视频监控环境监测综合解决方案教材.docx
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视频监控环境监测综合解决方案教材
济南环境监测站远程视频监控系统
建设方案书
2015年5月
第一章概述
1.1项目背景
人类在创造了一个亘古未有的物质文明的同时几乎控制了所有的生态领域，可在这种快速“生产文明”的过程中,日益严重的污染与能源危机问题一样，正日渐成为人类威胁自身存在的隐患。
有经济学家指出“真正文明”的产出，应当是从生产量中扣除低于平均效率的能源浪费及污染等部分，否则速度越高则经济效益越低,这样的增长与发展将是一种不可持续的虚假繁荣。
环境问题已经成为我们经济能否可持续发展的首要问题，也是我们人类自身生存的首要问题，对环境的治理已刻不容缓。
如何获得环境治理情况信息，怎样知道环境的污染程度消息，如何得知重大污染事件并采取紧急措施，是环境监控的主要内容。
而环境监控又是环境治理的重要基础。
建设一个功能强大，科学合理的环保远程综合监控系统，为我们治理环境，监督环境状况，评价环境状况提供了有力的依据。
随着经济的发展，我国的污水、烟气、噪音和有害物等排放量已越来越大，已造成地表水和人们生活环境的严重污染，环境和空气质量呈现不断恶化趋势，目前全国各地对污染源和排污河渠的水质监测和环保监测仍停留在手工、人工监测阶段，时间覆盖率低，样品缺乏科学性、广泛新和代表性，难以反映企业及城市环保整体连续变化的情况。
国家及各省市地区日趋重视生态环境的保护，在水资源和各种污染源监管、监测污染方面不断加强治理，但因为环境保护意识的淡薄及部分地区区域利益的驱使等诸多因素，随意偷排污水、气体和非达标排污，造成环境严重污染的情况时有发生，因此在环境监测监管方面也要加大投入，提供一个有效的实用的先进的监控系统和解决方法，对加强环境监测力度显得极为迫切，建立环保远程监测和视频监控系统，提高环保监测能力，势在必行。
1.2建设目标
本项目将建设济南市区境内的重点污染源企业在线自动监测系统，结合成熟的网络视频技术，建成一个数据采集和视频监控相结合的重点污染源综合在心检测系统。
建成一个技术先进、性能完善、安全可靠、运行高效的环境信息管理体系，形成集网络建设、应用集成、数据共享和信息服务于一体的综合信息系统，实现环境保护资源的有机整合，提高环境信息资源的开发和利用水平，实现环境保护管理业务流程的重组和优化，提高环境综合管理的工作效率，加快环境信息化建设的步伐和环境管理工作的进程，为环境决策和环境管理提供技术支持和技术服务。
**县重点污染源企业在线监测系统包括污染源数据监测（重点污染源废水排污口、重点污染源废水无组织排放严重的部位、污染严重的重点工业园区、工业废水集中排放入河口）、环保视频监控和环保设备监控（防盗告警）。
同时可以支持远程手机视频浏览，和手机动点摄像机控制。
污染源数据监测和环保视频监控的整合
前端排污、排废监控点配置专业的红外高速球型摄像机，定点红外摄像机，可以对相应的污水、废水排污口和废气排放口进行清晰地视频监控，即时是夜间也能清晰看清排污、排废口的状态；在前端站房内安装红外半球摄像机，监视门窗等区域，放置环保设备被盗，防止财务损失。
同时可以通过网络视频服务的透明通道传输数采仪所采集到的环保数据，对水质PH、COD、氨氮等数值和视频信号进行编码传输，传输至环保局监控中心，对污水、废水的指标进行监测的同时，对前端的排污口情况和环保设备的运行情况进行视频监控，配合着视频移动报警和三鉴探测器防盗报警、烟感消防报警等功能，无缝集成污染源数据检测系统和综合视频监控系统，在前端站房真正做到环保在线监测系统与视频安防系统的整合应用，有效降低整个系统的成本。
手机实时监测系统
通过手机，通过手机的通讯网络，在任何地点、任何时间都可以通过手机显示实时数据、实时报警、数据曲线、历史数据查询、环保应急处理照片资料上传及下载、常用法规查询、短消息传输等功能。
通过专业的视频监控软件，在手机上可以实时方便的浏览控制前端的视频图像，可以使用手机对前端云台、快球进行远程控制，实时掌握污染源的图像信息资料。
