污染源视频监控的应用与发展

文章来源:《中国安防》

作者:海康威视  王英杰

一、污染源视频监控现状
        将物联网技术与环境信息化结合,就是智慧环保的概念,而污染源监控是智慧环保的重要一环。污染源可分为天然污染源和人为污染源。天然污染源是指自然界自行向环境排放有害物质或造成有害影响的场所,如正在活动的火山。人为污染源是指人类活动所形成的污染源,也是环境保护工作研究和控制的主要对象。

        在人为污染源中,按污染的主要对象可以分为大气污染源、水体污染源和土壤污染源等,其中大气污染源和水体污染源是对人类生活影响最大的两个,也是目前视频监控在智慧环保中的主要应用。

 

                                  大气排放视频监控

        当前全国绝大部分省份重点污染源和重点治污设施,包括排污化工企业、火电厂、化工园区和重点污水处理厂等,都已经建设了不同种类的污染源在线监测系统,在污染源附近部署各种感知传感器、监测仪,通过不同类型的感知网络,将采集到的数据上传省/市环保监控中心,实现对主要污染物排放情况的实时在线监控。

而视频监控由于其本身高带宽占用较高、与数据直接关联性低等特点,在传统的污染源监控项目中,一般将视频监控与传统的污染数据采集分开建设,实施完成后也仅作为现场情况全景查看的辅助手段。再加上以往模拟摄像机清晰度低等问题,使得视频监控系统与整个污染源数据监控系统脱离,有效利用率并不高。

 

二、当前污染源视频监控架构

当前污染源视频监控的基本架构如下图所示,省环保厅和县市环保局建立两级联网平台,前端排污企业则是视频+门禁+报警的经典安防配置。

 

前端视频监控系统负责对工厂主要污染物排放口、监测站取样处等重要地点进行全天候的视频监视,满足环保部门对工厂排污实时监控的要求。

1)        排污口及监测站

工厂在成产活动中会排出大量的废水和废液,其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物,是造成环境污染,特别是水污染的重要原因。国家对于工业废水的排放有极其严格的标准,但是在实施过程中总会有某些不法企业试图通过偷排的方式来躲避监管,因此对企业废水排放的监控就显得尤为重要。

环保部门一般在企业都设有污水监测站,负责对企业排出的废水进行检测,取得各种污染物的含量指标,确保企业排出的工业废水达到规定的标准。但是这种方式获得的仅仅是数据的信息,缺少一种直观的方式来对废水的情况进行观察了解,并且监测站大都采用的是自动取样检测的无人运行方式,为了避免偷排的情况发生,需部署一套视频监控系统作为监测系统的完善和补充。

在排污管和取样口附近部署球机,确保实时全面地观察到污水排放到取样的整个过程,杜绝了企业弄虚作假的可能。高清摄像机的运用,使得管理人员能够通过监控画面清晰地观察到污水的颜色等信息,而不仅仅依赖于检测的数据。

污水监测站多是采用无人值守的方式,为了防止站内的检测仪器遭受人为破坏和偷盗,以及防止企业人员进去篡改数据,可以在大门部署门禁系统,室内部署红外双鉴及红外摄像机。监测站只允许拥有权限的人进入,并且对所有进出人员进行记录,并录像保存,便于日后查询。当有人入侵时,联动摄像机自动进行拍摄录像。

2)  烟气排放监控

工厂废气大多通过烟囱排放,一般在厂区内高处部署高清摄像机,配合云台,覆盖厂区范围内的烟囱,配合CEMS系统进行全方位的烟气排放监控。当CEMS检测到污染物超标时,管理人员可调整摄像机至预置位,监控目标烟囱,获得现场的实时高清图像,有助于了解事件的全貌。

 

三、视频监控与环保业务系统的融合

随着全国视频安防监控行业的不断发展,公安、金融、环保等不同的行业也对安防厂商提出了不同的监控需求。传统硬件安防厂商在引领视频高清化、智能化趋势的同时,纷纷立足自有产品和环保行业需求,提出了针对环保行业的解决方案,并拿出了针对性的行业平台软件,这就为视频监控与环保业务系统的融合提供了技术基础,这种融合主要通过以下几个步骤实现:

