監控視頻分析技術在環保系統中的應用

　　我國環保監測系統產生背景

　　改革開放以來，隨著人口的增長，工農業生產和城鎮建設的迅速發展，我們賴以生存的環境也因不斷的資源開發、工農業生產等，造成了水污染、空氣污染、固體廢棄物污染、和外來物種入侵等的環境和生態問題。環境突發事件呈逐年不斷上升的趨勢。如何在保持經濟高速發展的同時，從源頭減少污染物和氣體排放，積極推動經濟和環境的可持續發展，保護好人類的生存環境已成為一個十分急迫的問題。中國政府高度重視環境問題，環保部門為了更好的從源頭治理環境污染問題明確要求對國家重點監控的污染源和治理設施實行自動在線監控。

　　基于上述背景，各種各樣的環保監測系統應運而生，并得到了廣泛部署和應用。

　　早期環境監控系統的組成

　　早期環境監控系統網絡層次從底層逐級向上可分為現場層、網絡傳輸層和中心監控層三個層次。現場層包括數據采集傳輸儀和各種監測、采樣設備。完成數據采集、存儲、發送及命令接收等方面的功能。

　　網絡傳輸層指用于實現數據傳輸的網絡實體，包括有線和無線兩種方式。

　　中心監控層即監控中心監控平臺。它通過網絡傳輸層和現場層相互通訊，交換數據、指令下達，以實現對現場層的集中遠程監控。

　　早期環境監控系統的基本功能

　　污染源排放在線監測：煙塵（煙塵、SO2、NOx）、污水（COD、流量、TOC、總磷、氨氮）、污染源噪聲；

　　環境質量在線監測：空氣質量、地表水、環境噪聲；

　　治污設備運行狀態監測：現場儀表運行狀態、治污設備啟停狀態。

　　早期環境監控系統的發展瓶頸

　　早期絕大部分環保監測系統僅僅實現了數據監測功能，比如實時采集和監測排污點的二氧化硫和化學需氧量排放量，而沒有實現圖像監控功能，不能直觀的看到排污點實際圖像，對污染的實際狀況掌握不夠充分。

　　目前在建設環保監控系統的時候，有的系統集成商加上了視頻監控功能，但通常是基于本地化的監控應用，各個監控點獨立組建監控體系。雖然也可以通過網絡連接，實現簡單的調閱圖像功能，但是由于缺乏統一的規劃和設計，對于如何根據環境監控業務特點更加方便靈活的調閱圖像、數據及出現突發環境事件的應急指揮還缺乏足夠的思考，造成了環境監控工作的被動。每當環境污染事件發生時，錄像畫面只能勉強呈現污染現場的輪廓，污染細節卻模糊不清，也根本起不到提供現場證明、線索的關鍵作用。制約了環保監控系統對染污源監測管控的整體效果。

　　環保監控市場的新需求

　　為了更好應對環境污染問題，現在的環保系統，除視、音頻監控外，已越來越呈現出污染源監控圖像與數據的同步顯示、智能化分析、數據異常告警聯動、突發環保事件的可視化預案處置、應急指揮調度等一系列應用趨勢。在環保視頻監控中融入智能分析與預警、預測成為目前各環境視頻監控所必須俱備的功能。

　　監控視頻分析技術在環保系統中的應用

　　目前環保監測系統和視頻監控系統的結合，使環保監測處于“看得到的階段”，“看得到”即環境監控人員通過遠程傳送過來的視頻監控圖像采用人眼監控的方案觀測污染源實時排放圖像。由于大部份污染物的排放具有間歇性，加之本身視頻監控點位多，數據量大給環保工作人員造成很大的工作負擔，通常在執法與取證時需要從海量的視頻監控數據中選取某個特定時間節點的視頻監控圖像，同時不俱備圖像自動抓拍功能。因此在環保監控與執法方面一般存在取證難，執法難的問題。

　　iVAS智能視頻分析系統介紹

　　智能視頻分析技術是在不改變原有視頻監控結構的基礎上，對視頻畫面中不同的目標和行為作出準確的識別和判斷，對異常事件快速作出響應，及時提示監控人員。中國安芯的iVAS智能分析系統可提供物體移動檢測、移動物體檢測、物體滯留檢測、定向移動檢測、徘徊檢測、活動檢測、密度檢測、速度檢測、智能防尾隨、客流量統計及車流量統計等多種報警規則設置，以便于不同場景的應用。且能做到通過后端服務器中的智能分析模塊按照預先設定規則對所監控的畫面進行不間斷全天候監控，通過運行高級智能算法大幅提高報警精確度與響應速度，并可有效利用和擴展視頻資源的用途。

