周乐

【摘 要】针对南昆线K107+600-K108+630防洪看守区的状况，确定设备布局方案，对多款摄像机进行对比研究，采集不同天气条件下的视频监控图像，选出了比较适合使用在铁路防洪区段视频监控的摄像机，形成了一套铁路防洪区段视频监控防护系统，系统达到了部分替代人工看守的实际效果，为使用视频监控防护系统替代人工看守提供了科学的决策依据。

【关键词】防洪安全；智能视频监控；系统设计；降低成本

中图分类号： U216.41 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）13-0048-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.13.021

南宁铁路局线路大多处于亚热带山区地段，雷多且雨量较大，线路两旁常有悬崖峭壁，或是陡峭的护坡。危岩落石、边坡坍塌和泥石流等自然灾害时有发生，严重威胁铁路行车安全，加之汛期时间长，给铁路沿线防洪带来巨大压力。工务部门在易发生危岩落石、边坡坍塌和泥石流等险情的地段设置了有人看守点，安排专人进行24小时看护，便于及时发现、解除危及行车安全的险情。据统计，南宁铁路局长期有人看守点共计124处，雇佣看守人员496名，一年要付出约2000多万元费用，人力成本较高[1]。

南昆线K107+600-K108+630防洪看守区线路情况复杂，位于悬崖、江河边上，弯道较大，早晚雾气浓重，视野范围较小，且存在落石及滑坡的危险，对于安全防护有很高的要求。因此在此区段安装视频监控设备，对该区段进行全天候的视频监控，着重研究夜间及大雨、大雾等恶劣自然条件下的视频监控效果，分析判断是否能够达到人工看护的实际效果，为使用视频监控防护系统替代人工看守提供决策依据。

1 系统研究方案

1.1 系统结构

根据线路概况，视频监控系统需覆盖约1.5km长的线路范围，而且该区段大部分属于防洪Ⅱ级路段，需要进行长期看守，视频监控系统需要对此路段进行实时监控，并将实时视频画面传输到最近的看守房中，以便现场看守人员能够实时了解看守线路的具体情况。视频监控系统由前端摄像机、防雷单元、传输设备、供电单元、高清硬盘录像机、显示设备等组成。系统设备总体布局结构如图1所示：

2 图像采集设备的选型

目前视频监控市场上存在着各种各样的摄像机，不同性能的摄像机拍摄得到的视频图像效果也存在着较大的差别[2]。根据本项目的研究内容，需要对监控区域进行全天候的视频监控，着重研究夜间及大雨、大雾等恶劣自然条件下的视频监控效果，因此在对摄像机进行选型的时候需要考虑所选摄像机的透雾能力、补光要求等。

2.1 摄像机透雾功能的研究

由于可见光在通过空气中的烟尘或雾气时，会被阻挡反射而无法通过，所以只能接收可见光的人眼是看不到烟尘雾气后面的物体的。而近红外光线由于波长较长，可以绕过烟尘和雾气并穿透过去，并且摄像机的感光元件可以感应到这部分近红外光，所以就可以利用这部分光线来实现穿尘透雾的监控，这就是 透雾原理。在不可见光的范围内，有一定频率的红外光可以穿透雾气，但是由于其波长和可见光不同，所以需要在摄像机和镜头上进行处理，以达到对其聚焦的目的， 同时还需要在摄像机上进行重新设计，用来将这一频率的不可见光进行成像。由于这个不可见光没有对应的可见光色彩图，所以在监视器上呈现的图像为黑白颜色[3]。透过云雾、水气拍摄物体，相当于透过了两重透镜（水珠与实际透镜），除了R光线可以正确聚焦在CCD成像面上，RGB光线中的GB均无法正常的投射在CCD成像面上，这样就造成了普通模式镜头无法正常、清晰的得到云雾、水气中的图像。

现代红外热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。所有高于绝对零度（-273℃）的物体都会发出红外辐射。红外热像仪利用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。热图像上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。

对具有透雾功能的透雾摄像机、红外热像仪及不具备透雾功能的非透雾摄像机三款设备获得的图像进行比较，透雾摄像机虽然能够拍摄到雾气后面的景象，但雾气仍然很重，图像画面不够清晰，透雾效果不理想；非透雾摄像机基本上无法拍摄到雾气后面的景象，图像画面基本上被雾气完全覆盖；而红外热像仪从原理上基本不受雾气的影响，但是由于拍摄的对象为铁路线路状况及其周边环境，它们之间的温度基本相同，通过红外热图像基本无法分辨它们之间的差别，所以在图像上无法看清线路状况。

