夜视摄像技术在人工地震爆破现场的应用＊

吴楠楠 肖 健 洪惠群 王 旭

（福建省地震局，福州350003）

（作者电子信箱，吴楠楠：wnnpanda＠21cn.com）

引言

“福建省地震构造人工地震爆破观测”项目是自2010年开始实施的，拟用5年时间在福建全省及其近海地区实施深部构造探测工作，获取地震活动断层等地下三维地壳深部构造信息，为该区域未来强震趋势预测研究、制订防震减灾战略决策、国土资源规划与利用、重大工程建设等提供科学依据。

2012年7月19日～8月8日期间，福建省地震局联合台湾有关方面，通过人工地震的方法，对福建及台湾海峡的地壳结构进行探测。为了实时监控爆破现场的爆破效果，完整地记录爆破的过程，更好地完成跨越海峡人工爆破科学实验的现场夜间拍摄与图像传输任务，项目人员多次到选定的9个炸测点现场开展实地通信条件及夜视拍摄效果的测试工作。

1 夜视成像技术在人工地震爆破现场面临的困难

由于考虑到爆破试验过程中产生的声音、震动以及其他可能产生的破坏因素对人们正常生产生活的影响，此次测试的9个炸测点均选择在远离城镇的无人居住的山区及海边。并且选择在凌晨0～4 点的时间段内起爆。项目人员对爆破现场视频的拍摄进行了认真分析，认为存在如下一些困难。

（1）夜晚条件下，无可用于拍摄的自然光源。不像在白天，无论阴天、雨天都有阳光的辅助作用可进行拍摄。并且在山中多有植被遮挡，影响拍摄的不定因素较多。

（2）爆破过程时间极短，往往只有短短一瞬间时间，要保证在这关键的几秒钟时间内的拍摄不丢帧，对传输和拍摄的可靠性要求较高。

（3）野外条件下，无市电供应，而照明和通信传输设备需要功率较高的电力供应［1］。

（4）为保障人员和设备安全，需在一定安全距离外采集影像并能避开植被的遮挡。

（5）七八月份正是台风影响福建最为频繁的时期，系统设备必须能够具备防风防雨的性能。

（6）野外山谷丛林中设备架设场地条件有限，道路也崎岖坎坷，不适合笨重的大型设备运输和展开。

（7）资金和采购渠道限制，无法使用军用夜视设备，只能利用民用设备进行夜视视频采集。

在任务开始之前未找到夜视摄像技术在人工地震爆破现场应用的成功案例，对于我们的任务团队来说无任何可参照的方案。夜视摄像技术在人工地震爆破现场的应用对于我们来说是零起点的全新领域。

2 人工地震爆破现场夜视成像方案

按照成像原理，红外夜视系统分为被动红外夜视系统和主动红外夜视系统。被动红外夜视系统利用热成像相机接收人、动物等发热物体发出的不同红外辐射影射不同的图像，进行放大和处理后输出到显示装置上，该类设备价格昂贵［2］。主动红外夜视系统（如图1所示）采用红外光源发出的近红外线主动照射目标，红外CCD 或CMOS探测器接收目标反射的红外光线，通过ECU处理后输出到显示装置上，成像清晰、自然，价格相对低廉。

图1 主动式红外夜视系统组成

图2 爆破现场夜视系统组成

由于资金和采购渠道限制，为解决困难（2）、（4）及困难（7）面对的问题，项目人员经过对市场上现有带夜视功能的摄像机及监控探头的大量实验，决定选用16～105mm 焦段的可变焦主动红外高清夜视摄像机作为视频采集的前端设备，并且在两个不同位置分别布置1个机位进行同时拍摄和传输。这样的焦段选择既可满足近距离清晰摄像的需要，也可满足远距离安全摄像的需要，拍摄人员可根据不同的现场情况自由调节焦段。两个机位的布置可确保记录下爆破时的每一帧细节。针对困难（1），项目人员决定预备LED 辅助光源对爆破现场进行照明，并配备气动升降杆根据不同现场情况调节照明高度和角度，以适应场地需要［3］。同时，现场还配备了便携式移动发电机［4］，为照明、夜视和传输系统供电，解决了困难（3）面临的问题。针对台风问题，项目人员在每次系统搭建时都利用铜管、地钎、防水胶带、密封袋等工具认真做好防水、防雨、防风和接地工作。所有设备的配置都选用便携、低功耗设备［5］，对系统组建和运输要求都降到了最低。整个夜视系统组成如图2所示。

3 实际应用效果

项目组共准备了4套夜视系统及传输保障系统，每套系统的选择必须满足便携、防水防震的标准［6］，必须能装入普通越野车中。拍摄点距爆破点在50～100m 范围，辅助光源在距爆破点15～30 m 范围布置。在实际9个炸点的爆破试验过程中，还遇到了“苏拉”台风的影响，现场风雨大作，除一个炸点的便携发电机故障外，我们共传回了8个炸点9次爆破的实时夜视信号，最多一次同时传输4个炸点夜视信号，设备最长连续工作时间4小时。拍摄过程中红外视频信号清晰流畅，视频传输质量满足了项目组的要求。部分实拍视频截图如图3所示。

图3 武平和永定爆破点的实拍图像

4 小结

经过多次的试验和实际应用检验，项目组总结了失败和成功的经验后，建立了一套满足便携、低功耗、高可靠性要求的地震现场夜视摄像系统。为地震现场全天候的灾情收集能力做出了有益尝试，填补了现场夜间信息收集能力的空白。

［1］吴楠楠，黄宏生，郭进波，等.福建地震现场应急通信系统的运行维护管理.华南地震，2011，31（1）：81－85

［2］周天明.红外夜视系统剖析及选用指南.A＆S：安防工程商，2004，12（7）：30－32

［3］吴楠楠，叶晓明.关于地震现场工作队应急演练的探讨.福建地震，2006，22（Z1）：84－88

［4］吴楠楠.模拟地震现场应急通信演练策划.内陆地震，2010，24（1）：84－90

［5］吴楠楠，马莹，王启东，等.2007年度华东区地震应急协作联动演练中现场通信环境的组建.华南地震，2008，28（1）：114－119

［6］马莹，吴楠楠.地震现场资源物联网管理系统研究.内陆地震，2012，26（4）：332－336