智慧環(huán)保之污染源視頻監(jiān)控

智慧環(huán)保之污染源視頻監(jiān)控當前全國絕大局部省份重點污染源和重點治污設施，都已經(jīng)建設了不同種類的污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括排污化工企業(yè)、火電廠、化工園區(qū)和重點污水處理廠等，一般在污染源附近部署各種感知傳感器、監(jiān)測儀，通過不同類型的感知網(wǎng)絡。一、污染源與視頻監(jiān)控智慧環(huán)保究其根本，就是物聯(lián)網(wǎng)技術與環(huán)境信息化的結合，而污染源監(jiān)控是智慧環(huán)保的重要一環(huán)。污染源可分為天然污染源和人為污染源。天然污染源是指自然界自行向環(huán)境排放有害物質或造成有害影響的場所，如正在活動的火山。人為污染源是指人類活動所形成的污染源，也是環(huán)境保護工作研究和控制的主要對象。在人為污染源中，按污染的主要對象可以分為大氣污染源、水體污染源和土壤污染源等，其中大氣污染源和水體污染源是對人類生活影響最大的兩個，也是目前視頻監(jiān)控在智慧環(huán)保中的主要應用。當前全國絕大局部省份重點污染源和重點治污設施，都已經(jīng)建設了不同種類的污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括排污化工企業(yè)、火電廠、化工園區(qū)和重點污水處理廠等，一般在污染源附近部署各種感知傳感器、監(jiān)測儀，通過不同類型的感知網(wǎng)絡，將采集到的數(shù)據(jù)上傳省/市環(huán)保監(jiān)控中心，實現(xiàn)對主要污染物排放情況的實時在線監(jiān)控。(見圖1)圖1：大氣排放視頻監(jiān)控而視頻監(jiān)控由于其本身特性的限制，如高帶寬占用、與數(shù)據(jù)直接關聯(lián)性低等，一直在傳統(tǒng)的污染源監(jiān)控工程中處于輔助或安保地位，實施完成后也僅作為現(xiàn)場情況全景查看的輔助手段，與傳統(tǒng)的污染數(shù)據(jù)采集分開獨立建設。而以往模擬攝像機清晰度低、傳輸線路鋪設困難等問題，使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)與整個污染源數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)脫離，有效利用率并不高。后來隨著視頻技術的開展，清晰度大幅提升，碼流壓縮率越來越高，3G/4G無線視頻和圖片傳輸技術的應用，使得視頻監(jiān)控在污染源監(jiān)控領域有了新的切入點。二、污染源視頻監(jiān)控常規(guī)方案當前污染源視頻監(jiān)控的根本架構如圖2所示，省環(huán)保廳和縣市環(huán)保局建立兩級聯(lián)網(wǎng)平臺，前端排污企業(yè)那么是視頻+門禁+報警的經(jīng)典安防配置。前端視頻監(jiān)控系統(tǒng)負責對工廠主要污染物排放口、監(jiān)測站取樣處等重要地點進行全天候的視頻監(jiān)視，滿足環(huán)保部門對工廠排污實時監(jiān)控的要求。圖2：污染源視頻監(jiān)控的根本架構1、排污口及監(jiān)測站工廠在生產(chǎn)活動中會排出大量的廢水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物、副產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物，是造成環(huán)境污染，特別是水污染的重要原因。