煙囪排放林格曼黑度視頻監控系統的開發研究

【摘要】煙囪排放黑度監控系統是針對公司范圍內的所有煙囪排放的視頻監控及煙氣林格曼黑度監測報警于一體的監測系統。該系統通過監控中心站的主軟件與現場視頻硬件設備綜合使用，現場視頻設備（攝像頭）觀察到的現場資料通過局域網絡傳輸到主軟件，在軟件中整體顯示多個設備采集到數據信息，自動抓拍現場的煙囪排煙，對所拍攝的照片進行黑度分析，判斷是否超標產生報警。

【關鍵詞】煙囪排放監視;林格曼黑度分析;自動監測

【中圖號】TF089【文獻標示碼】A【文章編號】1005-1074(2008)11-0241-01

1開發系統的意義

鋼鐵行業的生產是一個流程制造的過程，從采選礦、燒結（球團）、煉鐵、鐵合金、煉鋼、軋鋼等生產過程中的，產生大氣污染物、水污染、噪音污染等。又因生產流程的需求，這些生產過程通常相對集中，對局部乃至一個區域的環境造成比較大的壓力。

環境保護是我國的一項基本國策。我國“十一五”規劃綱要提出，“十一五”期間單位國內生產總值能耗降低20％左右、主要污染物排放總量減少10％。這是貫徹落實科學發展觀、構建社會主義和諧社會的重大舉措；是建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇；是推進經濟結構調整，轉變增長方式的必由之路。如何正確處理好環境保護和經濟發展的關系，也是每個企業需要處理好的問題，同時也給企業管理決策帶來新的要求。

湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司地處長株潭經濟圈，作為富有強烈社會責任感的重點工業企業，在長株潭獲批全國“兩型社會”建設綜合配套改革試驗區之前，湘鋼就在節約資源、保護環境方面做了大量工作。環保設施分散在各個分廠，靠人來監控煙囪排放勞動強度大、效率低，管理層不能隨時掌握污染物排放，因此，遵循公司多年來在信息化建設中積累的經驗，“管理驅動，平臺支撐”這一基本思路，建立一套適合公司的煙囪排放視頻監控系統是十分必要的。

2視頻監控系統的主要特點

采用光學原理成像的視頻監測技術，監測最遠達到1.5公里外的煙囪，且攝像機的拍攝角度均為仰視，觀測的煙氣是以天空為背景，由于遠距離導致灰塵阻隔加大，加之受到當前民用攝像技術的制約在模數轉換和數據壓縮部分的損耗不可避免；另外，光線不充足，能見度低，天氣狀況不好，如雨、霧、霜、雪或陽光直射等情況都將嚴重影響最終的視頻觀看以及黑度分析的準確。因此，系統只能在天氣狀況良好，適于視頻拍攝條件的情況下，才能發揮最佳觀看效果和黑度分析效果。

3系統研究的主要內容

系統的結構：主要有現場層、網絡傳輸層、中心監控層三個層次的軟硬件組成。

現場層主要完成拍照和照片壓縮傳輸功能。根據廠內煙囪分布情況，我們確定的5個監控點，每個監控點都安裝有鏡頭、攝像機、防護罩、云臺、雨刷、支架、視頻服務器、光纖收發器、避雷針和電涌避雷器等設備。鏡頭采用了30-600mm焦距的高倍長焦電動三可變高檔鏡頭，可以拍攝到1.5km遠的煙囪。云臺采用高速高精度定位的全方位云臺，攝像機采用了高性能裝備，保證現場圖像的清晰效果。防護罩我們采用了加裝雨刷、風扇和光學玻璃等附件的，盡可能的降低現場維護周期。視頻服務器我們采用了D1格式高清晰度、高性能的視頻服務器來保證圖像到達監控中心時的效果。網絡傳輸層是將照片的壓縮數據快速地傳輸到中心站主機上，距離交換機房遠的監控點鋪設光纖，距離近的地方（小于100米）鋪設五類雙鉸線，再通過廠內視頻光纖網傳輸到監控中心站來。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、下達指令，可自動指揮現場五個攝像機根據預定的監測順序對全廠所有煙囪排放進行設定間隔時間拍照，并對拍得的照片進行黑度分析，超標報警。它的硬件配置有電視墻、中控臺、解碼器及PC主機、通訊設備等，軟件主要是視頻監控及黑度分析軟件。

4視頻監控及黑度分析軟件的開發

我們選用Delphi作為開發工具，數據庫采用Microsoft Access數據庫。軟件具有的核心功能有：能通過網絡控制和操縱現場的硬件設備；以最小的誤差完成超標時長的統計；提供自動實時監控和實時林格曼黑度分析；提供手動視頻操作；提供維護管理，如日志查詢；提供報表分析；提供用戶管理。

4.1軟件的總體結構

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4.2各模塊功能描述

4.2.1登陸模塊是為合法用戶提供合法權限的模塊，它包括以下四個子模塊：①用戶登陸：提供用戶登陸界面，在用戶正確輸入用戶名和密碼后，即可合法的使用所賦權的功能。②用戶注銷：當需要更換用戶，或者登出系統的時候，可使用該功能。③密碼修改：為已存在的合法用戶提供密碼修改的服務。④用戶配置：為管理員分配多用戶的賬戶和權限提供人機接口。

4.2.2顯示模塊該模塊具體顯示現場的實時畫面，由多種視頻視覺模式，主要有以下三種：①單畫面顯示：顯示一個監測點畫面，放大體現細節。②四畫面顯示：顯示四個監測點畫面，集中監視重要監測點。③十六畫面顯示：顯示十六個監測點畫面，全局掌控監測點的排煙情況。

4.2.3圖像操作模塊該模塊為用戶提供了對圖像畫面進行各種操作的接口。主要為以下四種：①畫面錄像：保存某個監測點的實時視頻數據為可播放的視頻流媒體文件。②手工抓圖：用戶

在發現異常情況時，可使用該功能來抓取實時圖片并保存到計算機中。③視頻輪詢：根據用戶設定的輪巡間隔，對所有監測點進行輪流巡視，并在畫面上顯示出來。④畫面播放：啟動視頻服務的功能。

4.2.4設備控制模塊該模塊為用戶遠程對現場設備進行控制提供了非常便捷的人機接口。①鏡頭變倍控制：調整圖像的放大倍數。②鏡頭變焦控制：調整圖像的焦距，使圖像更加的清晰。③鏡頭光圈控制：調整鏡頭光圈，是圖像的亮度更加合適。④云臺控制：控制云臺的轉動，使得被監視的排污口處于畫面中間。

4.2.5系統設置模塊該模塊提供一些常用的配置，方便用戶自定義使用該系統。①監控點設置：設置所監控點的名稱，屬性等內容，方便用戶對號入座。②云臺位置配置：配置云臺的初始位置和過程位置，方便自動拍攝。③系統參數設置：設置系統的參數，是系統的運行符合用戶的要求。

4.2.6增值業務模塊該模塊是按照湘鋼的特殊需求而實現的業務模塊，主要為兩部分：①黑度分析：黑度分析的模塊通過圖像分析識別技術能自動分辨當前圖片的煙塵濃度級別。②超限報警：當黑度分析的級別超過用戶的設定級別上限時，就發出報警信息通知用戶處理。

該系統現已在湘潭鋼鐵集團有限公司環境監測站正式投入運行半年多，實踐證明，通過本系統的建設，為公司加強排污單位的管理，提高環境監測與環境治理的主動性，控制廠區大氣質量狀況提供了強大技術支撐。