楊震寧

清華同方智慧節(jié)能產業(yè)本部 北京 100083

1 應用背景

我國每年的各類秸稈總產量大約在7億噸上下，幾乎占世界秸稈總量的三分之一，其中20%的秸稈沒有得到有效利用。在經濟發(fā)達地區(qū)的農村和大城市郊區(qū)，由于燃料結構改變和化肥的廣泛使用，秸稈剩余量甚至高達70%-80%，而這些秸稈最后大多被焚燒。

每年秋冬季節(jié)，秸稈燃燒問題頻發(fā)，因焚燒秸稈產生的大面積霧霾事件也頻頻出現在我們的視線內。秸稈燃燒問題的解決需要曾因復雜，有成本問題、技術問題、有產業(yè)結構問題，但同時也需要相關部門加強監(jiān)管能力[1]。

現階段針對秸稈燃燒的監(jiān)管監(jiān)測方式主要有三種，分別是衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控以及人員巡邏，這三種檢測方式各有利弊：

（1）衛(wèi)星遙感能發(fā)現一些較大型的火點，但小型火點衛(wèi)星遙感卻很難發(fā)現；

（2）組建巡邏隊對農田進行巡邏，費時費力還會增加基層矛盾；

（3）視頻監(jiān)控系統(tǒng)多安裝在鐵塔公司的通訊塔上，可以做到數年針對某區(qū)域做24小時全天候監(jiān)控，但監(jiān)測區(qū)域小，使用費用較高（主要包括：通訊線路租用費和鐵塔使用費等）。

本文主要對露天焚燒高架視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端設備如何選擇進行一些討論。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的類型

現正在使用的秸稈燃燒視頻監(jiān)控系統(tǒng)，根據報警原理和使用前端攝像頭不同大致可給為兩類：

利用“高清低照度球機” 通過后端服務器對圖像自動分析、煙霧檢測、智能學習，發(fā)現疑似煙霧，實現對秸稈焚燒場景的自動識別并預警。

使用“熱成像云臺攝像機”（ 分為熱成像球機、熱成像中載云臺攝像機）對熱點/火點監(jiān)測，一旦發(fā)現火點，可通過平臺智能算法對火點進行定位，并在平臺上報警。露天焚燒視頻監(jiān)控系統(tǒng)應該使用何種前端攝像機，是有關部門在系統(tǒng)建設時必須面對的問題，這就有必要進行相關測試。

3 測試目的

本次測試是針對“某區(qū)露天焚燒監(jiān)控系統(tǒng)”可能使用的各類“前端設備”（攝像機），對設備可見光監(jiān)視功能、紅外監(jiān)視功能及對火點的報警功能進行的測試。其目的主要是驗證各類“前端設備”（攝像機）的性能是否能夠滿足系統(tǒng)要求，測試各類“前端設備”（攝像機）的性能特點。

主要測試目標如下：

（1）獲得“某區(qū)露天焚燒監(jiān)控系統(tǒng)”可能使用的各類“前端設備”（攝像機）的性能表現，為系統(tǒng)實施提供依據。

（2）獲得系統(tǒng)中可能存在的性能方面問題，以盡可能降低后續(xù)工作風險。

4 測試環(huán)境

某小區(qū)樓頂，高度約35米。

4.1 測試時間

測試時間：11：00 至 15：00

4.2 天氣條件

晴35℃/23℃西南風3-4級，空氣質量：良，能見度＞2000米，無霧霾。

4.3 測試設備

本次測試使用的設備如下：

熱成像雙目中載云臺攝像機（紅外成像部分使用75mm鏡頭；可見光攝像機使用15．6～500MM鏡頭），中載云臺+攝像機約16kg；

熱成像球機（紅外成像部分使用50mm鏡頭；可見光攝像機使用4．5-135mm鏡頭），支架+球機約10kg；

星光級球形攝像機（可見光攝像機使用4．9mm-216mm鏡頭；帶補光燈）支架+球機約5kg；

4.4 設備安裝方式

熱成像雙目中載云臺攝像機（簡稱“中載云臺”）：因測試現場無法固定安裝，測試時用折疊人字梯作為云臺攝像機設備支架。將攝像機與筆記本電腦（安裝攝像機控制軟件）直接連接。

