CN103454228B - 采用运动侦测技术的烟气黑度监控系统 - Google Patents

Abstract

一种采用运动侦测技术的烟气黑度监控系统，属于烟气监测技术领域。包括视频采集模块、运动侦测模块、林格曼黑度分析模块和黑度报警模块；视频采集模块包括图像采集模块、图像存储模块、图像传输模块；运动侦测模块包括CP处理模块、编码模块、运动侦测模块；林格曼黑度分析模块包括图像栅格化处理模块、黑度分析模块、黑度记录模块；黑度报警模块包括黑度超标判断模块、报警提示模块、报警矫正模块、报警短信输出判断模块。优点在于，可靠直观，无须人工监控的特点，为企业环境监控提供了客观、量化的依据，帮助环保部门工作人员及时了解企业烟气排放情况。

Description

采用运动侦测技术的烟气黑度监控系统

技术领域

本系统属于烟气监测技术领域，特别是提供了一种采用运动侦测技术的烟气黑度监控系统，适用于环保部门对工业企业烟气排放情况进行监控、取证。

背景技术

环保部门监测的企业较多，需要对工业企业进行实时监管。烟气黑度监测难度在于排除监测过程中大气环境变化给黑度分析带来的误差，诸如：空中云量、大气能见度、光线亮度都会对烟气黑度分析的结果造成一定的影响。以往烟气黑度监控系统多采用定时抓拍图像，而定时抓拍图像的缺点主要体现在缺乏抓拍烟气黑度的及时性，容易造成漏拍、漏分析，不能满足现代环境监测的实时性及全面性要求，不利于环保部门对排污企业的监管。

国家环保部推行的林格曼黑度分析需要人为定期观测，带来的人为因素很多，标准很难精确执行。虽然目前市面上推出了一些自动观测的林格曼黑度观测设备，但是此类设备是通过定时抓拍图像然后分析生成林格曼黑度数的。这种分析方式的覆盖范围主要取决于设备定时抓拍频率，如排污企业烟尘排放维持时间较短，则容易产生漏拍、漏分析的情况。

随着安防监控领域的发展与成熟，用户需要根据现场变化适时开启硬盘录像机的录像功能获取第一手的监控图像，从而为用户节省大量的磁盘空间。采用运动侦测技术的黑度监控系统能够提供最完全的特征数据。有利于获取更为清晰的、第一手的监控图像。

鉴于林格曼黑度分析的缺点和运动侦测技术的优点，本发明采用运动侦测技术与林格曼黑度分析高效的有机结合，形成了运动侦测技术的黑度监控系统，能够更好的对排污企业进行环境在线监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用运动侦测技术的烟气黑度监控系统，能够更好的对排污企业进行环境在线监测。

本发明包括视频采集模块、运动侦测模块、林格曼黑度分析模块和黑度报警模块。视频采集模块包括图像采集模块、图像存储模块、图像传输模块；运动侦测模块包括CP处理模块、编码模块、运动侦测模块；林格曼黑度分析模块包括图像栅格化处理模块、黑度分析模块、黑度记录模块；黑度报警模块包括黑度超标判断模块、报警提示模块、报警矫正模块、报警短信输出判断模块。本发明采用B/S架构，模块化开发方式。视频采集模块的程序部署在视频采集应用服务器上，运动侦测模块、林格曼黑度分析模块、黑度报警模块的程序部署在核心应用服务器上，系统相关数据存储在数据库服务器。各模块由分布式进程管理协调运行，通过YUV数据进行通信。模块间的调用通过核心应用服务器交换，采用异步调用的调用方式，运动侦测模块采用异步调用的调用方式调用采集模块的数据，林格曼黑度分析模块采用异步调用的调用方式调用运动侦测模块的数据，黑度报警模块采用异步调用的调用方式调用林格曼黑度分析模块的数据，数据耦合的调用关系，调用模块间低耦合，高内聚。视频采集应用服务器、核心应用服务器、数据库服务器通过交换机接入环保部门监控网络，客户端通过路由器接入环保部门监控网络，短信猫通过串口接入黑度报警应用服务器，报警短信终端通过网络运营商的无线通讯接收短信猫发出的报警信息。

一、模块连接关系：

1.视频采集模块、运动侦测模块属于后台，实现视频采集、运动侦测抓图数据的保存和读取操作。

2.林格曼黑度分析模块、黑度报警模块属于前台，用于业务展示，显示页面的结构、功能、数据和接收用户输入的数据，为用户提供一种交互式操作的界面。

3.视频采集模块包括图像采集模块、图像存储模块、图像传输模块，负责视频图像的编码及储存，形成运动侦测模块调用的数字视频信号。

4.运动侦测模块包括CP处理模块、编码模块、运动侦测模块，对图像进行运动侦测分析，实现烟囱冒烟后系统自动抓拍图片，将抓拍到的图片送到数据库服务器存储，供林格曼黑度分析模块调用。

