視頻監(jiān)控與智能分析在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

傅芃瑞

摘? ?要：隨著我國信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷壯大，如何推動經(jīng)濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展引起了政府部門的特別關(guān)注，因此對環(huán)境的污染治理工作也變得積極起來，誓要找出環(huán)境污染的根源以此解決問題，利用現(xiàn)今社會的科技發(fā)展技術(shù)來治理環(huán)境，啟動全自動在線監(jiān)控。文章主要以IVAS智能視頻分析系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對其功能做出相應(yīng)介紹，從而將環(huán)保系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控和智能分析做出合理的設(shè)計策略，從中了解到視頻監(jiān)控和智能分析在環(huán)保系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能，比如，遠(yuǎn)程監(jiān)控水質(zhì)、水位、自動在線分析監(jiān)測黑度、化工產(chǎn)業(yè)污水處理系統(tǒng)監(jiān)控及高空視頻監(jiān)控等功能。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控;智能分析;環(huán)保系統(tǒng);應(yīng)用

1? ? 我國環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)生背景

隨著我國經(jīng)濟條件不斷增長，人口數(shù)量也發(fā)生著變化，工業(yè)發(fā)展迅速，資源被不斷開發(fā)，導(dǎo)致日常生存的環(huán)境遭到外界的污染及破壞，水質(zhì)被污染、空氣質(zhì)量下降、固體廢棄物污染等生態(tài)環(huán)境問題不斷出現(xiàn)，且這些問題的嚴(yán)重性在不斷增強。如何在不影響經(jīng)濟發(fā)展的情況下，將環(huán)境污染從根本上解決，促進我國經(jīng)濟和環(huán)境的不斷發(fā)展，將人類賴以生存的環(huán)境維護好，已成為目前最嚴(yán)峻的問題之一。環(huán)境污染嚴(yán)重破壞了生態(tài)平衡，引起我國政府部門的關(guān)注，環(huán)保部門根據(jù)問題的嚴(yán)重性做出一系列防護措施，明確要求重點針對污染源及治理策略實施在線監(jiān)控模式，因此市面上出現(xiàn)了成千上百的環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)，并且被得到廣泛的運用。

2? ? 監(jiān)控系統(tǒng)的功能現(xiàn)狀與環(huán)保系統(tǒng)需求

2.1? 早期環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的組成及功能

（1）早期環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的組成。在信息化建設(shè)中，早期的環(huán)境監(jiān)控被分為3個層次：現(xiàn)場層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、中心監(jiān)控層，其中，現(xiàn)場層的內(nèi)容包含數(shù)據(jù)采集傳輸儀、監(jiān)測設(shè)備、采樣設(shè)備;網(wǎng)絡(luò)傳輸層作為整個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵層次之一，主要用于有線和無線的數(shù)據(jù)傳輸方式;中心監(jiān)控層主要通過現(xiàn)場層和網(wǎng)絡(luò)傳輸層進行相互監(jiān)督、相互通信，用來交換數(shù)據(jù)、發(fā)出指令，以此來實現(xiàn)對現(xiàn)場層的集中遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（2）早期環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能：實時進行污染源的排放監(jiān)測，比如大氣中的SO2，NOX排放含量;污水中COD，TOC，TP，NHX含量;噪音噪聲污染程度等。環(huán)境質(zhì)量實時在線監(jiān)測包括大氣、河流水域、聲音等環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)測。污染治理設(shè)施的狀態(tài)實時在線監(jiān)控包括污染處理設(shè)備儀表的運行、顯示狀態(tài)等。

2.2? 早期環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展瓶頸

由于過去的環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)功能不夠全面，只能對數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，在進行實時采集和監(jiān)測排污點的SO2和化學(xué)需氧量的排放量時，不能對圖像進行實時監(jiān)控，更看不到排污點的實際情況，對污染的實況了解不足。

