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        夜視攝像技術(shù)在人工地震爆破現(xiàn)場的應(yīng)用*

        2013-03-14 06:18:40吳楠楠洪惠群
        地震科學(xué)進(jìn)展 2013年10期
        關(guān)鍵詞:炸點夜視紅外

        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(qiáng)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(xué)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(jìn)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(xué)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(yuǎn)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(jìn)行了認(rèn)真分析,認(rèn)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(jìn)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(fēng)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(fēng)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(jìn)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(tuán)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(jī)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(jìn)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(biāo),紅外CCD 或CMOS探測器接收目標(biāo)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(jī)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(jī)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(jī)位進(jìn)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(yuǎn)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(jī)位的布置可確保記錄下爆破時的每一幀細(xì)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(jìn)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(jī)[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(fēng)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(rèn)真做好防水、防雨、防風(fēng)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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)[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(fēng)的影響,現(xiàn)場風(fēng)雨大作,除一個炸點的便攜發(fā)電機(jī)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(bǔ)了現(xiàn)場夜間信息收集能力的空白。

        [1]吳楠楠,黃宏生,郭進(jìn)波,等.福建地震現(xiàn)場應(yīng)急通信系統(tǒng)的運行維護(hù)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?wèi)?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

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