提升企业和环保局的污染源在线检测系统的技术含量和管理层次，提升了企业的管理档次。
清晰的视频图像
监控点的选择，首先摄像机安装在排污口附近，要求视野宽、无障碍、监控面大，能清晰地看到废水、污水的排放状态，尽量少设监控点，可以考虑使用带云台的红外摄像机，或者红外高速球，不但可以快速旋转到排污口，更可以控制镜头变倍以得到更加清晰细微的图像。
如检测范围比较固定，比较小，可以选择高线定点摄像机进行定点监控，污水处理的进口和出口都设置摄像机，一般在一个排污口设置1~2个定点摄像机即可得到清晰的视频图像。
室内半球摄像机选择支持宽动态摄像机，清晰的监控室内设备运行与门窗的出入情况。
全天候监控（夜视）
监控点要全天候24小时工作，这就需要选择摄像机时应选用专业夜视红外高速球型摄像机、红外云台、红外一体化摄像机、红外半球；并且在夜间能看清人物活动、废水、污水的排放情况；为了减少远距离图像的抖动，摄像机的安装也要确保牢固稳定。
有线和无线传输相结合
由于环境监控自身的特点，传输方式可能采用电信专网有线、无线局域网（WLAN）、3G网络等网络链路方式。
因此考虑有线传输方式和无线传输方式相结合，对于布线困难得地方采用无线局域网方式。
无线传输方式施工方便，图像实时传输、清晰。
普通供电与风光互补（可选）
供电系统是环保远程综合监控系统重点，它的性能优劣将直接决定环保监控前端系统的成败。
采用普通供电和风光互补相结合的方式，对于偏远地区的监控点要选择专业的风光互补公司的产品，供电系统能保证在阴雨天，能给每一个监控点的前端所有设备提供24小时的电力。
避雷接地安全可靠
环保远程综合监控系统前端的避雷与接地至关重要，前端设备的避雷与接地直接影响整个工程的安全性和可靠性，忽视了避雷与接地将会给用户带来巨大的损失，避雷原则是所有设备都要安装在避雷针的保护范围之内，接地电阻不大于10欧姆。
排污口等地工作环境恶劣，每台摄像机都需要进行三合一防雷建设，避免电磁、静电感应引起的信号干扰，保证监控效果。
第二章系统方案设计
2.1项目背景
根据总局减排工作“三大体系”项目建设指导思想进行设计。
污染源监控系统主要是针对一些排污单位、排污点或流域等进行数据分析或视频的实时监控。
该系统有三个子系统，分别是：
污染源在线监控系统、环保视频监控系统、手机远程浏览系统（有机整合）。
在监控前端的现场设置摄像机对重点区域进行实时监控，将监控视频信号和环保数据信号通过网络视频服务器、环保数采仪传输汇聚到环保监控专网中。
通过环保远程综合管理平台软件集中统一管理、显示、录像存储等。
**县环保监控中心建设数据与视频监控平台。
该县污染源在线图像在监控中心内部可以实现实时监控、显示、存储，同时上传到市、省环保局监控中心，省环保监控中心可以监控全省所有监控点状况。
各区县监控中心根据权限划分，可以对其辖区内的排污企业、污染源等实时监控。
同时前端重点污染源废水、污水排污口，污染严重的重点企业的监测数据传输到各环保监控中心并实时准确的显示、存储。
2.2建设原则
依据污染源在线监控系统项目建设实施“一体化”规划、设计原则，在这一原则指导下，监控中心的建设过程中应采用“技术先进、统筹设计、分步实施、技术适度、有限目标、集中管理”的指导思想。
在此基础上制定相应的建设原则。
•●采用先进的、成熟的、有发展前途的技术原则
•●统一规划，大系统、总集成原则
•●打破各子系统、不同专业技术的限制，资源共享原则
•●轻重缓急、分步实施原则
•●集中管理、分散控制原则
2.3建设的必要性
•●加强对重点污染源监管的需要
•●加强环境监管、提高环境保护执行力的要求
•●全面掌握污染源信息，实时监控企业环境违法行为的需要
•●建立环境安全危机应急体系，保障环境安全的需要
•●环保部门面向公众，服务社会的要求
•●提升重点污染企业的社会责任感，提升企业科学管理水平，保持持续发展
2.4设计指导思想
系统设计坚持“技术先进、使用方便、经济合理、超前考虑”的原则，系统具有先进性、实用性、规范性、可靠性、开放性，同时为了保证整个系统稳定可靠，具备良好的整体升级、扩展能力和方便维护，系统具有良好的升级、扩展能力，符合网络优化配置和业务拓展的需要，系统设备选型在符合系统功能要求的前提下，综合的考虑了性能指标、规格统一性及性能价格比。