5.林格曼黑度分析模块包括图像栅格化处理模块、黑度分析模块、黑度记录模块，对抓拍到的烟尘图片进行栅格化处理及黑度分析，得出黑度分析值、绘制黑度状态曲线。将分析所得的黑度分析值发送到数据库服务器存储，供黑度报警模块读取调用。

6.黑度报警模块包括黑度超标判断模块、报警提示模块、报警矫正模块、报警短信输出判断模块，根据黑度分析模块的分析结果决定是否报警，用于接收数据，为用户提供一种交互式操作界面，便于用户报警矫正或报警短信输出操作。

二、应用功能

1、自动抓拍图像（运动侦测模块对实时图像进行分析，实现冒烟自动抓拍）

2、林格曼黑度分析（将获得的照片通过编码处理、栅格化处理形成系统可分析的数字信号并分析出林格曼黑度数）

3、超标自动报警（根据用户需求设定报警值，实现超标自动报警）

4、黑度分析辅助判断（黑度报警模块通过触发自动抓拍并分析黑度值时对分析出的黑度数进行判断，如得出的黑度数值小于设定报警值，系统会重新开启抓拍进程，再次获取照片并进行分析，对比两次分析结果确定是否进行报警。）

三、模块组成与功能实现

1、视频采集模块：

视频采集模块包括图像采集模块、图像存储模块、图像传输模块。

视频采集模块以成熟的监控技术为基础结合了数字通信技术、图像处理技术将高清视频图像叠加OSD并数字化后供运动侦测模块、林格曼黑度分析模块和实时预览使用。

2、运动侦测模块：

运动侦测模块包括CP处理模块、编码模块、运动侦测模块。

CP（Image Coprocessor图像协处理器）处理模块：YUV数据在DSP中加上OSD（字符时间叠加）和LOGO（位图），复合后通过PCI总线送到显存中，供视频实时预览用，还将复合后的数据送到编码卡的内存中，供编码模块使用。

编码模块（ENCODER）：将编码卡内存中的YUV数据送到MPEG4/H264编码器中，产生压缩好的码流，送到主机内存中，供录像或网络传输使用。

运动侦测处理模块（MOTION DETECT）：对编码卡内存中以帧为单位的YUV数据进行处理。

3、林格曼黑度分析模块：

林格曼黑度分析模块包括图像栅格化处理模块、黑度分析模块、黑度记录模块。

林格曼黑度分析模块，采用了完全自动的林格曼黑度自动分析技术，提供了对烟囱的烟尘图片进行压缩存储以及强大的黑度状态曲线显示功能，并能够自动分析入库与历史查询。

以地理信息技术为基础，结合了数字视频技术、计算机多媒体技术、计算机网络技术、数字通信技术、现代控制技术。目前国内最为先进的监控系统，架构于计算机网络之上，实现智能化管理，并且可以与原有信息融合在一起，合理利用有效的网络资源，提高管理水平和工作效率。该部分功能特点如下：

改变了以往的人工监测效率低下的林格曼黑度分析模式，采用了完全自动的林格曼黑度自动分析技术，分析出的结果准确，并把数据自动入库，不需要人工的参与，大大的节省了环保部门有限的人力和物力。