2.2 补光效果的研究

系统位于铁路线路上，夜间补光是必不可少的。而且根据现场环境及供电要求，所选择的补光灯功率不能太大，功率太大，耗电多；补光灯发光强度也不能太亮，灯光太亮会影响列车司机的瞭望。但是，若补光不足，摄像机拍摄得到的视频图像则会出现图像画面暗淡的问题，不利于监控人员的查看。因此，在对摄像机进行选型的时候，应选择低照度摄像机。

根据经验，在选择补光灯的时候需要确保补光灯的功率不得大于30W[4]，而且结合铁路线路的走势，为了使灯光照射得足够远，补光灯的发散角度需要限定在45°以内。根据补光灯的照射距离，补光灯的安装距离应保持在40～60米之间，太近则会增加补光灯的投入，太远则会有部分路段无法得到有效的补光。同时为了避免补光灯直射摄像机形成监控盲区，特别是雨天、雾天造成的灯光折射和散射使得摄像机的监控区域完成被光线覆盖，补光灯的照射方向与摄像机的拍摄方向应一致。

2.3 视频周界防范

视频周界防范是建立在传统周界防护概念基础上，通过应用智能视频分析技术，对入侵者进行探测、报警，从而实现对住宅小区、大型工厂、边海防、武警军区等领域的周界防范[5]。视频周界防范系统在视频监控综合管理系统上进行开发，基于嵌入式智能视觉分析技术，在周界防范的问题上利用它所具有入侵检测报警和目标自动跟踪功能模块，除了能实现传统周界防范系统终端报警的功能外，它最大的优势是可以实时查看监控画面、对入侵目标进行及时定位跟踪、对越界行为进行声光示警等智能化创新功能，对入侵事件能够及时遏制，从而最大限度的将损失降低到最小。本系统中，需要防范的是落石或其他物体侵入到铁路线路，对列车行车安全造成威胁，所以需将视频监控范围内的铁路线路设定为防入侵范围，只要有异物侵入设定的范围，监控终端即发出警报，提醒看守人员注意，及时排除列车行车安全隐患。

3 铁路防洪区段视频监控方案

基于以上几点，系统选定了具有防入侵功能的高清摄像机Ⅰ、高清摄像机Ⅱ、高清低照度枪机、高清低照度球机这几款摄像机做气候条件为白天晴天、雨天、雾天和夜间晴天、雨天、雾天的视频图像对比研究。经过试验图像对比分析，得出表1结论。

从表1对比可知，在各種不同的气候条件下，高清低照球机拍摄得到的视频图像色彩度、清晰度均优于其他三款摄像机拍摄得到的视频图像。

结合高清低照度球机的试验要求，得出了比较适合使用在铁路防洪区段的视频监控方案，方案如表2示。

4 结论

试验结果表明，在选用试验高清低照度球机作为监控摄像机的系统技术方案条件下（表2），晴好天气白天和夜晚，视频图像清晰，监视系统能满足监控需求，视频监控能起到替代人工看守的作用；其他气候条件下，视频图像不够清晰，有效监控距离较短，只能起到部分替代作用，此时需缩减摄像机的安装间距，投资加大，而且需加强巡防。

该系统采集到晴天白天和夜间情况下的视频图像清晰，能够达到人工看护的实际效果；而在大雾、雨天等天气情况下，该系统采集到的视频图像则不够清晰，监控有效距离短，只能起到部分替代作用，在这些情况下需要加强巡逻。该系统还具有异物入侵报警功能，当落石等异物侵入铁路线路时，系统将发出报警信号，及时提醒看守人员查看线路状况，确保列车行车安全。“铁路防洪区段视频监控防护系统”达到了部分替代人工看守的实际效果，为使用视频监控防护系统替代人工看守提供了科学的决策依据。

【参考文献】

[1]张翠兵.铁路防洪应急管理系统研究与应用[J].中国铁路，2015，（3）：66-70.

[2]陶有好.高速铁路视频监控新技术应用[J].上海铁道科技，2017，（01）：125-127.

[3]樊丽健，龚宗洋.基于透雾摄像机的车载监控系统[J].安防科技，2010，（01）：19-21.

[4]汪旭莹，邓卫燕，张飞，韩朋.红外球形摄像机补光系统的设计与实现[J].电子技术应用，2015，（01）：36-38，45.

[5]魏成洪.浅谈智能视频分析在门岗和周界防范中的应用[J].科技资讯，2011，（01）：25-26.