eWatch烟尘分析监视系统解决方案
第一章
前言
《中国的和平发展道路》白皮书指出“由于中国加强了环境保护，……，中国的烟尘排放总量基本控制在１９８０年的水平……”。控制烟尘，是中国环境保护的一项重要工作，国家对烟尘排放实现了有效的管理，然而随着国家经济的发展，很多大型工业企业规模迅速扩大，随之而来烟尘的排放量也迅速增加，如何有效、科学、快捷地实现烟尘管理已是一项刻不容缓的工作。
过去环保高空烟尘瞭望，是采用人工在高楼上用军用望远镜，通过人眼瞭望黑烟现象，人工估计烟尘的林格曼黑度值等参数。这样做不仅占用的人力资源较大，而且劳动强度相当高，一般只在特殊的情况下不得已而为之，同时对于黑度值的估计也往往带有较大的随意性。如何采用高科技的手段，以IT技术为核心，量化地进行城市的烟尘管理是现代化环保管理的一个重大课题。
那么如何实现这些要求，我们不妨看看当前的技术条件是否能够实现我们所要实现的功能。最低程度我们必须让人能够在室内看到远处的图像，这个并不难，当前用于监控的摄像机已经可以实现几公里乃至十几公里的图像监控，那么我们只需要应用视频监控的技术就可以实现室内的图像获得。第二就是对于获取图像的分析，当前的数字化技术已经可以非常方便地把图像数字化，那么数字化的图像也就不难实现色度的分析。（当然由于传输、数字化等因素，通过计算机回显的图像数字值必定存在一些异化和偏离，但是通过观测校准和数字修正是可以获得基本精确的数值的）。
根据以上所述，我公司采用林格曼尘烟黑度监视分析系统来解决，本系统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、现代控制技术等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。功能特点如下：
² 改变了以往的人工、效率低下的黑度分析模式，采用了完全自动的黑度自动分析系统，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。
² 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。
² 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。
² 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，为执法者提供依据。
该林格曼烟尘黑度监视分析系统用于环境监控领域的一套应用系统，实现了对钢厂烟尘排放情况全面、实时和有效的监控。该系统主要应用于城市消防、城市重点目标监控、城市治安监控、森林消防监控、机场周界保安监控、防空安全监控、边境防卫监控、小区防卫监控、厂区监控等。
第二章
设计说明
2.1系统概述
本系统解决方案基于视频监控和烟尘黑度分析技术，根据钢厂的实际情况，采用超远望、低照度、高精度可编程云台摄像机，在钢厂制高点设立监测嘹望点，可覆盖方圆
本设计方案采用高空瞭望视频监控和烟尘黑度分析系统相结合，很好地解决了高空瞭望云台摄像机系统的稳定性、望远能力、精确控制能力、夜视能力和自我保护能力（自我清洁、防锈防雷、除霜抗冻）等问题，解决了固定点监控位置的快速定位、任意位置的监控定位和监控目标的地图地位定位等问题，实现了定轨迹巡检、随意轨迹巡检、监控目标跟踪监控和监控位置坐标定位等各种功能，甚至把视频智能检测的应用也引入到高空了望。
因此，该解决方案是一个实现了基本无阻挡的大范围的“所选即所见，所见即所现”的监控，该解决方案不仅适合应用于城市环保监测、城市消防、城市重点目标、森林消防、机场周围保安、防空安全、海岸警卫和边境防卫监控等，也特别适合厂区内监控。
2.2需求分析
1、根据钢厂实际情况需采用 3到5个专用摄像机进行视频信号采集。
