鐵路防洪區(qū)段視頻監(jiān)控防護(hù)系統(tǒng)

周樂(lè)

【摘 要】針對(duì)南昆線K107+600-K108+630防洪看守區(qū)的狀況，確定設(shè)備布局方案，對(duì)多款攝像機(jī)進(jìn)行對(duì)比研究，采集不同天氣條件下的視頻監(jiān)控圖像，選出了比較適合使用在鐵路防洪區(qū)段視頻監(jiān)控的攝像機(jī)，形成了一套鐵路防洪區(qū)段視頻監(jiān)控防護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)達(dá)到了部分替代人工看守的實(shí)際效果，為使用視頻監(jiān)控防護(hù)系統(tǒng)替代人工看守提供了科學(xué)的決策依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】防洪安全；智能視頻監(jiān)控；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；降低成本

中圖分類號(hào)： U216.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）13-0048-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.13.021

南寧鐵路局線路大多處于亞熱帶山區(qū)地段，雷多且雨量較大，線路兩旁常有懸崖峭壁，或是陡峭的護(hù)坡。危巖落石、邊坡坍塌和泥石流等自然災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅鐵路行車安全，加之汛期時(shí)間長(zhǎng)，給鐵路沿線防洪帶來(lái)巨大壓力。工務(wù)部門在易發(fā)生危巖落石、邊坡坍塌和泥石流等險(xiǎn)情的地段設(shè)置了有人看守點(diǎn)，安排專人進(jìn)行24小時(shí)看護(hù)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解除危及行車安全的險(xiǎn)情。據(jù)統(tǒng)計(jì)，南寧鐵路局長(zhǎng)期有人看守點(diǎn)共計(jì)124處，雇傭看守人員496名，一年要付出約2000多萬(wàn)元費(fèi)用，人力成本較高[1]。

南昆線K107+600-K108+630防洪看守區(qū)線路情況復(fù)雜，位于懸崖、江河邊上，彎道較大，早晚霧氣濃重，視野范圍較小，且存在落石及滑坡的危險(xiǎn)，對(duì)于安全防護(hù)有很高的要求。因此在此區(qū)段安裝視頻監(jiān)控設(shè)備，對(duì)該區(qū)段進(jìn)行全天候的視頻監(jiān)控，著重研究夜間及大雨、大霧等惡劣自然條件下的視頻監(jiān)控效果，分析判斷是否能夠達(dá)到人工看護(hù)的實(shí)際效果，為使用視頻監(jiān)控防護(hù)系統(tǒng)替代人工看守提供決策依據(jù)。

1 系統(tǒng)研究方案

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)線路概況，視頻監(jiān)控系統(tǒng)需覆蓋約1.5km長(zhǎng)的線路范圍，而且該區(qū)段大部分屬于防洪Ⅱ級(jí)路段，需要進(jìn)行長(zhǎng)期看守，視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)此路段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將實(shí)時(shí)視頻畫面?zhèn)鬏數(shù)阶罱目词胤恐校员悻F(xiàn)場(chǎng)看守人員能夠?qū)崟r(shí)了解看守線路的具體情況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端攝像機(jī)、防雷單元、傳輸設(shè)備、供電單元、高清硬盤錄像機(jī)、顯示設(shè)備等組成。系統(tǒng)設(shè)備總體布局結(jié)構(gòu)如圖1所示：

2 圖像采集設(shè)備的選型

目前視頻監(jiān)控市場(chǎng)上存在著各種各樣的攝像機(jī)，不同性能的攝像機(jī)拍攝得到的視頻圖像效果也存在著較大的差別[2]。根據(jù)本項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容，需要對(duì)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行全天候的視頻監(jiān)控，著重研究夜間及大雨、大霧等惡劣自然條件下的視頻監(jiān)控效果，因此在對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行選型的時(shí)候需要考慮所選攝像機(jī)的透霧能力、補(bǔ)光要求等。