熱成像球機：攝像機“抱桿安裝”在樓頂的安裝桿上。將攝像機與筆記本電腦（安裝攝像機控制軟件）直接連接。

星光級球形攝像機：攝像機“抱桿安裝”在樓頂的安裝桿上。設置一個局域網，將“秸稈禁燒報警服務器”“攝像機”與筆記本電腦（客戶端軟件）接入局域網。

5 測試內容

測試內容如下：

（1）據測試地1200M左右位置放火，測試目的為測試攝像機報警功能

（2）對據測試地1600米左右的目標進項拍攝，測試目的為測試攝像機清晰度

（3）對據測試地3000米左右的目標進項拍攝，測試目的為測試攝像機清晰度

6 測試過程說明

6.1 1200M左右位置放火

熱成像球機成功的發(fā)現了防火點，并在白光畫面中標出防火點，畫面清晰，但風大時有抖動

中載云臺發(fā)現了防火點，并在白光畫面中標出防火點，畫面清晰無抖動。

星光級球形攝像機，發(fā)現了防火點出現的煙霧，畫面清晰，但風大時有抖動。

6.2 測試攝像機清晰度測試

（1）1600M拍攝畫面。熱成像球機和星光級球形攝像機，清晰的看到了廣告牌上的文字，但風大時有抖動。

中載云臺攝像機，清晰的看到了廣告牌上的文字，無抖動。

監(jiān)視畫面（看字）

（2）3000M拍攝畫面（看字）。熱成像球機和星光級球形攝像機只能看到大字標語，風大時有抖動。

中載云臺的監(jiān)控畫面不只能看到大字標語，兩側較小字體的標語無抖動。

監(jiān)視畫面（看字）

7 測試結果

7.1 火點報警測試

在距測試點1200米設置火點對攝像機報警及清晰度的測試中，三種測試設備均可報警，圖像清晰度也十分清晰。

7.2 測試攝像機清晰度測試

對1600米處目標（某家居城）拍攝測試中，三種測試設備拍攝圖像均十分清晰。

對3000米處目標（消防訓練塔）拍攝測試中，中載云臺可以清楚地拍到消防訓練塔兩側較小字體的標語“當兵不習武…；武藝煉不精…”；熱成像球機及星光級球形攝像機只能看到大字標語“練為戰(zhàn)”“嚴格訓練”。

從測試情況來看，抱桿安裝的球機由于質量較輕，在風力3-4級情況下，遠距離（3km）監(jiān)控或變焦有明顯抖動，中載云臺安裝在遠距離監(jiān)控無抖動。

8 性能測試總結

（1）“熱成像球機”對監(jiān)測點1500米范圍內的“露天焚燒”進行監(jiān)控及火點報警，抗風能力較差。

（2）“星光級球形攝像機”對監(jiān)測點1500米，范圍內白天的“露天焚燒”進行監(jiān)控及火點報警，夜間監(jiān)控效果需進一步驗證，抗風能力較差。由于系統(tǒng)是由設在后端控制中心 的“報警服務器”進行判斷報警，控制中心的網絡穩(wěn)定性格外重要，如斷網可能造成短時漏報。

（3）“中載云臺” 對3000米范圍內的“露天焚燒”進行監(jiān)控及火點報警，該設備監(jiān)控范圍較大，抗風能力好。使用此設備構建“露天焚燒監(jiān)控系統(tǒng)”時可減少監(jiān)控點以節(jié)約投資。

希望本文對相關系統(tǒng)的設計者、使用者在設備選型時起到幫助作用。