本着认真贯彻《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》中“要完善环境监测网络，建设‘金环工程’，实现‘数字环保’，加快环境与核安全信息系统建设，实行信息资源共享机制”的精神，以国家环保总局、省环保局环境信息化建设“十一五”发展规划为指导，推进实施数字环保工程建设项目。
2.5设计原则
水质自动监测系统具有自动取样、自动分析、自动传输数据等功能。
建设要求的基本原则是：
实用稳定可靠
系统设计及建设应首先考虑实用可靠性。
易于掌握、操作、管理、维护。
根据自动监测仪器的要求，配备稳定可靠的采样、前处理、测试仪器等设备。
开放可扩充
为了适应未来环境监测的需要，在整个系统设计及建设上，应采用开放式的体系结构，使系统易于扩充。
符合标准
硬件设备、软件功能应该符合国家标准和国家环保行业标准要求。
安全
系统的安全可靠是整个系统建设的基础。
站房建设及其内部的硬件设备应达到相关安全标准。
经济
在确保技术先进、可靠的基础上，应以经济合理的价格构建并运行污水自动监测系统，能以较低的成本、较少的人员投入来维持系统运转，提供高效能与高效益。
自动仪表需求及技术要求
●所选仪器通过质量技术监督局、国家环保局质量检测中心的认定。
●仪器的分析方法符合国家、行业标准；
●自动仪器的技术指标符合国家环境部门的技术要求。
●所有自动仪器具有RS232或RS485接口，通信协议公开。
●所有电气设备的电磁辐射符合国家标准。
●周期性分析测试仪器的样品测试频率不低于24次/日。
2.6系统结构
系统解决方案设计图：
**县重点污染源在线监测系统整体示意图：
**县重点污染源在线监测系统视频监控系统示意图：
除了通过有线专网传输视频到环保监控中心外，还可以通过手机，通过电信通讯网络，在任何地点、任何时间通过手机显示实时数据、实时报警、数据曲线、历史数据查询，在手机上可以实时方便的浏览前端的视频图像和控制云台，实时掌握污染源的一手图像信息资料。
视频画面、多台视频服务器选择：
手机视频监控画面，支持多视频列表，主副码流选择，适用不同网络环境，支持单帧视频叠加环保数据；另外支持3D控制，方便快速云台操作，迅速到达所需监控位置。
2.7平台建设
为实现**县重点污染源在线监测系统建设，在县、市环保局进行环保数据与视频平台系统建设。
系统软件构成如下图显示：
2.7.1监控终端实现功能
●远程浏览：
操作员可直接对目录树进行操作即可调出远端排污口图像和环境数据，并可根据权限设置调整前端的云台镜头、手动录像、检索录像资料；
●远程配置：
监控终端利用远程配置软件，对前端各个监控点进行远程配置，并可连接管理服务器数据库，对监控系统内用户进行配置操作；
●远程控制：
监控终端可直接控制前端云台镜头，并可对前端设备进行远程设置操作；
●3D定位控制。
前端控制设备支持3D定位功能，控制协议为TIANDY协议，可以使用3D定位功能。
使用3D定位功能的方法是：
用触摸笔在手机的播放画面上拉伸一个矩形，如图
●方法：
从左向右拉伸，表示放大显示该区域；从右向左拉伸，表示缩小该区域。
●图像显示：
在监控指挥中心配置6台50寸DPL，形成2*3的监控中心电视墙。
前端所有视频图像就可以实时、清晰的显示。
同时所有的环境监测数据可以实时地显示到大屏幕上，并且以波形图，曲线、柱状图等形式形象直观的显示。
●客户端主要实现前端污水、废水排放的视频监看以及污染源数据实时监测相关功能，分为CS/BS两部分
2.7.2管理服务器实现功能
管理服务器负责整个环保监控系统所有硬件设备配置信息及所有用户注册信息的管理、智能虚拟巡检员、网络优化等以下几项功能。
●硬件设备配置信息的管理：
由服务器对报警设备和视频处理设备等各项硬件进行注册，分类管理。
●系统用户的管理：
监控系统的所有用户由服务器统一注册并进行管理，用户的注册包括用户名和密码的分配；用户的管理包括用户的登陆系统验证，用户权限的分配，用户的注销，系统并根据用户权限的不同等级设立优先权。