2.1 攝像機(jī)透霧功能的研究

由于可見光在通過(guò)空氣中的煙塵或霧氣時(shí)，會(huì)被阻擋反射而無(wú)法通過(guò)，所以只能接收可見光的人眼是看不到煙塵霧氣后面的物體的。而近紅外光線由于波長(zhǎng)較長(zhǎng)，可以繞過(guò)煙塵和霧氣并穿透過(guò)去，并且攝像機(jī)的感光元件可以感應(yīng)到這部分近紅外光，所以就可以利用這部分光線來(lái)實(shí)現(xiàn)穿塵透霧的監(jiān)控，這就是 透霧原理。在不可見光的范圍內(nèi)，有一定頻率的紅外光可以穿透霧氣，但是由于其波長(zhǎng)和可見光不同，所以需要在攝像機(jī)和鏡頭上進(jìn)行處理，以達(dá)到對(duì)其聚焦的目的， 同時(shí)還需要在攝像機(jī)上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，用來(lái)將這一頻率的不可見光進(jìn)行成像。由于這個(gè)不可見光沒(méi)有對(duì)應(yīng)的可見光色彩圖，所以在監(jiān)視器上呈現(xiàn)的圖像為黑白顏色[3]。透過(guò)云霧、水氣拍攝物體，相當(dāng)于透過(guò)了兩重透鏡（水珠與實(shí)際透鏡），除了R光線可以正確聚焦在CCD成像面上，RGB光線中的GB均無(wú)法正常的投射在CCD成像面上，這樣就造成了普通模式鏡頭無(wú)法正常、清晰的得到云霧、水氣中的圖像。

現(xiàn)代紅外熱像儀的工作原理是使用光電設(shè)備來(lái)檢測(cè)和測(cè)量輻射，并在輻射與表面溫度之間建立相互聯(lián)系。所有高于絕對(duì)零度（-273℃）的物體都會(huì)發(fā)出紅外輻射。紅外熱像儀利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)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(chǎng)相對(duì)應(yīng)。熱圖像上面的不同顏色代表被測(cè)物體的不同溫度。

對(duì)具有透霧功能的透霧攝像機(jī)、紅外熱像儀及不具備透霧功能的非透霧攝像機(jī)三款設(shè)備獲得的圖像進(jìn)行比較，透霧攝像機(jī)雖然能夠拍攝到霧氣后面的景象，但霧氣仍然很重，圖像畫面不夠清晰，透霧效果不理想；非透霧攝像機(jī)基本上無(wú)法拍攝到霧氣后面的景象，圖像畫面基本上被霧氣完全覆蓋；而紅外熱像儀從原理上基本不受霧氣的影響，但是由于拍攝的對(duì)象為鐵路線路狀況及其周邊環(huán)境，它們之間的溫度基本相同，通過(guò)紅外熱圖像基本無(wú)法分辨它們之間的差別，所以在圖像上無(wú)法看清線路狀況。

2.2 補(bǔ)光效果的研究

系統(tǒng)位于鐵路線路上，夜間補(bǔ)光是必不可少的。而且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及供電要求，所選擇的補(bǔ)光燈功率不能太大，功率太大，耗電多；補(bǔ)光燈發(fā)光強(qiáng)度也不能太亮，燈光太亮?xí)绊懥熊囁緳C(jī)的瞭望。但是，若補(bǔ)光不足，攝像機(jī)拍攝得到的視頻圖像則會(huì)出現(xiàn)圖像畫面暗淡的問(wèn)題，不利于監(jiān)控人員的查看。因此，在對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行選型的時(shí)候，應(yīng)選擇低照度攝像機(jī)。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇補(bǔ)光燈的時(shí)候需要確保補(bǔ)光燈的功率不得大于30W[4]，而且結(jié)合鐵路線路的走勢(shì)，為了使燈光照射得足夠遠(yuǎn)，補(bǔ)光燈的發(fā)散角度需要限定在45°以內(nèi)。根據(jù)補(bǔ)光燈的照射距離，補(bǔ)光燈的安裝距離應(yīng)保持在40～60米之間，太近則會(huì)增加補(bǔ)光燈的投入，太遠(yuǎn)則會(huì)有部分路段無(wú)法得到有效的補(bǔ)光。同時(shí)為了避免補(bǔ)光燈直射攝像機(jī)形成監(jiān)控盲區(qū)，特別是雨天、霧天造成的燈光折射和散射使得攝像機(jī)的監(jiān)控區(qū)域完成被光線覆蓋，補(bǔ)光燈的照射方向與攝像機(jī)的拍攝方向應(yīng)一致。

