一種生物質禁燒視頻大數據監控平臺的設計與應用

王豪博，江澤鑫

（廣州邦訊信息系統有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引言

面對點多、面廣、線長的生物質燃燒源，政府必須投入巨大的人力和財力進行現場監管，在傳統的人工巡查方式模式下，監管的效率和效果難以滿足管理的要求。在生物質焚燒重點禁燒區，通過大數據技術[1]、熱成像技術、智能圖像識別技術、融合通信技術、GIS地理信息技術等高新技術，建設生物質焚燒智能監管一體化系統，實現對秸稈、垃圾等焚燒的實時監控、自動識別、自動定位、自動告警、任務巡查等全過程的高效閉環監管。使生物質禁燒工作由過去“人防”變為“人防+技防”，大幅度提高禁燒治理工作效率和成效，降低大氣污染形成的機率。具體內容為：

一是搭建高精度視頻監控網絡，實現對生物質燃燒行為全方位、24小時不間斷在線監控，確保生物質禁燒重點管控區域監管全覆蓋、全過程、無死角。

二是利用分析模型算法，對重點管控區范圍內的生物質燃燒實現智能化的冒煙識別、冒煙告警、火點定位等功能，同時生成監管證據。

三是建立網格調度管理機制，按縣、鎮、村劃分三級網格管理機制。實現告警信息直達網格負責人/監管人，方便網格負責人根據警情，及時動態調配人員前往現場滅火、進行管控處置。

四是生物質燃燒的責任追溯，通過對重點管控區域的生物質燃燒/綜合利用的全過程記錄，為責任層層傳遞、為聯防聯控組織提供督導和考核、獎罰依據，提高責任主體的執行力。

1 總體設計

面對點多、面廣、線長的生物質燃燒源，目前一般有兩方式來監測，一是傳統的人工巡查，二是安裝攝像機，將圖像傳到監控中心，再由人工來查看。

這兩種方式都比較依賴于人，工作效率也比較低。本方案在圖像監控的基礎上再提升功能，增加熱成像技術、智能圖像AI識別技術和融合通信技術、GIS地理信息技術等高新技術，通過在鐵塔頂端安裝高清網絡熱成像攝像機，實現監管區對林木、垃圾等焚燒域24小時實時監測，利用平臺分析實現告警、取證、處理的聯動機制，實現監控數據流媒體存儲、遠距離大范圍監控、火情自動報警、火點快速定位、執法依據提供等。監控中心為統一的平臺[2]，可以接入不同品牌的攝像機；在數據庫設計上使用了國產數據庫，能最大化數據庫的性能及更好地保障數據安全。

視頻監控系統包含了前端設備、監控中心平臺、客戶端軟件三部分。

圖1 系統架構圖

1.1 前端設備

基于“鐵塔+視頻”構建的生物質禁燒視頻大數據監控平臺，前端支持熱成像攝像機的接入及相關參數配置，按照標準的音視頻編碼格式及標準的通信協議，可直接接入監控平臺進行視頻圖像的傳輸。

1.2 監控中心平臺

監控中心配置監控軟件，實現統一的管理平臺、統一的切換控制系統和統一的顯示系統，實現對整個系統的統一配置和管理；監控中心支持云存儲，對前端攝像機視頻數據進行實時存儲和歷史視頻調閱；視頻AI算法服務器，支持對生物質焚燒的智能視頻識別，提高視頻智能算法識別率。

1.3 客戶端

互聯網側的客戶端軟件（Web客戶端軟件和移動APP客戶端軟件），可以對視頻監控設備和用戶進行統一管控，并實現實時視頻、視頻回放、電子地圖和告警推送和呈現等功能。

2 智能視頻分析

通過在鐵塔頂端安裝高清網絡熱成像攝像頭，實現林區24小時實時監測，利用平臺分析實現告警、取證、處理的聯動機制，實現監控數據流媒體存儲、遠距離大范圍監控、火情自動報警、火點快速定位、執法依據提供等。

在監控平臺中生物質焚燒場景可以采用接入高清高倍球機后端識別[3]分析上送告警，也可以采用雙光譜攝像頭就行前端識別上送告警到監控平臺。監控平臺可以根據場景需要同時接入多種不通過類型的攝像頭同時進行智能化分析和收集信息。

2.1 生物質焚燒視頻識別（算法識別）

生物質禁燒[4]前端系統對被監控農田區域和現場視頻信息進行采集、編碼、存儲及上傳，并通過客戶端平臺預置的規則進行自動化聯動。前端高清網絡攝像機一旦發現火點，可通過平臺智能算法[5]對火點進行定位，然后中心值班人員可以根據火點定位位置信息，通知相關的巡邏隊員前往火點區處理?；瘘c報警信息可通過平臺利用手機短信通知或手機APP客戶端通知相關負責人。

2.2 煙霧檢測模型設計

結合HOG特征、LBP特征和VGG16所提取的深度特征進行煙霧檢測網絡結構圖設計，如圖2所示。

圖2 煙霧檢測模型設計結構圖

其中input1為HOG特征，input2為IBP直方圖特征、input3為VGG16深度特征，將三個特征均壓縮為128維后進行拼接，然后再輸入到一個全連接神經網絡中進行分類。

2.3 訓練及測試效果評估

使用在ImageNet上預訓練的VGG16進行遷移學習，使用VGG16的卷積層作為特征提取器，SVM作為分類器/finetune最后的全連接層，煙霧檢測計算結果如圖3所示，應用案例圖片示例如圖4所示。

圖3 煙霧檢測計算結果圖

圖4 某地生物質焚燒智能識別違規圖片示例

3 用戶界面設計與應用

生物質禁燒視頻大數據監控軟件可以對所選區域內實時監控數據，包括實時視頻、歷史視頻、電子地圖信息展示、權限及設備管理[6]、告警數據的查詢統計。其中實時視頻的操作界面如圖5所示。界面根據監測的區域按樹形列表顯示如圖6所示，支持對本組織的攝像機設備，可以在系統內，對所有的監控攝像機設備進行參數配置，修改設備名稱及其相關的參數等。

圖5 實時視頻

圖6 設備管理

4 結語

本文設計開發了生物質禁燒視頻大數據監控軟件，提升決策能力，利用智能化、可視化技術手段對監控違規操作，實現有序化管理，減少安全隱患。盡早排查、預報隱患、保障安全。節省人力投入，自動環保監測，提升工作效率，減少人力投入。降低運營成本，中心平臺一次性投入，其他地區行業用戶快捷接入，節省運營和維護成本。最終實現對監控區域的立體化、全方位管理。