國家對于工業(yè)廢水的排放有極其嚴格的標準，但是在實施過程中總會有某些不法企業(yè)試圖通過偷排的方式來躲避監(jiān)管，因此對企業(yè)廢水排放的監(jiān)控就顯得尤為重要。(見圖3)圖3：排污口及監(jiān)測站系統(tǒng)架構環(huán)保部門一般在企業(yè)都設有污水監(jiān)測站，負責對企業(yè)排出的廢水進行檢測，取得各種污染物的含量指標，確保企業(yè)排出的工業(yè)廢水到達規(guī)定的標準。但是這種方式獲得的僅僅是數(shù)據(jù)的信息，缺少一種直觀的方式來對廢水的情況進行觀察了解，并且監(jiān)測站大都采用的是自動取樣檢測的無人運行方式，為了防止偷排的情況發(fā)生，需部署一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為監(jiān)測系統(tǒng)的完善和補充。在排污管和取樣口附近部署球機，確保實時全面地觀察到污水排放到取樣的整個過程，杜絕了企業(yè)弄虛作假的可能。高清攝像機的運用，使得管理人員能夠通過監(jiān)控畫面清晰地觀察到污水的顏色等信息，而不僅僅依賴于檢測的數(shù)據(jù)。污水監(jiān)測站多是采用無人值守的方式，為了防止站內(nèi)的檢測儀器遭受人為破壞和偷盜，以及防止企業(yè)人員進去篡改數(shù)據(jù)，可以在大門部署門禁系統(tǒng)，室內(nèi)部署紅外雙鑒及紅外攝像機。監(jiān)測站只允許擁有權限的人進入，并且對所有進出人員進行記錄，并錄像保存，便于日后查詢。當有人入侵時，聯(lián)動攝像機自動進行拍攝錄像。2、煙氣排放監(jiān)控工廠廢氣大多通過煙囪排放，一般在廠區(qū)內(nèi)高處部署高清攝像機，配合云臺，覆蓋廠區(qū)范圍內(nèi)的煙囪，配合CEMS系統(tǒng)進行全方位的煙氣排放監(jiān)控。當CEMS檢測到污染物超標時，管理人員可調(diào)整攝像機至預置位，監(jiān)控目標煙囪，獲得現(xiàn)場的實時高清圖像，有助于了解事件的全貌。三、視頻與業(yè)務系統(tǒng)的融合隨著全國視頻安防監(jiān)控行業(yè)的不斷開展，公安、金融、環(huán)保等不同的行業(yè)也對安防廠商提出了不同的監(jiān)控需求。傳統(tǒng)硬件安防廠商在引領視頻高清化、智能化趨勢的同時，紛紛立足自有產(chǎn)品，細分行業(yè)市場，對環(huán)保行業(yè)越發(fā)重視，通過工程挖掘環(huán)保行業(yè)需求，提出了針對環(huán)保行業(yè)的解決方案，并開發(fā)出了針對性的行業(yè)平臺軟件，這就為視頻監(jiān)控與環(huán)保業(yè)務系統(tǒng)的融合提供了技術根底，這種融合主要通過以下幾個步驟實現(xiàn)：1、環(huán)保業(yè)務數(shù)據(jù)獲取環(huán)保業(yè)務數(shù)據(jù)獲取一般通過軟件對接方式實現(xiàn)，環(huán)保業(yè)務軟件提供的平臺SDK，視頻監(jiān)控軟件平臺通過開發(fā)，獲取有關聯(lián)性的環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)。2、視頻OSD疊加視頻監(jiān)控軟件平臺將數(shù)據(jù)獲取后，利用DVR、IPC等視頻設備本身的OSD功能，將數(shù)據(jù)疊加到對應視頻畫面中去，使數(shù)據(jù)有了更加直觀的呈現(xiàn)。該數(shù)據(jù)直接疊參加碼流中進行存儲，在后期錄像回放時依然是視頻和數(shù)據(jù)的匹配呈現(xiàn)。