●云镜分级控制：
用户控制远程云台镜头命令通过管理服务器进行认证，每个用户都有相应的云镜控制权限，当高级别用户控制远程云台镜头时，将对低级别用户锁定云镜控制功能，只有到高级别用户控制完成后，才对低级别用户开放云镜控制权限，这样有效的避免了多用户同时控制云台时发生的抢占资源的问题；
●各个地市监控中心有各自的管理服务器，管理服务器上只设置自己所辖监控系统的硬件信息和用户信息，避免了地市用户之间的非法访问。
集中管理服务器又分为业务管理、用户管理和设备管理三大部分。
业务管理：
实现MSU、业务类型、目录服务器等模块的管理。
用户管理：
实现用户的管理功能，包括监控用户的开户、销户和统计等。
PU管理：
实现前端PU设备的添加、修改、删除和统计等功能。
2.7.3网络基础平台
网络基础平台是数字环保工程的中枢神经,是环保数字信息与市政府环保局交互的高速公路,是其他三个平台的物理基础平台。
所有的应用系统都将建立在该平台之上。
网络基础平台建设，主要内容包括内网建设、专用网络建设、互联网络建设。
下面分四点来描述它们：
★规划整个环保数字专用网络平台，为下一步实现与省局、市环保局的互通互联做好规划，并根据实际资金情况分阶段逐步实施，以避免重复建设和资源浪费；
★组建电讯运营网络建设虚拟专用网以实现以下功能：
监测的对象包括大气、水质、污染源监测设备的实施数据实时传输到环境信息中心的数据库中。
由于被监控对象分布面广，因此规划采用CDMA网络进行数据传输与监控，无线网络建设具有投资少，效果好等特点。
可通过电讯运营网络方式访问环保信息管理系统，进行相关的数据查询，视频浏览，云台控制，实现管理手段和管理方式上的创新。
以实现更多的扩展功能。
2.7.4应用支撑平台
应用支撑平台（环保信息数据中心）是信息的汇集、处理和交互中心。
所有与数字环保有关的信息，都将汇总到该平台之上,对数据进行处理和存储。
应用支撑平台的建设是对环境信息资源进行有机的整合，包括集成相关的业务数据，实现数据信息的共享和访问，为业务应用平台提供基础的数据支撑作用。
主要可以分为操作平台层和应用平台层。
操作平台主要包括操作系统（如WINDOWS操作系统），地理信息系统（如ARCGIS），数据库系统（如SQLServer数据库），应用平台层主要包括各种工作流引擎，业务相关数据库等。
业务支撑平台建设的核心是环境信息数据中心。
中心数据库由业务数据库和监测数据库组成。
为了在保证数据库访问的开放性和标准性的前提下，满足系统数据访问，数据处理的及时响应性，数据库子系统由商用数据库和自行开发的实时数据库两部分组成。
商用数据库采用目前国际上流行的、支持SQL访问的关系数据库Oracle或SQLServer,历史数据存储，数据库模式建立，以及对外部系统的访问接口。
Oracle或SQLServer数据库具有广泛的应用经验，处理速度快，安全性高，保存容量大。
实时数据库常驻系统主机内存，支持数据的快速访问和处理；支持CLIENT/SERVER模式SQL访问。
监测数据库：
通过在线监测监控网络实现对污染源在线监测数据（包括废水、废气等）；环境质量监测数据（空气、地面水、地下水、）的汇总。
2.7.5业务应用平台
业务应用平台是整个数字环保的信息综合应用和展示平台.该平台对内将是所有科室和部门的日常业务工作平台,对外与现有网站进行整合后,将成为环保局电子政务的平台,实现各部门及企业与县环保局进行信息交互,是环保对外工作的窗口。
业务应用平台主要包括：
数字环保信息门户系统、地理信息系统、自动监测监控系统。
2.7.5.1环境监测监控信息管理子系统
环境质量与污染源监测监控系统集数据采集，传输，存储，查询，应用为一体，以地理信息系统为基础，以计算机网络为支撑，以自动监控为重点，是在线监测监控信息采集传输，存储和应用的系统平台，可实现全市环境质量自动监测和污染源在线监测信息的网络化和可视化。
环境质量与污染源监测监控系统的组成与主要功能：
★建立数据采集，传输标准体系和数据库管理标准体系