2、监控点到监控中心距离为1公里左右，采用光纤传输视频信号。
3、对所监视区域不但白天能清楚的进行监控，要求夜晚或光线比较暗的情况下也能很好的监控。
4、需保证视频信号传输的质量，高清晰的画质效果，系统稳定性、可靠性强。
2.3组网结构
第三章
解决方案
3.1方案说明
实现钢厂林格曼烟尘监控分析是一个很复杂的过程，图像的获得也是一个非常重要监控过程，由于环保工作的特殊性，必定要求其具备比普通视频监控更多的控制和管理特性。这些特性包括针对目标的精确定位、超高清晰度的图像获取、超高精度的运行控制、可多路线的巡检定义等等，这往往是普通的监控云台摄像机所无法达到的。
我公司通过对国内外大量的云台摄像机产品比较，我公司采用在日本国内被广泛采用的三神（ミカミ）云台摄像一体机产品是能够符合环保烟尘瞭望要求的设备，它的高精度定位能力、超长焦距监控能力、双向数据回传控制管理能力、变速步进能力都是针对环保监控所必要的特性。
3.2高空瞭望监控和普通监控的区别
1、高空瞭望是指在距离地面30～
2、高空瞭望监控不同于普通的图像监控，它着力于在较高的位置实现大范围的图像精确监控，是一种既兼顾大场面，又实现具体目标特写拍摄的视频监控手段。高空瞭望技术可以弥补普通图像监控手段无法避免环境物体阻挡、视野范围较小的缺点，从而实现基本无阻挡的大范围监控。
3、在很多场合中，环境是相当复杂的，采用普通摄像机与监控设备的组合方式在5－
4、高空瞭望系统的实施难度高，高空瞭望系统用途广泛，监控成果斐然，为什么真正成功实施的高空瞭望系统并不多，原因在于高空瞭望系统的实施有一定的难度，特别是其核心部分的云台摄像机系统的稳定性、望远能力、精确控制能力、夜视能力、自我保护能力是影响高空了望系统成功实施的重要因素，而周边配套设施的组合，特别是后端控制软件的实施也是影响其建设的重要因素。
高空瞭望解决方案
难点并非不可克服的，我公司推出的基于日本三神一体化高精度可编程云台摄像机系统所实现的高空瞭望解决方案为例，该方案形成了一套真正可应用于实践的解决方式，并由前端云台摄像机、传输线路以及后端计算机控制部分组成。
作为整个高空瞭望解决方案核心的前端云台摄像机选择是极其重要的。有效的克服普通云台摄像机的弱点，是成功实现高空瞭望监控的关键。该解决方案选择了日本三神高精度一体化可编程云台摄像机作为整个系统的前端。
高空瞭望的根本优势是“居高临下”，因此大面积的覆盖是必须达到的指标，三神一体化高精度可编程云台系列产品以其高稳定性和高精度的设计，可以搭载各类超长焦距镜头，无论20×、22×、23×、25×、35×、50×、55×、86×、100×变焦镜头皆可“海量以容之”。选择三神不同的云台产品，其内置的摄像机焦距范围可以从
3.3夜视解决方案
高空瞭望监控的范围可以从
我公司主要采用以下方法：
1、系列产品拥有专门为低照度环境而设计的超低照度产品，通过搭载专用3CCD超低照度摄像机，以及配套的大孔径专业镜头为辅助，配合专门设计的云台、防护罩电路，可以使夜间的图像变得清晰可见。最低0.00005Lux的照度。
2、配置激光红外摄像仪，采用激光辅助照明。
3.4方案特点
1、良好的成像质量
要求在摄像机及其镜头能够保证设计瞭望范围的最大半径处的景物在焦距最长时成像清晰、锐利，能够清楚地把黑烟与背景区分开。要求除了有自动光圈、快门、白平衡、聚焦、背光补偿外，还应具有上述参数的软件设置功能，以便在室内可以远程调节图像质量。
在工程实施中，我们选择了超低照度、高清晰度款高速云台一体机产品，利用其内置的广播级摄像机可以实现850线的高清晰度图像回显。清晰的图像回显，为后端的准确判断黑烟提供了基础的保证。而所选云台内置摄像机的0.00005lux的低照度能力更是实现了可以在黑夜中发现目标的能力。通过可以远程调节的照度、白平衡等特殊能力，观测程序可以通过初始化设置的场景模式根据场景调整云台摄像机的状态，从而实现一种准全天候的“黑烟发现”能力。当然除了摄像机、镜头的选择关系到成像质量，网络结构、视频的压缩方式对图像质量也有极大的影响。
