夜視技術在鐵路視頻監控系統中的應用

張炅

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

【關鍵詞】 鐵路 視頻監控 夜視技術

一、引言

在鐵路快速發展的今天，視頻監控業務在鐵路運輸中的需求越來越迫切，從設備機房、車站重點場所監控到車站咽喉區監控，從重點地段監控到鐵路區間的全線監控，鐵路視頻監控系統也從點、區段向全線覆蓋的方向發展，成為鐵路安全生產、提高效率、強化管理的重要技術支撐。基于鐵路24小時連續運轉的特點，鐵路運維部門對視頻監控夜視技術的要求也越來越高。

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

二、鐵路視頻監控業務需求分析

根據監控對象的內容的不同，鐵路視頻監控業務需求分為以下幾個部分：

①運營調度：

車站咽喉區、行車室、外勤作業點，區間隧道洞口、公跨鐵立交橋、橋梁救援疏散通道、平交道口、路基地段治安復雜區重點目標等；

②通信/信號節點：

通信/信號機房、GSM-R基站、信號中繼站、線路所等室內、外場所；

③牽引供電節點：

牽引變電所、分區所、AT所、開閉所等牽引供電系統室內、外場所；

④電力節點：

電力35kV變配電所、獨立10kV配電所、站區室內變電所、站房室內變電所等室內、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、商業服務區等場所；

⑥編組站、區段站：

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

鐵路視頻監控應實現對上述區域實現“全天候”監控，不但能夠實現晝夜連續監控，還要求在刮風、下雨等惡劣條件下可提供清晰的監控圖像，同時關鍵設備應采用主流、可靠的設備，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、幾種夜視技術的比較

目前常用的夜視技術包括低照度、LED紅外照明夜視、激光夜視和熱成像技術。

3.1低照度技術

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

但低照度技術除取決于其自身技術本身外，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、村鎮附近，此外，該技術也可以和其它夜視照明技術配合使用。

3.2 LED紅外照明夜視技術

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

鑒于上述情況，該技術適用于監控范圍較小區域內設置攝像機的方式，實現200m范圍內的場景監控或用于鐵路沿線單點目標的監控。

3.3激光照明夜視技術

激光照明夜視技術是以人眼不可見的紅外激光作為照明光源，經專門的微光學器件對激光光斑整形勻化后照明被監控目標，通過高靈敏度的彩轉黑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，可以實現激光變焦鏡頭與攝像機變焦鏡頭同步調節，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，較好地實現激光照明區域與視頻觀察區域的匹配。但在大于300m的較遠距離上激光照明區域一般為30m至50m直徑的光斑，只有在光斑內才能照明目標，無法實現更大范圍的觀察效果。

因此，該技術較適合夜間定點目標觀察或巡視，不太適合近距離大范圍的監控。受空氣中粉塵影響，遠距離（大功率）激光照明易出現明顯的后向反射，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

熱成像技術是完全被動的，它不發射可被探測到的主動光源，而是通過紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標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。理論上任何物體都可以通過其輻射的紅外光探測到，觀察環境有無光照對觀察效果基本不產生影響。

與低照度、LED紅外照明和激光照明夜視技術相比，熱成像技術作用距離遠，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現；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手可見光強光干擾。

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

下表為上述四種夜視技術的對比。

四、夜視技術在鐵路視頻監控系統上的應用

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

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

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

激光照明夜視技術在300m以內照明區域成像效果較好，也可滿足300m至1km范圍內的夜間定點目標觀察或巡視，這類監控區域情況相對復雜，監控目標多、距離遠，因此比較適合在咽喉區、隧道口、長大橋梁監控時使用。隨著工程應用的成熟和設備費用的降低，今后激光照明夜視技術也可逐步運用到鐵路區間的全線覆蓋。

熱成像技術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施、供電線路、輪軸過熱、倉庫防火監控的監測，但熱成像儀設備價格昂貴，在初期不建議大規模使用。

無人值守的機房室內可不采用夜視技術。

五、結束語

鐵路視頻監控系統為鐵路安全防范體系提供了有利的技術保障，對鐵路運營安全，廣大旅客的生命、財產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模建設，鐵路視頻監控系統也迎來了快速發展的機遇，而夜視技術的應用也會越來越廣泛、成熟。針對不同的監控對象選擇合適的夜視技術，不僅較好地滿足了鐵路視頻監控業務的需求，而且能合理降低工程投資和運營維護的成本，相信夜視技術在鐵路視頻監控建設領域將會有十分廣闊的應用前景。

參 考 文 獻

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

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