現(xiàn)如今，隨著維護體制的不斷革新，在建設(shè)環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)的時候，一些系統(tǒng)運營商在設(shè)計方面，揚長避短地為監(jiān)控設(shè)計了視頻功能，但也只是用于本地的圖像監(jiān)控，設(shè)立獨自的監(jiān)控點。盡管可以通過網(wǎng)絡(luò)的連接隨時查閱圖像監(jiān)控，但唯一的缺點是少了更精確的設(shè)計和規(guī)劃，為了使環(huán)境監(jiān)控業(yè)務(wù)的特性更加突出，需要能更靈活地調(diào)閱圖像。當(dāng)發(fā)生環(huán)境污染狀況時，視頻圖像的清晰度太低，無法找到污染源，更不能及時起到提供現(xiàn)場證據(jù)的作用，從而影響了環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對污染源的實時監(jiān)測效果[1]。

2.3? 環(huán)保監(jiān)控市場的新需求

為更全面地解決環(huán)境污染問題，從目前的環(huán)保市場入手進行分析，不僅能用視頻、音頻的方式對環(huán)境污染進行監(jiān)控，而且近年來越來越多的監(jiān)控數(shù)碼產(chǎn)品更新?lián)Q代，污染源的監(jiān)控圖像還可以和數(shù)據(jù)同步顯示，并根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行自動化分析、對于發(fā)生的異常能及時發(fā)出警告、可利用網(wǎng)絡(luò)的可視化分析出突發(fā)事件的緊急處置等一系列發(fā)展趨勢。將智能預(yù)警分析與環(huán)保視頻監(jiān)控結(jié)合起來，以此能更準(zhǔn)確地對環(huán)境的變化進行預(yù)測、分析[2]。

3? ? 監(jiān)控視頻分析技術(shù)在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用

為了使環(huán)保檢測能更清晰地監(jiān)測、監(jiān)控，可以將環(huán)保檢測系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)相互融合，使監(jiān)控人員能更便利地通過遠(yuǎn)程設(shè)置將視頻監(jiān)控圖像傳送過來，通過人們的肉眼對監(jiān)測到的污染源進行實時觀察。大多數(shù)污染物排放的時間不穩(wěn)定，加上視頻的監(jiān)控方位太多，如果這些數(shù)據(jù)全部需要工作人員用肉眼觀察的話，對工作的內(nèi)容會造成很大負(fù)擔(dān)。針對某一視頻源，需要從全部視頻數(shù)據(jù)中選取對應(yīng)的視頻監(jiān)控圖像，由于系統(tǒng)本身不具備自動抓拍技能，因此很難通過視頻圖像進行取證分析。

根據(jù)目前環(huán)保監(jiān)控在實際發(fā)展中的需求，利用現(xiàn)有的技術(shù)和應(yīng)用，安防企業(yè)提出高清智能網(wǎng)絡(luò)化環(huán)保監(jiān)控方案，方案以IP傳輸網(wǎng)絡(luò)、H.264協(xié)議群為傳輸基礎(chǔ)，綜合性監(jiān)控系統(tǒng)包括：1080P，720P高清圖像、數(shù)據(jù)疊加、智能化分析及告警、音頻監(jiān)控、可視化指揮調(diào)度為一體的應(yīng)用系統(tǒng)。

通過高清智能網(wǎng)絡(luò)環(huán)保監(jiān)控方案，可實現(xiàn)對視音頻及報警信息的采集、傳輸/轉(zhuǎn)換、顯示/存儲，進行權(quán)限管理，保證信息的安全、可視化環(huán)保事件的應(yīng)急預(yù)案管理和調(diào)度等多項功能。通過攝像系統(tǒng)對污染事件頻發(fā)的區(qū)域進行連續(xù)監(jiān)視，通過控制中心和分控中心遙控的方式，調(diào)整監(jiān)視區(qū)域和染污源監(jiān)控點，環(huán)保部門足不出戶即能實時了解情況并進行監(jiān)督。一旦發(fā)生污染事件，可查閱現(xiàn)場錄像記錄，并與環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)疊加同步顯示，為調(diào)查和處理提供方便，把現(xiàn)場監(jiān)控模式由傳統(tǒng)的單一型、粗放型向綜合型、智能化、集約型轉(zhuǎn)變，提高了環(huán)境管理的效率[3]。