(見圖4)圖4：視頻OSD疊加界面3、預案聯(lián)動可以根據(jù)環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)測的內(nèi)容，設置不同種類、不同等級的報警閾值，當數(shù)據(jù)超過閾值時，就會聯(lián)動設置好的預案，如關聯(lián)的視頻在監(jiān)控中心大屏彈出、中心視頻存儲、在電子地圖上顯示位置信息/管理人員信息、短信通知管理人員等等。四、環(huán)保行業(yè)對視頻監(jiān)控的技術要求高清、智能、融合、聯(lián)動等視頻技術和概念被提出并逐漸成熟，視頻監(jiān)控在污染源監(jiān)測中起到的作用越來越大，同時“智慧環(huán)?！币矊σ曨l監(jiān)控軟硬件技術提出了更高的要求，技術和行業(yè)需求互相促進，共同推動了智慧環(huán)保的開展。智慧環(huán)保對視頻監(jiān)控產(chǎn)品和技術的要求，主要表達在以下方面：1、看的更遠的高清技術720P、1080P等高清圖像已經(jīng)在交通等對視頻質量要求較高的行業(yè)大量使用，污染源監(jiān)控涉及對氣體、顆粒、懸浮物等細小對象的監(jiān)控，對圖像同樣有高清的需求。除了高像素的高清外，可以看幾公里甚至十幾公里遠的高清激光云臺攝像機在水體、大氣污染監(jiān)測方面也有了更多的使用需求。2、看得更透的透“霧”技術這里的“霧”是指霧霾，即空氣中懸浮的的微小水滴或冰晶與微小固體顆粒物的混合物。霧霾會對光線產(chǎn)生較強的散射和遮擋，使圖像模糊，細節(jié)喪失。當前視頻監(jiān)控透霧技術主要有兩大類，即電子透霧和光學透霧。電子視頻透霧技術針對由煙塵、霧氣、灰霾等成像特征建模，采用圖像處理技術有效恢復細節(jié)和色彩，獲得準確、自然的透霧效果。(見圖5)原始圖像透霧處理后圖像圖5：透“霧”技術圖像前后處理比照3、更有針對性的視頻智能分析視頻智能分析技術是視頻監(jiān)控由被動變主動的重要技術，其中行為分析、人臉識別、車牌識別等技術已經(jīng)廣泛應用于公安、交通等行業(yè)。在污染源監(jiān)控中，排污口、污水檢測采樣點的區(qū)域入侵等行為分析可以有效識別人為作假等行為，同時還有很多行業(yè)性的智能分析需求：(1)煙體色彩識別：分析識別煙體的顏色;(2)煙體黑度分析：判斷煙體的黑度信息;(3)水體顏色分析：識別水體的顏色;(4)水體漂浮物分析：判斷水體漂浮物的數(shù)量、密度等信息;(5)智能讀表：通過視頻進行環(huán)境儀表的數(shù)據(jù)識別讀取。4、低功耗、無線傳輸?shù)男枨笪廴驹创蠖挤稚⑶移h，供電和有線傳輸都非常困難?，F(xiàn)在許多傳感器都支持無線傳輸，而且由于其本身功耗就很低，通常一塊電池就可以支持數(shù)年的數(shù)據(jù)采集。相比起來視頻采集設備一般功耗較大，設計更加低功耗的攝像機，使“風光互補”的供電方式可以滿足用電需求;同時支持無線傳輸，可選擇性上傳視頻或圖片等都成為環(huán)保視頻監(jiān)控的需求。5、耐腐蝕、自清理的需求污染源處經(jīng)常處于水汽多、煙塵多、腐蝕物多的環(huán)境，需重點考慮監(jiān)控設備的防塵、防水以及防腐蝕的保護。同時需要監(jiān)控設備自帶雨刷等自清理功能，可以定時或遠程控制其進行自清理，來保證畫面有效性。6、OSD疊加和GIS地圖對接把環(huán)保業(yè)務數(shù)據(jù)讀取過來，疊加到對應視頻上，并通過和GIS地圖的結合實現(xiàn)圖上實時顯示，使呈現(xiàn)更加直觀。(見圖6)圖6：OSD疊加和GIS地圖對接7、業(yè)務融合與數(shù)據(jù)挖掘視頻傳感網(wǎng)已成為“智慧環(huán)?！钡闹匾M成局