露天焚燒高架視頻監控系統前端設備測試及分析

楊震寧

清華同方智慧節能產業本部 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。在經濟發達地區的農村和大城市郊區，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，秸稈燃燒問題頻發，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、有產業結構問題，但同時也需要相關部門加強監管能力[1]。

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

（1）衛星遙感能發現一些較大型的火點，但小型火點衛星遙感卻很難發現；

（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）視頻監控系統多安裝在鐵塔公司的通訊塔上，可以做到數年針對某區域做24小時全天候監控，但監測區域小，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控系統的前端設備如何選擇進行一些討論。

2 視頻監控系統的類型

現正在使用的秸稈燃燒視頻監控系統，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/火點監測，一旦發現火點，可通過平臺智能算法對火點進行定位，并在平臺上報警。露天焚燒視頻監控系統應該使用何種前端攝像機，是有關部門在系統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“某區露天焚燒監控系統”可能使用的各類“前端設備”（攝像機），對設備可見光監視功能、紅外監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“某區露天焚燒監控系統”可能使用的各類“前端設備”（攝像機）的性能表現，為系統實施提供依據。

（2）獲得系統中可能存在的性能方面問題，以盡可能降低后續工作風險。

4 測試環境

某小區樓頂，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”“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）監控或變焦有明顯抖動，中載云臺安裝在遠距離監控無抖動。

8 性能測試總結

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

（2）“星光級球形攝像機”對監測點1500米，范圍內白天的“露天焚燒”進行監控及火點報警，夜間監控效果需進一步驗證，抗風能力較差。由于系統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”進行監控及火點報警，該設備監控范圍較大，抗風能力好。使用此設備構建“露天焚燒監控系統”時可減少監控點以節約投資。

希望本文對相關系統的設計者、使用者在設備選型時起到幫助作用。