4? ? 系統(tǒng)設(shè)計方案

從2006年開始，我國對環(huán)境監(jiān)控形成高度重視，并發(fā)展制造出在線監(jiān)測系統(tǒng)，截至2012年年底，全國90%以上的市級環(huán)保單位已完成系統(tǒng)建設(shè)。每個地區(qū)因環(huán)境不同、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不同，所需的監(jiān)測要求也各不相同，自2006年到目前為止，視頻監(jiān)控技術(shù)在逐漸提升，從傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控視頻到如今的高清視頻畫面，發(fā)生了歷史性的改革換代。

4.1? 水質(zhì)遠(yuǎn)端監(jiān)控

遠(yuǎn)程實時監(jiān)控可用于對水質(zhì)、水位的監(jiān)測，如有異常就立刻報警。當(dāng)水庫大壩水面出現(xiàn)各種漂浮物和漂移物體（原油）時，智能視頻分析系統(tǒng)會根據(jù)圖像顯示的物體發(fā)出報警信息，并結(jié)合水質(zhì)在線監(jiān)測設(shè)備進行水樣提取和檢測。該系統(tǒng)還可以為整個水域提供全面防護措施，防止非法人員和不明物體流入水域防護區(qū)，不僅可以減少監(jiān)控人員的工作壓力，還可減少監(jiān)控的使用量。

4.2? 水位遠(yuǎn)端監(jiān)控

水位監(jiān)控系統(tǒng)一般多用于人煙稀少的區(qū)域，不僅能根據(jù)水位的高低及時對人們的用水量做出正確分析，還可以為環(huán)保部門的調(diào)度控制工作提供有利依據(jù)，也可為旱災(zāi)提前制定防御措施。此系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定的參數(shù)值來決策水位高于以及水位低于某個數(shù)值的時候，能及時將情況發(fā)送給監(jiān)控人員，并提出相應(yīng)措施[4]。

4.3? 黑度分析

黑度分析是大氣環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的主要功能之一，而傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)則需要占據(jù)工作人員量，每個人在現(xiàn)場只能監(jiān)測一支煙囪。我國的安芯黑度分析只需要坐在儀器前就可以同時監(jiān)測多個監(jiān)測點，并且是全天制監(jiān)測，進一步提升了黑度值的精確度。傳統(tǒng)的黑度值通常是人們根據(jù)情況做出的大概判斷，與實際數(shù)值相差較大，而黑度分析則采用的是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以達到黑度值與實際參數(shù)相符。為了維護環(huán)境保護執(zhí)法和征收的事實依據(jù)，此黑度分析系統(tǒng)可以利用拍照、錄像、數(shù)據(jù)保存保留參照依據(jù)。該系統(tǒng)不僅能在線監(jiān)測到污染的來源，而且還實現(xiàn)了與環(huán)保中其他業(yè)務(wù)的無縫對接，能更好地將視頻監(jiān)控點和監(jiān)控點之間、監(jiān)控點與監(jiān)控中心之間存在的問題得以解決，減少了客戶的成本量。由于此系統(tǒng)的使用能力極強，可將其用于冶煉、石化等高污染領(lǐng)域，根據(jù)煙氣出口煙氣排放的實時視頻記錄和拍攝，結(jié)合黑度分析軟件，為環(huán)境監(jiān)測和執(zhí)法部門提供依據(jù)[5]。

4.4? 化工企業(yè)污水處理系統(tǒng)監(jiān)控

基于污水處理方面，智能分析系統(tǒng)通過音頻、設(shè)備視頻及數(shù)據(jù)分析，來判斷設(shè)備工作是否能正常運行，一旦水污染物嚴(yán)重超標(biāo)或有其他異常事件發(fā)生，系統(tǒng)則會及時發(fā)出警報，并提醒檢測人員及管理部門及時應(yīng)對，以此來預(yù)防嚴(yán)重的污染狀況。系統(tǒng)的作用不僅在于監(jiān)測企業(yè)污染設(shè)備的正常運行，還可對企業(yè)的偷拍現(xiàn)象進行監(jiān)督管理，更有利于全天候在線監(jiān)測的有關(guān)數(shù)據(jù)。