2、足够长的镜头焦距
观察黑烟以烟羽方向和摄像机指向一致的情况最为不利，摄像机镜头焦距长度应该保证能够观察清楚设计瞭望范围的最大半径处的小型锅炉在该种情况下产生的烟羽。根据钢厂的特性，我们选配了多种的云台摄像机产品，其中一款小型望远型一体机具有20～
3、 关注重点目标
对于一个钢厂的烟尘瞭望管理而言，钢厂的很多目标是需要重点观察、观测的，因此云台要求有足够多的预置位，把需要重点关注的目标设置在预置位中。实现随时能够快速观察重点目标情况、定时对重点目标进行自动巡检，这点也是和一般的视频安防监控不同。
经过考察，我们选择的云台摄像机产品均具有255个预置位，即使是最低端的产品其预置位的定位精度也可以达到0.3°，这对于多重点目标的预设定点是非常方便的。
第四章
视频监控的组建
3.1设计依据
遵循标准：
l 《中华人民共和国公共安全行业标准》 GA/T75-94
l 《民用建筑电气设计规范》 （JGJ/T 16-1992）
l 《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》 （GB/T50312-2000）
l 《智能建筑设计标准》 （DBJ-08-47-95）
l 《民用闭路电视系统设计规范》 （GBJ115-94）
l 《视频安防监控系统技术要求》 （GA/T367－2001）
l 《安全防范系统验收规则》 （GA308－2001）
l 《安全防范工程程序与要求》 （GA/T75－94）
l 《防盗报警控制器通用技术条件》 （GB12663－90）
l 《入侵控测器通用技术条件》 （GB10408.1－89）
l 《民用建筑闭路监视电视系统工程技术规范》 （GB50198－96）
l 《建筑及建筑群综合布线系统工程设计规范》 （CECS72－97）
l 《电子计算机安装工程施工及验收规范》 （GB50174－93）
l 《中国电器安装工程施工及验收规范》 （GBJZ32－90－92）
l 《信息技术客户通用电缆铺设要求》 (ISO/IEC11801)
l 《工业电视系统工程技术规范》 (GBJ115-87)
l 《视音频编解码标准——视听对象的编码（6部分）》（ISO/IEC14496）
l 《工业企业扩音通信系统工程设计规程》 （CECS62-94）
l 《工业企业通信工程设计图形及文字符号标准》 (ECS37-91)
l 《广播传音电缆线路工程建设技术规范》 (GY5053-94)
l 《安全防范系统通用图形符号》 （GA/T74－1994）
3.2设计思想
在系统的建设之初就应充分考虑监控系统工程的科学化管理、质量控制问题，以及系统规模分布实施的问题，因此，整个方案的设计必须在以下两个方面得到保证：
1、 完善的设计理念
采用国际主流的设计思路和理念，包括符合国际发展潮流与钢厂实际相结合的特性化设计，监控系统的布线、设备安装、调试、试运行、测试、标准的监控系统质量控制体系。
2、针对性的安全监控系统设计
方案设计是根据系统的需求、各监控点所属地理环境和现场建筑物的特点，设计出高可靠性、先进性、成熟性、安全性，易管理、易维护、易扩展、性价比高的安全监控系统。
3.3设计原则
整体设计建设应遵循以下原则：
1、可靠性
整套系统的可靠性是第一位的。应选用主流的并得到广泛应用的国际知名监控品牌，在系统设计、设备选型、调试、安装等环节严格执行国家、行业的有关标准及有关安全技术防范的要求，贯彻质量条例，保证系统的可靠性。采用成熟、稳定、完善和通用的技术设备，能够保证全天候长期稳定运行,有完备的技术培训和质量保证体系.
