一种生物质禁烧视频大数据监控平台的设计与应用

王豪博，江泽鑫

（广州邦讯信息系统有限公司，广东 广州 510663）

0 引言

面对点多、面广、线长的生物质燃烧源，政府必须投入巨大的人力和财力进行现场监管，在传统的人工巡查方式模式下，监管的效率和效果难以满足管理的要求。在生物质焚烧重点禁烧区，通过大数据技术[1]、热成像技术、智能图像识别技术、融合通信技术、GIS地理信息技术等高新技术，建设生物质焚烧智能监管一体化系统，实现对秸秆、垃圾等焚烧的实时监控、自动识别、自动定位、自动告警、任务巡查等全过程的高效闭环监管。使生物质禁烧工作由过去“人防”变为“人防+技防”，大幅度提高禁烧治理工作效率和成效，降低大气污染形成的机率。具体内容为：

一是搭建高精度视频监控网络，实现对生物质燃烧行为全方位、24小时不间断在线监控，确保生物质禁烧重点管控区域监管全覆盖、全过程、无死角。

二是利用分析模型算法，对重点管控区范围内的生物质燃烧实现智能化的冒烟识别、冒烟告警、火点定位等功能，同时生成监管证据。

三是建立网格调度管理机制，按县、镇、村划分三级网格管理机制。实现告警信息直达网格负责人/监管人，方便网格负责人根据警情，及时动态调配人员前往现场灭火、进行管控处置。

四是生物质燃烧的责任追溯，通过对重点管控区域的生物质燃烧/综合利用的全过程记录，为责任层层传递、为联防联控组织提供督导和考核、奖罚依据，提高责任主体的执行力。

1 总体设计

面对点多、面广、线长的生物质燃烧源，目前一般有两方式来监测，一是传统的人工巡查，二是安装摄像机，将图像传到监控中心，再由人工来查看。

这两种方式都比较依赖于人，工作效率也比较低。本方案在图像监控的基础上再提升功能，增加热成像技术、智能图像AI识别技术和融合通信技术、GIS地理信息技术等高新技术，通过在铁塔顶端安装高清网络热成像摄像机，实现监管区对林木、垃圾等焚烧域24小时实时监测，利用平台分析实现告警、取证、处理的联动机制，实现监控数据流媒体存储、远距离大范围监控、火情自动报警、火点快速定位、执法依据提供等。监控中心为统一的平台[2]，可以接入不同品牌的摄像机；在数据库设计上使用了国产数据库，能最大化数据库的性能及更好地保障数据安全。

视频监控系统包含了前端设备、监控中心平台、客户端软件三部分。

图1 系统架构图

1.1 前端设备

基于“铁塔+视频”构建的生物质禁烧视频大数据监控平台，前端支持热成像摄像机的接入及相关参数配置，按照标准的音视频编码格式及标准的通信协议，可直接接入监控平台进行视频图像的传输。

1.2 监控中心平台

监控中心配置监控软件，实现统一的管理平台、统一的切换控制系统和统一的显示系统，实现对整个系统的统一配置和管理；监控中心支持云存储，对前端摄像机视频数据进行实时存储和历史视频调阅；视频AI算法服务器，支持对生物质焚烧的智能视频识别，提高视频智能算法识别率。

1.3 客户端

互联网侧的客户端软件（Web客户端软件和移动APP客户端软件），可以对视频监控设备和用户进行统一管控，并实现实时视频、视频回放、电子地图和告警推送和呈现等功能。

2 智能视频分析

通过在铁塔顶端安装高清网络热成像摄像头，实现林区24小时实时监测，利用平台分析实现告警、取证、处理的联动机制，实现监控数据流媒体存储、远距离大范围监控、火情自动报警、火点快速定位、执法依据提供等。

在监控平台中生物质焚烧场景可以采用接入高清高倍球机后端识别[3]分析上送告警，也可以采用双光谱摄像头就行前端识别上送告警到监控平台。监控平台可以根据场景需要同时接入多种不通过类型的摄像头同时进行智能化分析和收集信息。

2.1 生物质焚烧视频识别（算法识别）

生物质禁烧[4]前端系统对被监控农田区域和现场视频信息进行采集、编码、存储及上传，并通过客户端平台预置的规则进行自动化联动。前端高清网络摄像机一旦发现火点，可通过平台智能算法[5]对火点进行定位，然后中心值班人员可以根据火点定位位置信息，通知相关的巡逻队员前往火点区处理。火点报警信息可通过平台利用手机短信通知或手机APP客户端通知相关负责人。

2.2 烟雾检测模型设计

结合HOG特征、LBP特征和VGG16所提取的深度特征进行烟雾检测网络结构图设计，如图2所示。

图2 烟雾检测模型设计结构图

其中input1为HOG特征，input2为IBP直方图特征、input3为VGG16深度特征，将三个特征均压缩为128维后进行拼接，然后再输入到一个全连接神经网络中进行分类。

2.3 训练及测试效果评估

使用在ImageNet上预训练的VGG16进行迁移学习，使用VGG16的卷积层作为特征提取器，SVM作为分类器/finetune最后的全连接层，烟雾检测计算结果如图3所示，应用案例图片示例如图4所示。

图3 烟雾检测计算结果图

图4 某地生物质焚烧智能识别违规图片示例

3 用户界面设计与应用

生物质禁烧视频大数据监控软件可以对所选区域内实时监控数据，包括实时视频、历史视频、电子地图信息展示、权限及设备管理[6]、告警数据的查询统计。其中实时视频的操作界面如图5所示。界面根据监测的区域按树形列表显示如图6所示，支持对本组织的摄像机设备，可以在系统内，对所有的监控摄像机设备进行参数配置，修改设备名称及其相关的参数等。

图5 实时视频

图6 设备管理

4 结语

本文设计开发了生物质禁烧视频大数据监控软件，提升决策能力，利用智能化、可视化技术手段对监控违规操作，实现有序化管理，减少安全隐患。尽早排查、预报隐患、保障安全。节省人力投入，自动环保监测，提升工作效率，减少人力投入。降低运营成本，中心平台一次性投入，其他地区行业用户快捷接入，节省运营和维护成本。最终实现对监控区域的立体化、全方位管理。