夜视技术在铁路视频监控系统中的应用

张炅

【摘要】 通过分析铁路视频监控的业务需求，本文对几种常用的夜视技术进行了对比研究，并探讨了如何针对不同的铁路视频监控场景合理选择夜视技术。

【关键词】 铁路 视频监控 夜视技术

一、引言

在铁路快速发展的今天，视频监控业务在铁路运输中的需求越来越迫切，从设备机房、车站重点场所监控到车站咽喉区监控，从重点地段监控到铁路区间的全线监控，铁路视频监控系统也从点、区段向全线覆盖的方向发展，成为铁路安全生产、提高效率、强化管理的重要技术支撑。基于铁路24小时连续运转的特点，铁路运维部门对视频监控夜视技术的要求也越来越高。

夜视技术选择的合理与否也直接影响到视频监控图像的质量，因此，如何针对不同的铁路视频监控场景来合理选择夜视技术是本文讨论的重点。

二、铁路视频监控业务需求分析

根据监控对象的内容的不同，铁路视频监控业务需求分为以下几个部分：

①运营调度：

车站咽喉区、行车室、外勤作业点，区间隧道洞口、公跨铁立交桥、桥梁救援疏散通道、平交道口、路基地段治安复杂区重点目标等；

②通信/信号节点：

通信/信号机房、GSM-R基站、信号中继站、线路所等室内、外场所；

③牵引供电节点：

牵引变电所、分区所、AT所、开闭所等牵引供电系统室内、外场所；

④电力节点：

电力35kV变配电所、独立10kV配电所、站区室内变电所、站房室内变电所等室内、外场所；

⑤客运车站：

站台、候车大厅、站前广场、售票厅、进、出站公共通道、重要办公室、商业服务区等场所；

⑥编组站、区段站：

各到达、出发、编组场，货场库区、货运综合楼、货场站台、货场办公、货场周界等场所。

铁路视频监控应实现对上述区域实现“全天候”监控，不但能够实现昼夜连续监控，还要求在刮风、下雨等恶劣条件下可提供清晰的监控图像，同时关键设备应采用主流、可靠的设备，并具有免维护或少维护的特性，以利于减少后期运营维护成本。

三、几种夜视技术的比较

目前常用的夜视技术包括低照度、LED红外照明夜视、激光夜视和热成像技术。

3.1低照度技术

低照度技术是指在较低照度的可见光环境下，利用摄像机多帧采样、累积成像技术，实现可识别的监控图像。此方式要求监控环境至少有微弱的可见光照，观察静止物体效果较好，目标移动速度较快时会形成图像拖尾。低照度技术在没有增加辅助光源的情况下可实现清晰的彩色图像，具有稳定性好、图像亮度均匀、设备维护简单等优点，也不会存在红外失焦的现象。

但低照度技术除取决于其自身技术本身外，还受制于摄像机镜头、感光元件、图像处理组件等诸多因素。单纯的低照度方式适用于背景光照条件较好的城市、村镇附近，此外，该技术也可以和其它夜视照明技术配合使用。

3.2 LED红外照明夜视技术

LED红外照明夜视技术是指利用LED红外灯对监控目标区提供附加照明，实现夜间有效的监控。特点是技术简单，应用范围广，设备成本低，画面照度均匀性好，在日间可以获得彩色监控画面。但是，红外LED摄像机在工程应用中监视半径小，距离短，受铁路沿线使用时须采用无红暴发光体的限制，有效范围一般在200m以内，往往是夜间在100m之外照度已经明显不足，出现图像变虚，噪点变多，主观评价等级变差的情况。