2、实用性
提供清晰、简洁、友好的中文操作界面，操控简便、灵活，易学易用，便于管理和维护，能自动纠错和系统恢复，整个系统的操作简单、快捷、环节少，以保证不同文化层次的操作者及有关领导熟练操作系统。
3、经济性
在先进、可靠和充分满足系统功能的前提下，体现高性价比。采用经济实用的技术和设备，充分利用现有设备和资源，综合考虑系统的建设、升级和维护费用。
系统设计采用符合国际标准、国家标准、工业标准及行业标准的产品，使系统具有良好的兼容性，有利于现在和将来的设备选型及联网集成，便于保证各供应商产品的协同运行，便于施工、维护和降低成本。
4、 扩充性
系统要是一个相对开放的系统，系统应在初步设计时，就考虑未来良好的发展性，以降低未来发展的成本，使系统具有良好的可持续发展性，系统应预留了与其他系统的接口，本系统均能够提供可靠的传输协议，使各个子系统能够相辅相成。
3.4总体说明
我公司采用烟尘黑度监视分析系统为钢厂进行组网设计，主要对钢厂内的尘烟进行分析并记录。
监控系统结构大致可分为：摄像（图像采集）、传输、控制显示和录像存储记录四部分。
摄像部分：是安装在现场的，它包括摄像机、镜头、防护罩、支架和云台（解码器）。
它的任务是对被摄区域进行摄像，并把获得的光信号转换成电信号。
传输部分：把现场摄像机发出的电信号传送到监控中心。
控制显示部分：把现场传来的电信号转换成图像在监视设备上显示，并且可以对其进行云镜控制。
录像存储部分：把图像用集中或分布录像保存下来。存储设备主要有硬盘录像机、集中录像存储设备等。
3.5前端设备的传输
根据钢厂的实际情况采用专用业摄像，对所要监视区域进行视频采集，然后通过光纤传回到监控中心统一管理，并对所有信号进行分析。具体如下图：
3.6监控点说明
在钢厂监控点采用高清晰、低照度摄像机，在钢厂高点设立监测嘹望点，可覆盖所要检测的区域范围，实现远程智能高空瞭望和烟尘黑度分析，了解是否超标，为环保监测提供依据，改善钢厂烟尘污染。该系统是环保监测中心重要的组成部分，能够实现对钢厂烟尘排放情况全面、有效的监测和管理。
安装位置
摄像机安装位置越高越好，被建筑物遮挡的盲区越少越好。使在摄像机前方的重点关注目标尽量地少。
要求云台摄像机能够适应安装地的最不利环境。如抗风、抗雪，适应高温、高湿、多雨、防雷等。
第五章
烟尘分析系统说明
5.1系统要求
Ø 操作系统：Windows XP、Windows 2000、Windows 2003 Server
Ø 数据库：SQL Server 2000
Ø 处理器：Interl Pentium 2GHz 以上 或者同水平的AMD处理器
Ø 显卡：无特殊要求，但必须支持 DirectDraw和BLT功能，且显示属性里的颜色设置必须为32位。
Ø 内存：
Ø 视频流分辨率：CIF(PAL：352×288)
5.2系统特点
1、基于网络视频流的图像采集系统
本软件支持当前流行的网络视频流(视频服务器和IP摄像机)，很好的解决了视频监控点和监控点之间，监控点和监控中心之间的空间距离问题，大大的节约了客户的项目成本，受客观条件影响小，适应性强。
2、系统占用率低、支持多画面的视频预览
由于采用了硬解码技术，所有的视频图像都由显卡直接绘制在屏幕上，所以在呈现高质量的视频图像的同时却只需要占用极小的CPU系统资源。因此本软件系统不需要很高的机器配置，在一台普通的台式机上就可以轻松的进行多画面的预览。
3、黑度自动分析的功能
① 烟尘图像视频和数字信号的相互转换