2.3 視頻周界防范

視頻周界防范是建立在傳統(tǒng)周界防護(hù)概念基礎(chǔ)上，通過(guò)應(yīng)用智能視頻分析技術(shù)，對(duì)入侵者進(jìn)行探測(cè)、報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)住宅小區(qū)、大型工廠、邊海防、武警軍區(qū)等領(lǐng)域的周界防范[5]。視頻周界防范系統(tǒng)在視頻監(jiān)控綜合管理系統(tǒng)上進(jìn)行開發(fā)，基于嵌入式智能視覺(jué)分析技術(shù)，在周界防范的問(wèn)題上利用它所具有入侵檢測(cè)報(bào)警和目標(biāo)自動(dòng)跟蹤功能模塊，除了能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)周界防范系統(tǒng)終端報(bào)警的功能外，它最大的優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)時(shí)查看監(jiān)控畫面、對(duì)入侵目標(biāo)進(jìn)行及時(shí)定位跟蹤、對(duì)越界行為進(jìn)行聲光示警等智能化創(chuàng)新功能，對(duì)入侵事件能夠及時(shí)遏制，從而最大限度的將損失降低到最小。本系統(tǒng)中，需要防范的是落石或其他物體侵入到鐵路線路，對(duì)列車行車安全造成威脅，所以需將視頻監(jiān)控范圍內(nèi)的鐵路線路設(shè)定為防入侵范圍，只要有異物侵入設(shè)定的范圍，監(jiān)控終端即發(fā)出警報(bào)，提醒看守人員注意，及時(shí)排除列車行車安全隱患。

3 鐵路防洪區(qū)段視頻監(jiān)控方案

基于以上幾點(diǎn)，系統(tǒng)選定了具有防入侵功能的高清攝像機(jī)Ⅰ、高清攝像機(jī)Ⅱ、高清低照度槍機(jī)、高清低照度球機(jī)這幾款攝像機(jī)做氣候條件為白天晴天、雨天、霧天和夜間晴天、雨天、霧天的視頻圖像對(duì)比研究。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)圖像對(duì)比分析，得出表1結(jié)論。

從表1對(duì)比可知，在各種不同的氣候條件下，高清低照球機(jī)拍攝得到的視頻圖像色彩度、清晰度均優(yōu)于其他三款攝像機(jī)拍攝得到的視頻圖像。

結(jié)合高清低照度球機(jī)的試驗(yàn)要求，得出了比較適合使用在鐵路防洪區(qū)段的視頻監(jiān)控方案，方案如表2示。

4 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，在選用試驗(yàn)高清低照度球機(jī)作為監(jiān)控?cái)z像機(jī)的系統(tǒng)技術(shù)方案條件下（表2），晴好天氣白天和夜晚，視頻圖像清晰，監(jiān)視系統(tǒng)能滿足監(jiān)控需求，視頻監(jiān)控能起到替代人工看守的作用；其他氣候條件下，視頻圖像不夠清晰，有效監(jiān)控距離較短，只能起到部分替代作用，此時(shí)需縮減攝像機(jī)的安裝間距，投資加大，而且需加強(qiáng)巡防。

該系統(tǒng)采集到晴天白天和夜間情況下的視頻圖像清晰，能夠達(dá)到人工看護(hù)的實(shí)際效果；而在大霧、雨天等天氣情況下，該系統(tǒng)采集到的視頻圖像則不夠清晰，監(jiān)控有效距離短，只能起到部分替代作用，在這些情況下需要加強(qiáng)巡邏。該系統(tǒng)還具有異物入侵報(bào)警功能，當(dāng)落石等異物侵入鐵路線路時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)提醒看守人員查看線路狀況，確保列車行車安全?！拌F路防洪區(qū)段視頻監(jiān)控防護(hù)系統(tǒng)”達(dá)到了部分替代人工看守的實(shí)際效果，為使用視頻監(jiān)控防護(hù)系統(tǒng)替代人工看守提供了科學(xué)的決策依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

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