把烟囱的排放烟尘的情况以视频图像的情况存储下来，并同时提供了对烟囱的烟尘图片进行压缩存储的功能，来节省有限的硬盘空间。

提供了强大的黑度状态曲线显示功能，可以非常形象直观的显示一段时期内的某一个烟囱的黑度情况。

自动分析入库与历史查询：对分析的数据进行入库，并提供数据历史查询的功能，为环保部门提供依据。

林格曼黑度分析模块主要功能：

（1）多路视频图像同时分析，且每路图像可以选择多个监测点（烟囱口）；

（2）设备管理，视频设备添加、修改、删除。

（3）对视频进行实时黑度分析，采样间隔可设，分析结果以数据表格及曲线图方式表现；

（4）实时曲线图可以任意局部放大，拖动及保存。

（5）支持用户自定义黑度超标报警级别(最多5个等级)，以及每个级别超标报警动作(声音报警及报警图片记录)。

（6）正常分析及临时分析窗口自由切换，根据需要可以选取临时分析状态，该分析结果不计入数据，并可以实现临时分析状态和正常分析状态自由切换。

（7）黑度分析点状态记录及自动恢复，记录上一次黑度状态，自动恢复并显示上次黑度分析点。

（8）巡航预置位设置，设置巡航预置位、可快速切换至烟囱监测位置。

（9）烟囱数据库可以导入，数据库中字段有：烟囱编号、单位、区域、负责人、锅炉类型。

（10）记录分析数据

（11）数据库中存储数据为分析时间、烟囱数据、黑度值、抓拍图片。

（12）根据环保部门业务需求，可以对黑度值进行相关计算。

（13）历史数据的查询、分析及统计，可以根据不同组合条件进行查询检索。

（14）支持录像回放的黑度分析功能。

4、黑度报警模块：

黑度报警模块包括黑度超标判断模块、报警提示模块、报警矫正模块、报警短信输出判断模块，

黑度报警模块，对黑度分析结果进行判断并记录历史数据。接到报警的值班人员在对报警进行确认后，判断是否执行短信报警。

系统通过将视频采集模块获得的图像数字化处理之后交由运动侦测模块进行判断烟囱冒烟时抓拍下此帧图像，将获得的图像生成标准的YUV数据。得到的YUV数据经进一步编码后交由林格曼黑度分析模块进行分析处理。

系统得出此次黑度分析值之后进行判断，如黑度值大于等于标准值，系统自动报警到客户终端并记录报警时间、烟囱位置信息。考虑到烟气黑度分析受天气、时间因素影响较大，为了减少误报警，在用户终端接到报警提示后由值班人员进行确认是否短信报警。值班人员发现报警信息后查询系统记录的黑度分析值及抓拍到的图像，如确认该排放口超标排放则进行短信报警。

本发明采用运动侦测技术的黑度监控系统具有可靠直观，无须人工监控的特点，为企业环境监控提供了客观、量化的依据，帮助环保部门工作人员及时了解企业烟气排放情况。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的系统总结构图。

图2为本发明具体实施方式的系统总流程图。

图3为本发明模块连接关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

1.系统总结构图如图1所示，本发明包括：视频采集模块、运动侦测模块、林格曼黑度分析模块、黑度报警模块。本发明的视频采集模块包括：图像采集模块、图像存储模块、图像传输模块。本发明的运动侦测模块包括：CP处理模块、编码模块、运动侦测模块。本发明的林格曼黑度分析模块包括：图像栅格化处理模块、黑度分析模块、黑度记录模块。本发明的黑度报警模块包括：黑度超标判断模块、报警提示模块、报警矫正模块、报警短信输出判断模块。

2．系统总流程图如图2所示，安装在距离烟囱适当距离的高清摄像机将采集到的视频信号通过光信号远传接入中心机房的视频采集应用服务器。图像由视频采集服务器进行模数转换，生成标准的YUV数据，并叠加字符时间、LOGO。经过编码处理后的YUV数据经过编码卡进行处理后交由运动侦测模块进行判断。运动侦测模块将编码卡内存中以帧为单位的YUV数据进行处理，在运动侦测模块判定图像中烟囱开始冒烟排放时，系统将抓取到的图像经交换机送至林格曼黑度分析应用服务器进行图像的黑度分析处理。林格曼黑度分析应用服务器将分析出图像黑度值后将分析所用图片及黑度值写入数据库保存。同时将黑度值与设定的标准值进行对比，如大于标准值则开启报警提示，报警信息经网络交换机传输至监控中心客户端。值班人员在收到报警提示信息后查询报警点的历史记录（包括黑度值和分析时所用照片），进行确认。如图像烟气黑度达到报警范围，则进行短信报警通知相关人员。操作人员每次操作时都要在系统中填入操作记录。

3.模块连接关系图如图3所示，视频采集模块、运动侦测模块属于后台，实现视频采集、运动侦测抓图数据的保存和读取操作。林格曼黑度分析模块、黑度报警模块属于前台，用于业务展示，显示页面的结构、功能、数据和接收用户输入的数据，为用户提供一种交互式操作的界面。前台模块与后台模块之间通过YUV数据进行通信。视频采集模块负责视频图像的编码及储存，形成运动侦测模块调用的数字视频信号；运动侦测模块对图像进行运动侦测分析，实现烟囱冒烟后系统自动抓拍图片，将抓拍到的图片送到数据库服务器存储，供林格曼黑度分析模块调用；林格曼黑度分析模块对抓拍到的烟尘图片进行栅格化处理及黑度分析，得出黑度分析值、绘制黑度状态曲线。将分析所得的黑度分析值发送到数据库服务器存储，供黑度报警模块读取调用；黑度报警模块根据黑度分析模块的分析结果决定是否报警，用于接收数据，为用户提供一种交互式操作界面，便于用户报警矫正或报警短信输出操作。

Claims (5)