在烟尘黑度监视分析系统中可以把高倍高清晰度的摄像头的模拟信号转换为计算机需要的数字信号，还可以把计算机上的数字转换为显示需要的模拟信号。
② 多通道多窗口的实时黑度分析
黑度功能是烟尘黑度监视分析系统中的主要创新功能之一，改变了以往的人工、效率低下的黑度分析模式，采用了完全自动的黑度自动分析系统，采用先进的图像分析算法，分析出的结果准确客观，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。而且在进行黑度分析时还开创性的加入了支持多通道多窗口机制。多通道是指支持多个视频图像同时分析。多窗口是指在一个视频图像中支持多个烟囱同时进行分析。
③ 黑度值分级告警
烟尘黑度监视分析系统支持最多5级的告警机制。用户可以自由的根据自身的需要配置告警的等级划分和告警值范围，并且当发生该等级告警时系统所需采取的动作。比如声音告警、抓拍记录等。
④ 黑度分析值实时折线图显示
分析出的实时黑度值可以在主界面的折线图上显示。在折线图中，同一排放口的不同时间采样值之间使用折线相连，不同的排放口使用不同颜色的曲线。用户可以一目了然的观察每个排放口所排放的烟尘黑度随时间的变化趋势，更好地掌握每个排放口的排放规律。同时，折线图还具有区域放大、节点数值显示、全局显示、历史回顾、保存图片、打印等功能。足以满足用户对于数据分析的需要。
⑤ 后期数据分析功能
烟尘黑度监视分析系统可以根据用户自定义的各种搜索条件查询出符合要求的黑度分析记录。
⑥ 灵活的用户配置策略
烟尘黑度监视分析系统软件考虑到不同用户之间的需求及条件差异，采用了灵活的用户配置策略，最大程度上保持和用户现有系统及数据库的兼容性。所有非核心的功能都能由用户自由配置。包括数据库配置、烟囱信息配置、黑度分析表格配置、实时黑度分析配置、告警配置、系统路径配置等。
5.3系统功能
该系统通过设置在各监控区域的摄像机、传输网络和监控中心计算机，实现对钢厂各处烟囱排放烟尘黑度的监控，具备控制远端摄像机、采集图像数据、抓拍和录像、数据分析和打印等功能，实现数据共享，可方便地与其它系统连接。
1、实时监控及黑度分析
支持多通道，多窗口的视频监控预览和黑度分析。用户可以选择哪些排放口选取框的分析结果存入数据库，分析出的实时黑度值显示在选取框的下方，并且在折线图和分析数据列表中显示。
2、录像回放
支持用户选择存储在服务器端的录像信息，并支持系统的基本回放功能。
支持按照系统报警时间，报警地点等方式选择报警录像存储信息。
支持回放录像黑度分析功能。
3、图片回放
4、黑度超标告警配置
用户可以根据自身的需求自定义告警的等级和范围以及告警时所需采取的动作。
5、黑度查询
按照时间、监控站、监控点号、告警级别、黑度值查询
支持报警记录查询。
支持按照特定的条件查询与黑度相关之信息。
支持以表格的形式显示查询信息。
6、数据库管理
用户可以对自定义的烟囱信息表进行维护
7、云台镜头控制
用户可以远程对云台和镜头进行操作
第六章
主设备介绍
6.1视频服务器
EW8000嵌入式网络硬盘录像机是建立在嵌入式处理器和嵌入式操作系统上的录象监控设备，脱离了PC处理器和PC操作系统。具备嵌入式硬盘录像机和嵌入式视频服务器的强大功能（DVR+DVS）。
EW8000嵌入式网络硬盘录像机，具有视频信号和音频信号的实时同步H.264全硬件压缩、实时视频和声音预览、视频信号和音频信号的切换、本地录像文件回放、实时网络传输、远程文件回放和下载、支持流协议（RTP/RTCP、RTSP），支持IE浏览、支持双向语音对讲等诸多功能。设备的各输入接口分别采用光电隔离、浪涌保护和抗雷击保护等措施，从而保证了其可靠性。