　　（1）、物體移動監測（VMD）

　　使用此規則可在視頻畫面上用鼠標直接畫出需要監控的警戒區域，并且定義需要監控的闖入物體的大小，如車輛大小、人的大小等，避免因小動物或其他不同大小物體闖入警戒區而產生誤報。當有符合條件的目標闖入警戒區域時，視頻分析立刻報警，框出目標并描繪目標的運動軌跡。

　　（2）、物體滯留監測

　　使用此規則可在視頻畫面上用鼠標直接畫出需要監控的警戒區域，并根據不同環境定義需要監控的滯留物大小（如包裹、手提箱，或車輛等）和滯留時間的長短。當有符合預定義大小的滯留物被棄置在警戒區內超過預定時間時，系統能夠立刻識別并發出報警信息，將滯留物框住以提醒監控人員。

　　（3）、突然出現監測

　　使用此規則，可在視頻畫面上為通道口、樓梯口或庫房內等需要高度戒備的區域劃定需要監控的警戒區域。當有人員或物體突然出現在警戒區域內，系統能立即報警，并將該人員或物體的輪廓顯示出來。

　　（4）、定向移動監測

　　使用該規則，可在視頻畫面上的劃定需要監控的警戒區域，定義需要監控的進入物體的大小和需要監測的特定進入方向。當有人員或車輛從所定義的特定方向進入警戒區域時，系統能立即報警，并將該人員的運動軌跡顯示出來。有人員或車輛從其他未指定方向進入該區域時，系統不做出反應。

　　（5）、物體啟動監測

　　使用此規則，可在視頻畫面上劃定需要監控的警戒區域。當警戒區域內的某個物品被取走或場地內某車輛離開后，系統能立即識別并將該移動物品或車輛的原始位置以輪廓的方式顯示。

　　（6）、移走物體監測

　　使用此規則，可在視頻畫面上用鼠標將被監控物體劃定為需要監控的目標。當目標物體被取走、移動后，系統立即識別并發出報警，將被移走物體原始的位置以輪廓方式顯示。

　　（7）、移動路徑監測

　　使用此規則，可在視頻畫面上劃定需要監控的兩個警戒區域A和B，定義需要監控的闖入物體的大小，避免因小動物闖入警戒區域而產生誤報。當有人員從警戒區域A進入B（或B進入A，或雙向）時，系統能立即報警，并將目標的運動軌跡顯示出來。

　　（8）、徘徊監測

　　使用該規則，可在視頻畫面預先劃定需要監控的警戒區域，定義需要監控的物體的大小（如人體的大小）和禁止徘徊的時間長短（如5分鐘）。當有人員在警戒區域內徘徊超過定義的時間后，系統立即報警，并將該人員的運動軌跡顯示出來。

　　（9）、速度監測

　　使用該規則，可在視頻畫面上預先劃定需要監控的兩個警戒區域A和B，并定義通過兩區域的時間值和需要監控的闖入物體的大小（如人體的大小），當有目標從警戒區域A進入B所用時間少于設定時間時，觸發超速警報(或多于設定時間，觸發低速警報)，系統能立即報警，并將該目標的運動軌跡顯示出來。

　　（10）、密度監測

　　使用該規則，可在視頻畫面上預先劃定需要監控的警戒區域，并設定超過或低于密度百分比值和持續時間，當圖像上有物體覆蓋，遮擋，變化的面積超過或低于設定百分比，并持續保持設定的時間值后，系統能立即報警，變化百分比實時顯示。

　　（11）、活動監測

　　使用該規則，可在視頻畫面上劃定需要監控的警戒區域，并設定超過或低于區域百分比值和持續時間，當圖像上有持續運動或變化物體的面積超過或低于設定百分比，并保持設定的時間值后，系統能立即報警，變化百分比實時顯示。

　　系統設計方案

　　自2006年開始我國開始建設環境在線監測系統，至2012年底止，我國環境在線監測系統以完成90%以上的市級環境保護單位完成系統建設。由于各地對環境監測系統的監測要求不同，各地建設標準也各不相同，加之自2006年至今，視頻監控技術已經從傳統的模擬視頻監控跨入數字高清視頻監控時代。由于歷史原因；監控廠商所使用的協議各不相同，而且各地視頻監控系統幾乎都是分期建設。

　　環保視頻監控正在向統一平臺多系統接入，智能分析的方向發展，中國安芯數字發展有限公司研發的智能分析預警預測平臺可實現不同系統，不同硬件，不同協議的監控設備綜合接入提供了一個統一，完整的平臺和解決方案。

　　該系統易于與DVR（硬盤錄像機）、NVR（網絡視頻錄像機）、VMS（視頻管理系統）等設備或系統集成，無縫賦予任何新的或現有監控系統以強大的視頻檢測能力。智能視頻分析系統采用先進的行為跟蹤技術來進行實時視頻監測，能將現有監測設備的視頻數據轉換為實時信息，一旦預設的報警規則被觸發，就發出報警信息。

