動的，它不發(fā)射可被探測到的主動光源，而是通過紅外探測器和光學(xué)成像物鏡接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形，反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng)。理論上任何物體都可以通過其輻射的紅外光探測到，觀察環(huán)境有無光照對觀察效果基本不產(chǎn)生影響。

與低照度、LED紅外照明和激光照明夜視技術(shù)相比，熱成像技術(shù)作用距離遠，長焦熱成像儀觀測距離可達5km以上；隱蔽性強，不容易被反偵察手段發(fā)現(xiàn)；穿透能力強，比可見光具有更強穿透霧霾、雨雪能力；也不會像其它夜視技術(shù)手可見光強光干擾。

但熱像儀所呈現(xiàn)出的圖像上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度，無法反映目標(biāo)實際色彩，不能實現(xiàn)光學(xué)意義上的變焦，而且設(shè)備成本很高，在鐵路視頻監(jiān)控中運用較少。

下表為上述四種夜視技術(shù)的對比。

四、夜視技術(shù)在鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用

從前面的需求分析可以看出鐵路視頻監(jiān)控需求范圍十分廣泛，因此應(yīng)根據(jù)不同的監(jiān)控場景來選擇合適的夜視技術(shù)來提高監(jiān)控的效果。

低照度技術(shù)適合在客運車站這類照明條件較好和有背景光照的區(qū)域，如客運站臺、站房等。

LED紅外照明夜視技術(shù)適合監(jiān)控距離較近且基本無背景光照的場所，如區(qū)間線路上的公跨鐵立交橋、橋梁救援疏散通道、路基地段治安復(fù)雜區(qū)，通信/信號/牽引供電/電力節(jié)點室外場坪，編組站、區(qū)段站站場等，無法采用單一的低照度技術(shù)，而且此類場所監(jiān)控范圍都在200m以內(nèi)，配合低照度技術(shù)，成像效果較好，經(jīng)濟性也較好。

激光照明夜視技術(shù)在300m以內(nèi)照明區(qū)域成像效果較好，也可滿足300m至1km范圍內(nèi)的夜間定點目標(biāo)觀察或巡視，這類監(jiān)控區(qū)域情況相對復(fù)雜，監(jiān)控目標(biāo)多、距離遠，因此比較適合在咽喉區(qū)、隧道口、長大橋梁監(jiān)控時使用。隨著工程應(yīng)用的成熟和設(shè)備費用的降低，今后激光照明夜視技術(shù)也可逐步運用到鐵路區(qū)間的全線覆蓋。

熱成像技術(shù)一般用于非接觸測溫、快速故障檢測和熱場分析，適合牽引供電、電力所亭室外場坪供變電設(shè)施、供電線路、輪軸過熱、倉庫防火監(jiān)控的監(jiān)測，但熱成像儀設(shè)備價格昂貴，在初期不建議大規(guī)模使用。

無人值守的機房室內(nèi)可不采用夜視技術(shù)。

五、結(jié)束語

鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)為鐵路安全防范體系提供了有利的技術(shù)保障，對鐵路運營安全，廣大旅客的生命、財產(chǎn)安全等方面起到保駕護航的作用。隨著我國高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)，鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)也迎來了快速發(fā)展的機遇，而夜視技術(shù)的應(yīng)用也會越來越廣泛、成熟。針對不同的監(jiān)控對象選擇合適的夜視技術(shù)，不僅較好地滿足了鐵路視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的需求，而且能合理降低工程投資和運營維護的成本，相信夜視技術(shù)在鐵路視頻監(jiān)控建設(shè)領(lǐng)域?qū)惺謴V闊的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻

[1]李同磊，陶小凱. 高清激光夜視技術(shù)在鐵路視頻監(jiān)控中的應(yīng)用[J]. 中國鐵路. 2014（1）： 84-86.

[2]李林， 全天候攝像機監(jiān)控技術(shù)發(fā)展趨勢[J]. 中國鐵路. 2014（12）： 74-76.