基本功能：
1、采用嵌入式实时多任务操作系统（RTOS）和嵌入式处理器，完全脱离PC平台，系统调度效率高，代码是固化在FLASH中的，系统更加稳定可靠；
2、采用H.264硬件压缩技术，压缩比高，且处理非常灵活；
3、具有备用压缩通道，用于容错处理；
4、多级用户权限管理，保证系统安全；
5、支持一个RS-485接口，可以控制云台，也可透明通道输入；
6、支持一个RS
7、支持16个开关量输入和4个开关量的输出，支持本地报警和网络报警联动；
8、前面板按键操作，全中文下拉式菜单管理，使用非常方便；
9、内置看家狗，具备异常重起，彻底杜绝死机；
10、用19英寸标准机箱，安装方便，可以上机架；
11、体积：
压缩处理功能：
1、支持多达8/16路视频信号，每路皆可实时每秒25帧CIF分辨率的独立硬件压缩，视频压缩采用H.264压缩标准，不仅支持支持变码率，而且支持变帧率，在设定视频图像质量的同时，也可限定视频图像的压缩码流；
2、支持多达8/16路音频信号，每路音频信号实时压缩，音频压缩标准采用G.721，压缩码率为8Kbps，声音与图像保持稳定同步；
3、视频和音频信号压缩后生成复合的H
4、支持定时录像、手动录像、动态侦测录像、报警录像四种录像模式；
5、支持多种分辨率，从FULL D1（704*576）到QCIF（176*144）；
6、支持视频画面实时预览和视频信号切换；
7、支持硬盘文件回放；
8、支持多区域移动检测；
9、支持OSD，日期和时间的位置、灰度可以设置，日期和时间自动增加；
10、支持透明LOGO或非透明LOGO，LOGO的位置可以在视频图像中的任何位置，特别适合于集中监控或部分图像需要遮挡的应用；
11、支持水印（WATER-MASK）技术；
网络功能：
1、支持一个
2、支持一个RS
3、支持TCP/IP协议，可以通过应用软件或浏览器设置参数、实时浏览视频和音频信号、查看视频服务器状态，可以通过网络报警，可以通过网络存储压缩码流；
4、网络控制云台的旋转和控制摄像头的相关参数，如光圈大小、焦距远近等；
5、通过网络独立浏览任何一路或多路视频信号及音频信号；
6、可以通过网络远程升级，实现远程维护；
7、RS
8、电话，管理主机和网络硬盘录像机之间可以通IP电话；
9、具备WEB SERVER功能，可以通过浏览器访问；
存储功能:
1、可以支持八个IDE硬盘，每个IDE硬盘的容量可达2000GB；
2、硬盘文件系统同DOS兼容，可以在PC平台上操作；
3、硬盘上文件可以选择循环记录和非循环记录；
4、管理主机可以通过网络下载，也可以通过网络播放网络硬盘录像机上记录的文件；
5、管理主机也可以通过网络实时记录视频压缩码流；
6、文件记录有四种模式：定时录像、手动录像、移动检测录像、报警录像；
7、文件切换时不丢帧；
6.2一路视频一路数据光端机
·脉冲频率调制，高品质的视频质量
·防雷功能
·支持热插拔
·工作温度：
·兼容NTSC，PAL，SECAM
·符合NEMA和CALTRANS交通信号控制设备的技术标准：操作温度、湿度、冲击、震动以及瞬间过压保护
输入/输出 正负1V峰值（75Ω）
带宽 5Hz-8MHz
微分增益
＜2%
微分相位
＜2°
倾斜 ＜1%
信噪比 60dB
波长 850/1310nm，1310/1550nm
光纤数
1
兼容性 RS232，RS422，RS485
数据格式 归零码、不归零码、曼码、双相制
数据速率 DC-100kbps(NRZ)
工作温度
相对湿度 0%~95%(无冷凝)