4.5? 高空視頻監(jiān)控

將攝像機安裝在環(huán)境監(jiān)測的中心地帶，然后將視頻服務(wù)器和攝像機連接起來，并利用多媒體數(shù)據(jù)的壓縮編碼技術(shù)將采集來的視頻通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議直接傳送到中心監(jiān)控的服務(wù)器上。監(jiān)控人員可利用電腦進行登錄到中心服務(wù)站點，對前端視頻進行實時監(jiān)測。

由于攝像機的鏡頭是具有變焦功能的，因此可看清3 km之外的境況，加上高清彩色攝像機的原理，可監(jiān)控大面積的空間領(lǐng)域，最后將視頻連接在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳送到監(jiān)控中心處。

4.6? 防固體廢棄物生活垃圾胡亂傾倒監(jiān)控

人們生活中不可避免的就是生活垃圾，要在垃圾集中區(qū)設(shè)定監(jiān)控設(shè)備，根據(jù)數(shù)字智能分析系統(tǒng)對滯留物及移動監(jiān)測等進行分析。當(dāng)生活垃圾被隨意處置的時候會發(fā)出相應(yīng)警報，并實時保留證據(jù)，還可聯(lián)合執(zhí)法機關(guān)的共享信息平臺，查詢違法站點。

4.7? 外來物種入侵監(jiān)控

隨著人們的經(jīng)濟活動和國際交往，一些物種由原生存地借助于人為作用或其他途徑移居到另一個新的生存環(huán)境，并在新的棲息地建立種群，被稱之為外來物種。外來物種的到來嚴(yán)重影響了生態(tài)平衡，并損壞了人們的健康，不僅對生態(tài)系統(tǒng)造成一定的影響和破壞，而且給環(huán)保人員的工作也帶來了很大負(fù)擔(dān)。因此可利用數(shù)字智能化分析系統(tǒng)的密度監(jiān)測技能進行分析，并對外來物種進行實時監(jiān)控措施，還可提前在視頻畫面上預(yù)定出物種可能出現(xiàn)的區(qū)域，并將此區(qū)域設(shè)定為警戒地，根據(jù)密度百分比的參數(shù)值設(shè)定時間，當(dāng)圖像被不明物體覆蓋或遮擋的時候，可根據(jù)變化的面積以及設(shè)定的時間值，由系統(tǒng)發(fā)出報警[6]。

5? ? 結(jié)語

目前，國家開始高度重視環(huán)境保護政策，并將視頻監(jiān)控平臺和行為分析的智能化統(tǒng)一成一個便準(zhǔn)化發(fā)展形式，可為我國環(huán)境保護事業(yè)的發(fā)展提供強有力的支撐。

[參考文獻]

[1]韓陽.視頻監(jiān)控與智能分析在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國公共安全，2013（11）：100-104.

[2]張茂.淺談高清頻智能分析在環(huán)保監(jiān)控中的應(yīng)用[J].中國公共安全，2013（11）：97-99.

[3]胡君城.智能視頻監(jiān)控技術(shù)在環(huán)保監(jiān)控中的應(yīng)用[J].信息技術(shù)與信息化，2015（8）：73-74.

[4]張聰，王建鵬.自動監(jiān)控系統(tǒng)在環(huán)境保護中的應(yīng)用[J].民營科技，2012（4）：5.

[5]張建雄.環(huán)保視頻監(jiān)控系統(tǒng)分析[J].中國公共安全，2013（11）：105-108.

[6]李杰.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[D].北京：北京郵電大學(xué)，2012.

Abstract：With the development of the information network technology in our country， how to promote the sustainable development of the economy and the environment has caused the special attention of the government departments， so the pollution control of the environment has also become active， and the root cause of the environmental pollution is to be found to solve the problem. The present social science and technology development technology is used to treat the environment， and the full-automatic on-line monitoring is started. Based on the IVAS intelligent video analysis system， the paper introduces the function of the system， so as to make a reasonable design strategy for the video monitoring and intelligent analysis in the environmental protection system， from which the video monitoring and intelligent analysis can be realized in the environment protection system. Functions such as： remote monitoring of water quality， water level， automatic on-line analysis and monitoring of blackness， chemical industry sewage system monitoring and high-altitude video surveillance.

Key words：video monitoring; intelligent analysis; environmental protection system; application