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(cè)”項(xiàng)目是自2010年開(kāi)始實(shí)施的，擬用5年時(shí)間在福建全省及其近海地區(qū)實(shí)施深部構(gòu)造探測(cè)工作，獲取地震活動(dòng)斷層等地下三維地殼深部構(gòu)造信息，為該區(qū)域未來(lái)強(qiáng)震趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究、制訂防震減災(zāi)戰(zhàn)略決策、國(guó)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(tái)灣有關(guān)方面，通過(guò)人工地震的方法，對(duì)福建及臺(tái)灣海峽的地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)。為了實(shí)時(shí)監(jiān)控爆破現(xiàn)場(chǎng)的爆破效果，完整地記錄爆破的過(guò)程，更好地完成跨越海峽人工爆破科學(xué)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)夜間拍攝與圖像傳輸任務(wù)，項(xiàng)目人員多次到選定的9個(gè)炸測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展實(shí)地通信條件及夜視拍攝效果的測(cè)試工作。

1 夜視成像技術(shù)在人工地震爆破現(xiàn)場(chǎng)面臨的困難

由于考慮到爆破試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的聲音、震動(dòng)以及其他可能產(chǎn)生的破壞因素對(duì)人們正常生產(chǎn)生活的影響，此次測(cè)試的9個(gè)炸測(cè)點(diǎn)均選擇在遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)的無(wú)人居住的山區(qū)及海邊。并且選擇在凌晨0～4 點(diǎn)的時(shí)間段內(nèi)起爆。項(xiàng)目人員對(duì)爆破現(xiàn)場(chǎng)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?xiàng)l件下，無(wú)可用于拍攝的自然光源。不像在白天，無(wú)論陰天、雨天都有陽(yáng)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(guò)程時(shí)間極短，往往只有短短一瞬間時(shí)間，要保證在這關(guān)鍵的幾秒鐘時(shí)間內(nèi)的拍攝不丟幀，對(duì)傳輸和拍攝的可靠性要求較高。

（3）野外條件下，無(wú)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(kāi)植被的遮擋。

（5）七八月份正是臺(tái)風(fēng)影響福建最為頻繁的時(shí)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(chǎng)地條件有限，道路也崎嶇坎坷，不適合笨重的大型設(shè)備運(yùn)輸和展開(kāi)。

（7）資金和采購(gòu)渠道限制，無(wú)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(kāi)始之前未找到夜視攝像技術(shù)在人工地震爆破現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的成功案例，對(duì)于我們的任務(wù)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)無(wú)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(chǎng)的應(yīng)用對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是零起點(diǎn)的全新領(lǐng)域。

2 人工地震爆破現(xiàn)場(chǎng)夜視成像方案

按照成像原理，紅外夜視系統(tǒng)分為被動(dòng)紅外夜視系統(tǒng)和主動(dòng)紅外夜視系統(tǒng)。被動(dòng)紅外夜視系統(tǒng)利用熱成像相機(jī)接收人、動(dòng)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(jià)格昂貴［2］。主動(dòng)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(dòng)照射目標(biāo)，紅外CCD 或CMOS探測(cè)器接收目標(biāo)反射的紅外光線，通過(guò)ECU處理后輸出到顯示裝置上，成像清晰、自然，價(jià)格相對(duì)低廉。

圖1 主動(dòng)式紅外夜視系統(tǒng)組成

圖2 爆破現(xiàn)場(chǎng)夜視系統(tǒng)組成

由于資金和采購(gòu)渠道限制，為解決困難（2）、（4）及困難（7）面對(duì)的問(wèn)題，項(xiàng)目人員經(jīng)過(guò)對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有帶夜視功能的攝像機(jī)及監(jiān)控探頭的大量實(shí)驗(yàn)，決定選用16～105mm 焦段的可變焦主動(dòng)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(gè)不同位置分別布置1個(gè)機(jī)位進(jìn)行同時(shí)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(chǎng)情況自由調(diào)節(jié)焦段。兩個(gè)機(jī)位的布置可確保記錄下爆破時(shí)的每一幀細(xì)節(jié)。針對(duì)困難（1），項(xiàng)目人員決定預(yù)備LED 輔助光源對(duì)爆破現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行照明，并配備氣動(dòng)升降桿根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)節(jié)照明高度和角度，以適應(yīng)場(chǎng)地需要［3］。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)還配備了便攜式移動(dòng)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(wèn)題。針對(duì)臺(tái)風(fēng)問(wèn)題，項(xiàng)目人員在每次系統(tǒng)搭建時(shí)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(duì)系統(tǒng)組建和運(yùn)輸要求都降到了最低。整個(gè)夜視系統(tǒng)組成如圖2所示。

3 實(shí)際應(yīng)用效果

項(xiàng)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(diǎn)距爆破點(diǎn)在50～100m 范圍，輔助光源在距爆破點(diǎn)15～30 m 范圍布置。在實(shí)際9個(gè)炸點(diǎn)的爆破試驗(yàn)過(guò)程中，還遇到了“蘇拉”臺(tái)風(fēng)的影響，現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)雨大作，除一個(gè)炸點(diǎn)的便攜發(fā)電機(jī)故障外，我們共傳回了8個(gè)炸點(diǎn)9次爆破的實(shí)時(shí)夜視信號(hào)，最多一次同時(shí)傳輸4個(gè)炸點(diǎn)夜視信號(hào)，設(shè)備最長(zhǎng)連續(xù)工作時(shí)間4小時(shí)。拍攝過(guò)程中紅外視頻信號(hào)清晰流暢，視頻傳輸質(zhì)量滿足了項(xiàng)目組的要求。部分實(shí)拍視頻截圖如圖3所示。

圖3 武平和永定爆破點(diǎn)的實(shí)拍圖像

4 小結(jié)

經(jīng)過(guò)多次的試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)，項(xiàng)目組總結(jié)了失敗和成功的經(jīng)驗(yàn)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(chǎng)夜視攝像系統(tǒng)。為地震現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)的運(yùn)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(chǎng)工作隊(duì)?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(chǎng)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(dòng)演練中現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)資源物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)研究.內(nèi)陸地震，2012，26（4）：332－336