秸秆焚烧预警系统产品方案

1. 产品背景

秸秆是指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其他杂粮等农作物在收货籽实之后剩余的部分。而秸秆焚烧则指农作物秸秆被当作废弃物露天焚烧，中国是一个农业大国，秸秆资源丰富，约占世界秸秆总量的20%~30%，其数量大约相当于我国北方草原产草总量的50余倍。上世纪70年代以前，农作物秸秆主要用作生活燃料和大牲畜的饲料，由于作物单产水平较低，秸秆数量也极为有限，秸秆总量供应紧缺。但上世纪80年代以来，随着农作物单产提高，秸秆总量迅速增加，而直接作为生活燃料和饲料的比例大幅度减少，农民为赶农时，多数地区就开始出现秸秆焚烧现象，并越来越严重。
秸秆的露天焚烧属于低温焚烧，不完全燃烧，秸秆燃烧时二氧化硫的浓度比平时高出一倍，二氧化氮、可吸入颗粒物的浓度比平时高出三倍，相当于日均浓度的五级水平。使人咳嗽、流泪、精神烦躁，污染环境、危害人体健康，以及破坏土壤结构，造成农田质量下降等危害。焚烧秸秆所形成的滚滚烟雾、片片焦土，破坏环境，造成大气污染，且会在一定程度上加重雾霾的发生。

2. 现状分析

2.1. 点多面广，监管人员匮乏，监管力不从心

中国是一个农业大国，农业人口约占总数的40%以上，耕地面积121亿公顷，居世界第三位，占世界总耕地面积的百分之8.0%左右，农田分布广泛，面对季节性的秸秆焚烧问题，存在监管人员相对严重匮乏，耗时耗力的困扰。

2.2. 监管手段单一，监管信息不及时，效率低下

现如今国家利用卫星实时监测各地火点情况，很多地方政府也实行安装摄像头的方式，进行监管。但是只有火点达到一定程度、一定范围，摄像头端才能发现，等到相关执法人员到达现场，火势已经蔓延，因此单一的视频监控，并不能及时制止秸秆燃烧事件的发生。

2.3. 宣传力度不够，不能真正理解秸秆焚烧的危害

近年来，由于大量农村青壮年劳动力流入城市务工，老人、妇女成为农业生产的主力军，客观上造成了秸秆清理运输困难，而秸秆还田成本又明显偏高，尤其是一些高纬度地区受环境因素影响，还田的秸秆腐烂、发酵慢，不仅不能达到预想中的效果，反而给春季耕种带来不小的麻烦。因此，民众在不能真正理解其危害前，缺乏一定的积极主动性。

2.4. 秸秆利用率低下，综合利用难以推广

由于秸秆利用价值低，作业费用高，因此对秸秆实施的肥料化、能源发电、用作工业原料等综合利用措施，很难完全推广开来。

3. 建设任务

首先，利用科学现代化监测、监控技术，对农业园区进行全天候24小时监测，在各个区域分别安装监测监控设备，进行环境空气质量监测，主要有温度、湿度、风速、风向、大气压力、PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3、CO，同时现场配备LED显示大屏，将监测数据实时显示在大屏上，可供监管人员查看，对污染排放进行有效管控。
然后在监测点同时布设一套观测型热成像双光谱网络中载云台摄像机，其适用于输电线路防山火、森林防火、边海防等中远距离可视化管理。内置深度学习烟火识别算法和Smart功能，环境适应性强,可对远距离目标做到24小时全天候实时视频采集。
最后，建立一套科学、有效的高科技能管控系统，前端利用热成像智能识别和可见光视频AI智能算法，以及全天候空气质量监测系统和专业的空气质量模型算法，将采集的AQI六要素（四气两尘）数据按照空气质量变化的规律和趋势进行科学预测，三管齐下，准确的研判，同时依托林区双光谱视频监控、火险预警，以应对违规操作造成的火险警情。
 

4. 秸秆焚烧在线监测系统

4.1. 空气质量在线监测系统

空气质量在线监测系统，集数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的环境监测系统，能全天候、连续、自动地监测环境，可提供PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3、温度、湿度、风速、风向、大气压力等参数的实时数据监测，并可根据需求扩展添加：负氧离子、含氧量、噪声、雨量、日照、TVOC、H2S等参数的监测，按照“网定格、格定责、责定人”的理念，建立“横向到边、纵向到底”的区域网格化监控平台，应用、整合了多项智慧环保技术，在全面掌握、分析污染源排放、气象因素的基础之上，采用因地制宜的灵活设点方法进行部署。
实时统计各地区监测点的监测设备数据，并根据各监测点的环境条件及其污染情况，来分析与推测区域内整体的排放情况，实现对热点排放区域整体监控，污染物扩散趋势推算以及排放源解析等功能；同时结合物联网、智能采集系统、地理信息系统、动态图表系统等先进技术，整合、共享、开发，建立全面化、精细化、信息化、智能化的区域环境在线监测平台，实现对控制污染源无组织排放，减少大气污染等综合管理，为制定节能减排方案提供可靠的数据信息和科学的辅助管理决策；为环保部门的环境决策、环境管理、污染防治提供详实的数据资料和科学依据。