鉴于上述情况，该技术适用于监控范围较小区域内设置摄像机的方式，实现200m范围内的场景监控或用于铁路沿线单点目标的监控。

3.3激光照明夜视技术

激光照明夜视技术是以人眼不可见的红外激光作为照明光源，经专门的微光学器件对激光光斑整形匀化后照明被监控目标，通过高灵敏度的彩转黑CCD和长焦距变焦夜视镜头接收，可以理解为“看不见光的探照灯”。激光光源的输出功率一般是几瓦到十几瓦，由于激光亮度高，照明区域成像效果较好，且激光作用距离远，在1km甚至更远的距离上均能达到较好的照明效果。在采用一体化激光摄像机情况下，可以实现激光变焦镜头与摄像机变焦镜头同步调节，距离近时扩大角度覆盖较大范围，距离远时缩小角度集中聚焦目标，较好地实现激光照明区域与视频观察区域的匹配。但在大于300m的较远距离上激光照明区域一般为30m至50m直径的光斑，只有在光斑内才能照明目标，无法实现更大范围的观察效果。

因此，该技术较适合夜间定点目标观察或巡视，不太适合近距离大范围的监控。受空气中粉尘影响，远距离（大功率）激光照明易出现明显的后向反射，对观察效果影响较大，且一体化激光摄像机造价相对较高。

3.4热成像技术

热成像技术是完全被动的，它不发射可被探测到的主动光源，而是通过红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形，反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。理论上任何物体都可以通过其辐射的红外光探测到，观察环境有无光照对观察效果基本不产生影响。

与低照度、LED红外照明和激光照明夜视技术相比，热成像技术作用距离远，长焦热成像仪观测距离可达5km以上；隐蔽性强，不容易被反侦察手段发现；穿透能力强，比可见光具有更强穿透雾霾、雨雪能力；也不会像其它夜视技术手可见光强光干扰。

但热像仪所呈现出的图像上面的不同颜色代表被测物体的不同温度，无法反映目标实际色彩，不能实现光学意义上的变焦，而且设备成本很高，在铁路视频监控中运用较少。

下表为上述四种夜视技术的对比。

四、夜视技术在铁路视频监控系统上的应用

从前面的需求分析可以看出铁路视频监控需求范围十分广泛，因此应根据不同的监控场景来选择合适的夜视技术来提高监控的效果。

低照度技术适合在客运车站这类照明条件较好和有背景光照的区域，如客运站台、站房等。

LED红外照明夜视技术适合监控距离较近且基本无背景光照的场所，如区间线路上的公跨铁立交桥、桥梁救援疏散通道、路基地段治安复杂区，通信/信号/牵引供电/电力节点室外场坪，编组站、区段站站场等，无法采用单一的低照度技术，而且此类场所监控范围都在200m以内，配合低照度技术，成像效果较好，经济性也较好。

激光照明夜视技术在300m以内照明区域成像效果较好，也可满足300m至1km范围内的夜间定点目标观察或巡视，这类监控区域情况相对复杂，监控目标多、距离远，因此比较适合在咽喉区、隧道口、长大桥梁监控时使用。随着工程应用的成熟和设备费用的降低，今后激光照明夜视技术也可逐步运用到铁路区间的全线覆盖。

热成像技术一般用于非接触测温、快速故障检测和热场分析，适合牵引供电、电力所亭室外场坪供变电设施、供电线路、轮轴过热、仓库防火监控的监测，但热成像仪设备价格昂贵，在初期不建议大规模使用。

无人值守的机房室内可不采用夜视技术。

五、结束语

铁路视频监控系统为铁路安全防范体系提供了有利的技术保障，对铁路运营安全，广大旅客的生命、财产安全等方面起到保驾护航的作用。随着我国高速铁路的大规模建设，铁路视频监控系统也迎来了快速发展的机遇，而夜视技术的应用也会越来越广泛、成熟。针对不同的监控对象选择合适的夜视技术，不仅较好地满足了铁路视频监控业务的需求，而且能合理降低工程投资和运营维护的成本，相信夜视技术在铁路视频监控建设领域将会有十分广阔的应用前景。

参 考 文 献

[1]李同磊，陶小凯. 高清激光夜视技术在铁路视频监控中的应用[J]. 中国铁路. 2014（1）： 84-86.

[2]李林， 全天候摄像机监控技术发展趋势[J]. 中国铁路. 2014（12）： 74-76.