　　系統可解決問題

　　（1）、水質遠端監控

　　系統可隨時對水質、水位進行遠端實時監控，發現情況異常立即報警；當水庫，大壩水面出現各類漂浮物（垃圾），漂流物（原油）時，智能視頻分析視頻畫面立即報警，并聯動水質在線監測設備進行水樣的抽取，檢測。

　　系統還可對整個水域范圍進行整體布防。可有效防止非法人員進入水域保護區；能極大地減輕監控人員的工作強度和監控投入。

　　（2）、水位遠端監控

　　由于水源保護區一般都位于人口較為稀少的地帶，水位的高低可及時反應出當地在某個特定時間段內人們的用水情況，為環保部門調度和用水控制提供決策和依據。也為防旱防汛方案的制定提供參考。安芯數字研發的智能分系統可根據當時實際情況及時標定水位情況，當水位高于或低于某一標定值時即發出報警，提醒相關工作人員采取相應措施。

　　（3）、黑度分析

　　傳統黑度監測需要工作人員到現場、每個人同一時間只能監測一支煙囪；而中國安芯黑度分析系統坐在辦公室里即可，可以同時監測多支煙囪，全天候監測。提高了黑度值的準確度及精度。傳統黑度值為人為判斷，誤差較大，黑度分析采用計算機軟件，黑度值科學、準確、精度高。為環保執法、征費保留事實依據。中國安芯黑度分析可以實現拍照、錄像，數據存儲，保留事實依據。系統實現與污染源在線監測系統及環保綜合業務系統的無縫對接，徹底實現煙氣黑度監測信息化。支持當前流行的網絡視頻流，很好的解決了視頻監控點和監控點之間，監控點和監控中心之間的空間距離問題，大大的節約了客戶的項目成本，受客觀條件影響小，適應性強。廣泛應用于冶煉、石油化工等高污染行業。

　　針對煙氣排放口煙氣排放情況實時錄像與拍照，與黑度析軟件相結合為環境監控與執法部門提供依據。

　　（4）、化工企業污水處理系統監控

　　智能分析系統通過對化學工廠污水處理設備視頻、音頻以及數據的獲取和分析，判別設備工作是否正常，如出現污染物超標等異常情況，則會自動進行報警，提示環境監測和管理部門注意并及時進行處理，遏制重大污染事件的發生。系統可以很好地掌握到企業污染設備有無正常運轉、有無偷排現象，也便于實時在線監測相關數據。

　　（5）、高空視頻監控

　　在環境監測的中心區域或主要地點安裝攝像機，視頻服務器連接上攝像機，并將前端站點采集來的視頻經過壓縮編碼通過TCP/IP網絡直接傳輸至監控中心的中心服務器上，監控人員可以直接用PC機登陸中心服務器，實時觀看前端視頻。

　　攝像機采用高倍變焦的鏡頭，光學變焦有效距離能清楚看到3Km之外的場景，配合高清晰彩色攝像機，適合對區域大面積監控，視頻接入網絡視頻服務器，傳輸到監控中心。

　　（6）、防固體廢棄物生活垃圾胡亂傾倒監控

　　在工廠集中區和生活區集中區附近容易被傾傾倒固體廢棄物和垃圾的地點設置監控點。利用安芯數字智能分析系統的物體滯留檢測、移動路徑檢測等分析規則，當出現亂倒垃圾現象及時報警，保留違法證據，并可聯動執法機關信息平臺，顯示違法地點。

　　（7）、外來物種入侵監控

　　外來生物入侵，是對于一個特定的生態系統與棲息環境來說，非本地的生物（包括植物、動物和微生物）通過各種方式進入此生態系統，并對生態系統、棲境、物種、人類健康帶來威脅的現象。我國改革開放以來在對外交流的過程中不斷出現外來物種入侵的情況，特別是植物入侵。外來物種對我國的生態系統造成了巨大的破壞，也給環保工作帶來了極大的困難。

　　利用數字智能分析系統的密度檢測分析規則，可以對監控點的物種（如水葫蘆）發展面積進行監控。可在視頻畫面上預先劃定需要監控的警戒區域，并設定超過或低于密度百分比值和持續時間，當圖像上有物體覆蓋、遮擋、變化的面積超過或低于設定百分比，并持續保持設定的時間值后，系統能立即報警。

　　結束語

　　在國家高度重視環保節能的政策環境下視頻監控平臺的統一化，行為分析的智能化正成為環保視頻監控的一個發展趨勢。一套統一的，智能化的視頻監控系統正為我國環境保護事業的發展提供強有力的支撐。 

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