4.1.1. 参数配置

总体性能	总体性能	嵌入式、模块化结构设计，体积小
	实时数据	实时显示监测数据
	信号输出	RS232、RS485、4G
	远程访问	支持远程访问模式、远程升级
	本地存储	支持本地SD卡存储
	供电电压	AC220V/DC24V
空气质量 监测参数	PM2.5	量程：0-1000ug/m³；分辨率:1ug/m3原理：光散射
	PM10	量程：0-2000ug/m3；分辨率:1ug/m3；原理：光散射
	CO	量程：0-3000ppb；分辨率:﹤5ppb；原理：电化学
	SO2	量程：0-4000ppb；分辨率:﹤10ppb；原理：电化学
	NO2	量程：0-3000ppb；分辨率:﹤10ppb；原理：电化学
	O3	量程：0-1000ppb；分辨率:﹤5ppb；原理：电化学
气象环境监测参数	风速	测量范围：0-45m/s；精度：±0.5+2%FS；分辨率：0.01m/s
	风向	测量范围：0-360°；精度：±3°；分辨率：1°
	温度	测量范围：-50-100℃；精度：±0.5℃；分辨率：0.1℃
	湿度	测量范围：0-100%RH；精度：±5%RH；分辨率：0.1%RH
	大气压	测量范围：500-1100hPa；精度：±1.5hPa；分辨率：0.1hPa
显示单元	户外高清LED屏幕	可通过同步或异步显示，含控制系统及防水外框（屏幕尺寸可灵活定制）
支架	立杆	标配1.5M*2截立杆

4.1.2. 功能特点

l 采用栅格网孔，适用于各种气象条件，保证空气流通无死角，内外无温差，采用自由扩散的方式进行气体流动监测，以栅格网孔结构包裹监测传感器，实现监测传感器与外部气体的自由接触，保证空气流通无死角，内外无温差。同时，空气监测传感器位于设备的底部，而且以栅格网状金属结构包裹，能够很好的防雨防风，适用于各种气象条件。
l 配备LED单色屏、双色屏、全彩屏进行数据显示，具备超标变色功能。
l 可扩展性：可扩展添加噪声，降雨量，气象要素，含氧量检测指标等参数，通讯模块参数要求。
l 在设备离线的情况下，正常监测数据，设备恢复网络后远程补传。
l 具备加热除湿功能、浓度报警功能、断电保护功能。
l 具有云端自动在线校准功能，可实现零点和量程飘移自动校正及交叉干扰自动修正，支持人工校准和平台自动校准。微型自动监测站设备支持远程在线校准功能，用户可在平台端对设备进行在线校准，修正因设备零点漂移而产生的数据异常及环境干扰，无需现场人工校准。
l 支持采用外接太阳能、蓄电池供电，解决布线接电等问题。支持智能切换工作模式，市政断电情况下，自动切换太阳能或蓄电池供电模式，保证设备连续正常工作≥8小时。（不含LED配置）。

4.2. 观测型热成像双光谱网络中载云台摄像机

4.2.1. Smart功能（热成像）

l Smart跟踪：全景跟踪、事件跟踪等多种跟踪方式并支持多场景巡航跟踪功能
l Smart侦测：区域入侵侦测、越界侦测、进入区域侦测、离开区域侦测、音频异常侦测、高温物体检测等功能
l Smart录像：支持断网续传功能保证录像不丢失
l Smart图像增强：Smart编码：支持低码率、SVC自适应编码技术
l Smart报警：支持网线断、IP地址冲突、存储器满、存储器错、非法访问异常检测并联动报警的功能
l Smart联动：热成像和可见光联动智能跟踪
l Smart防灼伤：热成像探测器防灼伤智能躲避

4.2.2. 系统功能

l 采用1/1.8”英寸高性能传感器，图像清晰，可见光最大分辨率可达2688×1520
l 6-240mm40倍光学变倍，16倍数字变倍
l 支持自动光圈、自动聚焦、自动白平衡、背光补偿、数字宽动态、3D数字降噪、日夜转换
l 支持激光补光，有效距离800m
l 支持多边形隐私遮蔽，多区域可设，多颜色可选
l 支持透雾、强光抑制、电子防抖、SmartIR防红外过曝技术
l ROI感兴趣区域增强编码
l 支持智能雨刷功能（单次、自动、循环等设定）