1.一种采用运动侦测技术的烟气黑度监控系统，其特征在于，包括视频采集模块、运动侦测模块、林格曼黑度分析模块和黑度报警模块；视频采集模块包括图像采集模块、图像存储模块、图像传输模块；运动侦测模块包括图像协处理器处理模块、编码模块、运动侦测模块；林格曼黑度分析模块包括图像栅格化处理模块、黑度分析模块、黑度记录模块；黑度报警模块包括黑度超标判断模块、报警提示模块、报警矫正模块、报警短信输出判断模块；

视频采集模块的程序部署在视频采集应用服务器上，运动侦测模块、林格曼黑度分析模块、黑度报警模块的程序部署在核心应用服务器上，系统相关数据存储在数据库服务器；各模块由分布式进程管理协调运行，通过YUV数据进行通信;模块间的调用通过核心应用服务器交换，采用异步调用的调用方式，运动侦测模块采用异步调用的调用方式调用采集模块的数据，林格曼黑度分析模块采用异步调用的调用方式调用运动侦测模块的数据，黑度报警模块采用异步调用的调用方式调用林格曼黑度分析模块的数据，数据耦合的调用关系，调用模块间低耦合，高内聚；

视频采集应用服务器、核心应用服务器、数据库服务器通过交换机接入环保部门监控网络，客户端通过路由器接入环保部门监控网络，短信猫通过串口接入黑度报警应用服务器，报警短信终端通过网络运营商的无线通讯接收短信猫发出的报警信息；

视频采集模块、运动侦测模块属于后台，实现视频采集、运动侦测抓图数据的保存和读取操作；

林格曼黑度分析模块、黑度报警模块属于前台，用于业务展示，显示页面的结构、功能、数据和接收用户输入的数据，为用户提供一种交互式操作的界面；

视频采集模块包括图像采集模块、图像存储模块、图像传输模块，负责视频图像的编码及储存，形成运动侦测模块调用的数字视频信号；

运动侦测模块包括图像协处理器处理模块、编码模块、运动侦测模块，对图像进行运动侦测分析，实现烟囱冒烟后系统自动抓拍图片，将抓拍到的图片送到数据库服务器存储，供林格曼黑度分析模块调用；

林格曼黑度分析模块包括图像栅格化处理模块、黑度分析模块、黑度记录模块，对抓拍到的烟尘图片进行栅格化处理及黑度分析，得出黑度分析值、绘制黑度状态曲线；将分析所得的黑度分析值发送到数据库服务器存储，供黑度报警模块读取调用；

黑度报警模块包括黑度超标判断模块、报警提示模块、报警矫正模块、报警短信 输出判断模块，根据黑度分析模块的分析结果决定是否报警，用于接收数据，为用户提供一种交互式操作界面，便于用户报警矫正或报警短信输出操作。

2.根据权利要求1所述的烟气黑度监控系统，其特征在于，所述的视频采集模块将高清视频图像字符时间叠加并数字化后供运动侦测模块、林格曼黑度分析模块和实时预览使用。

3.根据权利要求1所述的烟气黑度监控系统，其特征在于，所述的林格曼黑度分析模块，采用了完全自动的林格曼黑度自动分析技术，提供了对烟囱的烟尘图片进行压缩存储以及强大的黑度状态曲线显示功能，并能够自动分析入库与历史查询。

4.根据权利要求1所述的烟气黑度监控系统，其特征在于，所述的林格曼黑度分析模块功能如下：

(1)多路视频图像同时分析，且每路图像可以选择多个监测点；

(2)设备管理，视频设备添加、修改、删除；

(3)对视频进行实时黑度分析，采样间隔可设，分析结果以数据表格及曲线图方式表现；

(4)实时曲线图可以任意局部放大，拖动及保存；

(5)支持用户自定义黑度超标报警级别，以及每个级别超标报警动作；

(6)正常分析及临时分析窗口自由切换，根据需要可以选取临时分析状态，该分析结果不计入数据，实现临时分析状态和正常分析状态自由切换；

(7)黑度分析点状态记录及自动恢复，记录上一次黑度状态，自动恢复并显示上次黑度分析点；

(8)巡航预置位设置，设置巡航预置位、快速切换至烟囱监测位置；

(9)烟囱数据库可以导入，数据库中字段有：烟囱编号、单位、区域、负责人、锅炉类型；

(10)记录分析数据；

(11)数据库中存储数据为分析时间、烟囱数据、黑度值、抓拍图片；

(12)根据环保部门业务需求，对黑度值进行相关计算；

(13)历史数据的查询、分析及统计，可以根据不同组合条件进行查询检索；

(14)支持录像回放的黑度分析功能。

5.根据权利要求1所述的烟气黑度监控系统，其特征在于，所述的黑度报警模块对黑度分析结果进行判断并记录历史数据，接到报警的值班人员在对报警进行确认后，判断是否执行短信报警。