1)环保业务数据获取

环保业务数据获取一般通过软件对接方式实现,环保业务软件提供的平台SDK,视频监控软件平台通过开发,获取有关联性的环保监测系统数据。

2)视频OSD叠加

视频监控软件平台将数据获取后,利用DVR、IPC等视频设备本身的OSD功能,将数据叠加到对应视频画面中去,使数据有了更加直观的呈现。该数据直接叠加入码流中进行存储,在后期录像回放时依然是视频和数据的匹配呈现。

3)预案联动

可以根据环保数据监测的内容,设置不同种类、不同等级的报警阈值,当数据超过阈值时,就会联动设置好的预案,如关联的视频在监控中心大屏弹出、中心视频存储、在电子地图上显示位置信息/管理人员信息、短信通知管理人员等等。

3)预案联动

可以根据环保数据监测的内容,设置不同种类、不同等级的报警阈值,当数据超过阈值时,就会联动设置好的预案,如关联的视频在监控中心大屏弹出、中心视频存储、在电子地图上显示位置信息/管理人员信息、短信通知管理人员等等。

四、环保、污染源视频监控的发展趋势

随着视频监控在污染源监测中起到的作用越来越大,“智慧环保”也对视频监控软硬件技术提出了更高的要求,主要体现在以下方面:

1)  看的更远的高清技术

720P、1080P等高清图像已经在交通等对视频质量要求较高的行业大量使用,污染源监控涉及对气体、颗粒、悬浮物等细小对象的监控,对图像同样有高清的需求。

 

2)  看得更透的透“雾”技术

这里的“雾”是指雾霾,即空气中悬浮的的微小水滴或冰晶与微小固体颗

粒物的混合物。雾霾会对光线产生较强的散射和遮挡,使图像模糊,细节丢失。当前视频监控透雾技术主要有两大类,即电子透雾和光学透雾。

电子视频透雾技术针对由烟尘、雾气、灰霾等成像特征建模,采用图像处

理技术有效恢复细节和色彩,获得准确、自然的透雾效果。

                           

                                   原始图像                                                    透雾处理后图像

光学透雾则是通过对特定近红外波段光线的截取与聚焦进行成像,这种方式的成像效果更加细腻,但成像图像只能是黑白色调。

3)  更有针对性的视频智能分析

视频智能分析技术是视频监控由被动变主动的重要技术,其中行为分析、人脸识别、车牌识别等技术已经广泛应用于公安、交通等行业。

在污染源监控中,排污口、污水检测采样点的区域入侵等行为分析可以有效识别人为作假等行为,同时还有很多行业性的智能分析需求:

  • 烟体色彩识别:分析识别烟体的颜色;

  • 烟体黑度分析:判断烟体的黑度信息;

  • 水体颜色分析:识别水体的颜色;

  • 水体漂浮物分析:判断水体漂浮物的数量、密度等信息;

  • 智能读表:通过视频进行环境仪表的数据识别读取。

污染源大都分散且偏远,供电和有线传输都非常困难。现在许多传感器都支持无线传输,而且由于其本身功耗就很低,通常一块电池就可以支持数年的数据采集。相比起来视频采集设备一般功耗较大,设计更加低功耗的摄像机,使“风光互补“的供电方式可以满足用电需求;同时支持无线传输,可选择性上传视频或图片等都成为环保视频监控的需求。

5)  耐腐蚀,自清理的需求

污染源处经常处于水汽多、烟尘多、腐蚀物多的环境,需重点考虑监控设备的防尘、防水以及防腐蚀的保护。同时需要监控设备自带雨刷等自清理功能,可以定时或远程控制其进行自清理,来保证画面有效性。

6)  OSD叠加和GIS地图对接

把环保业务数据读取过来,叠加到对应视频上,并通过和GIS地图的结合实现图上实时显示,使呈现更加直观。

7)  业务融合与数据挖掘

视频传感网已成为“智慧环保”的重要组成部分,而视频监控与环境监测系统业务的融合还处于开拓阶段,更多的交集也需要安防厂家去不断发现和提炼。

同时随着这种多系统的数据融合,如何通过云计算、虚拟化和高性能计算等技术手段,来整合和分析海量的跨地域、跨行业的环境、视频信息,实现海量存储、处理、挖掘和分析,实现“更深入的智能化”,是“智慧环保”的核心价值所在。

 

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