4.2.3. 热成像机芯功能

l 分辨率384×288，高灵敏度探测器，支持对比度调节
l 支持智能火点检测功能
l 支持温度异常报警功能
l 支持定时、温差和手动模式下快门校正，AGC模式可选择
l 支持3D降噪功能，15种伪彩色可调节，图像细节增强功能
l 支持镜像、本地视频输出；热成像镜头25mm，最大支持8倍数字变倍

5. 技术方案

5.1. 方案概述

秸秆焚烧在线监测系统兼顾“闻”和“看”两种主要功能以及一定的宣传、警示、火情预判等附加功能 。
“看”——设备具有视频监控系统，通过高清摄像头，对禁烧区等区域的秸秆焚烧情况进行智能化、可视化、实时化的全天候监控和录像，实现全方位、无死角、有据可依的全方位监管。
“闻”——秸秆露天焚烧为不完全燃烧，一旦燃烧，烟气中会生成大量有害气体。将监测设备置于下风口处，当“闻”到有害气体浓度增加，发现数据异常时，系统自动报警提醒监管人员查看。由于我国耕地面积普遍范围广泛，因此监测设备与视频监控系统配合使用，可以更早更快更准确的发现火情，在第一时间进行制止，真正做到“及时发现、及时制止”，并减少漏报、误报、错报事件的发生。
同时，还可在视频监控基点安装功放喇叭，把禁烧警示语输入系统，一旦监测到疑似或确认秸秆焚烧，则系统自动开启喊话系统，制止焚烧。

6. 环保大数据云平台

主要依托于大数据可视化分析模型进行建设，数据24小时全天侯实时，接收、保存，并通过图表等形式具象化显示、智能分析、智能告警提醒/管理，自动生成报表分析，集数据与视频于一体，实现污染溯源、趋势预测、火线预警等功能，充分贯彻总量管理、总量控制的原则，包含了环境管理信息系统的许多重要功能，充分满足各级环保部门环境信息网络的建设要求，政府部门可充分挖掘环境监测数据价值，打通环境监测、监管的通道，形成一套集监测、预警、指挥、执法、管理五位一体的环境监管模式，构建区域化高分辨率监测网络，实现大气环境精准化管理。切实为跨界各领域提供全方位的解决方案，为打赢污染防治攻坚战提供科学、真实数据决策依据。

6.1. 应用模块

6.1.1. 环境监测监控

构建“互联网+环保”理念，建设监测与监控一体化平台，实现污染源、水质、空气质量、噪声、土壤、恶臭等在线监测，同时结合“时”“空”“物”分析等技术手段进行污染源分析，为预测预警、执法指挥提供有利数据支撑。

6.1.2. 污染源监控监管

结合大数据分析模型，由点及面，网格化全面覆盖，刻画污染扩散轨迹，实现污染溯源，趋势预测，形成对污染源 企业的生命周期监管，掌握企业环境行为的详细情况，为污染源的监管提供科学的数据决策支持。

6.1.3. 环保综合应急指挥

建立现场应急业务数据库，以应急指挥和决策分析为基础，支持远程画面实时监控，云台控制界面，实现应急处理预案电子化、可视化、可控化界面，为应急指挥提供强有力支持。

6.1.4. AI智能烟火识别

本系统基于视频的实时森林智能识别系统，自主研发了智能识别算法，能同时识别烟、火目标，检测率高、误告率低。同时应用了传统的图像处理、模式识别技术外，还改进了目前流行的深度学习技术。

6.1.5. 双光谱结合检测 

采用可见过与红外热成像技术，系统检测时采用红外线热成像进行全面扫描，检测到疑似火情时，通过可见过图片进行二次识别，提升报警准确性与漏报等。

6.1.6. 检测区域全景拼接 

对森林烟火检测区域进行全景扫描，系统自动生成全景画面，全景画面与检测设备具有联动功能，在全景画面上点击某位置时，摄像机自动会转动到指定位置，同时画面也进行变化。

6.1.7. 生态环境综合展示

  势、达标率分析综合执法数据、环境数据排名数据等，促进多方资源共享，探索生态环境现况，直观展现生态环境质量的变化趋势，综合提高环境事件的预警能力。

6.1.8. 环境质量改善决策

基于环境数据中心资源，利用大数据挖掘、分析技术，实现环境质量智能化综合评价，支持环境形势综合研判、环境政策措施制定、环境风险预测预警、环境改善任务监督落实、提供生态环境综合治理能力，为环境质量决策提供
数据支持。

6.1.9. 信息发布

集成多种发布方式，加强相关监管部门与企业，公众间的交流，实现环境数据对外开放，为公众展现生态环境质量现况，满足日益多元化的公众对生态环境质量了解的需求，提供正负环境信息服务能力以及公众参与环保的意识。