★整合已建，规范在建及待建的大气，水质自动监测站和污染源在线监测数据的采集，实现统一的，标准的信息采集方式；实现监测数据的实时监控，自动报警和对现场自动监测仪器设备运行状况的监控（实现监视和监控双重功能）。
2.7.3.2软件信息平台集成
为能够达到用户的需求，使系统设计先进、统计性能强大、数据安全保密、操作简便、界面友好，在实用为主的前提下，能够使功能足够强大。
本系统的设计在充分依据环保局和监测站的业务流程和技术特点的基础上，以分子系统分模块的方式来设计环境监测监控系统，其各个子系统相互独立，既能够整体使用又能够单独运行。
2.7.3.3地理信息系统
环境地理信息系统是在计算机软硬件技术支持下采集、存储、管理、检索和综合分析各种地理空间信息，以多种形式输出数据或图形的计算机系统。
它是整个数字环保工程的一个应用平台，系统的其他应用模块都建立在地理信息系统的基础之上。
系统提供基于网络平台（B/S架构）的地理信息系统，可形象直观地显示地图，能对地图进行放大缩小测距等操作，能在数字地图上显示监测的污染源大气质量监测点噪声监测点河流断面监测点视频监测点的位置，实时显示点位信息（如企业名称、地址、监测指标、联系人、排污控制总量）和监测的数据结果，并能实时显示动态视频画面。
能进行信息查询、统计、可以生成各种统计报表，地图资料等，并可打印输出。
2.7.3.7无线数据采集系统
数据传输系统采用无线数据采集传输装置。
系统通过它将本地的数据实时的正确的传输一个或多个接收地点。
环境监测测控数据采集装置将下端数据通过CDMA网络传至环保局监控中心，实现对水质自动站的自动监测监控（如图）
2.7.4信息服务平台
信息服务平台是该市环保信息数据对外发布和交互的窗口，主要包括对外网站信息的发布，对外提供环境信息服务，本期可以重点考虑：
★将内部办公网数字环保信息门户平台中可对公众发布的内容与外部网站结合，实现内外信息共享。
★将建设项目审批等业务系统与网站结合，企业可以直接从网上提交相关业务资料，并能从网站上及时了解审批的进展情况，实现真正意义的电子政务系统。
2.7.5短信报警系统
短信报警子系统，作为辅助报警系统，能够弥补当监控中心值班人员不在或者出现疏漏时，确保将前端监测点的数据警情及时有效的发送给值班人员和相关职能领导。
手机短信发送报警时产生的文本信息，发送的内容可以根据项目实际情况进行编辑，考虑到运营商的网络和费用问题，同一类型的报警发送的次数和时间间隔，可以根据各个现场的不同需求进行调整。
短信报警子系统，能够同音视频监控，污水重要数据进行无缝集成，一旦视频丢失、数据超过预先设置好的警戒，则短信猫发出文本信息远程提醒，然后使用电信CDMA-天翼3G手机进行视频浏览和紧急情况处理。
短信报警子系统具体功能：
●当音视频监控子系统发生移动侦测和视频丢失时，根据实际情况选择，联动短信发送给值班人员或相关职能领导。
●当水质数据出现异常时，根据实际情况选择，联动短信发送给值班人员或相关职能领导。
●当系统警情消失时联动手机短信，发送给值班人员或相关职能领导。
●支持16个短信组设置，每个短信组支持20个电话号码。
●每种子系统报警联动可以设置不同的短信组，实现不同的报警信息发给不同的管理人员，做到专人专管。
第三章设备选型
3.1UV水质COD在线监测仪
工作原理：
测量原理是基于紫外吸收法。
流通池中的水路被氙灯的紫外光照射。
紫外光的某些组份通过流通池而被吸收，从而检测和分析出来。
然后，根据比尔-朗伯（BeerLambert）定律，以不饱和有机分子在UV254nm处的吸收为基础，测量出这种光的吸收量。
光源发出的紫外光通过滤光片分别检测出254nm和350nm的紫外光，采用双波长分光光度计作为参比波长，并且由光电二极管检测出光强度，检测出的信号通过放大器送到微处理器；350nm的光强度用于补偿浊度的影响，最后经过计算输出测量结果
UV法技术有效地克服了传统Cr法的缺陷：
仪器结构简单，整个过程不用试剂，无需加热，所以可实现对COD的连续、快速、稳定的测量，而且无二次污染。
功能特点：
彩色触摸屏界面：
人性化彩色触摸屏界面，既可直观显示测量结果，又可显示历史纪录、曲线及各部件的状态，简便直观，便于操作
氙灯光源：
采用紫外氙灯光源，使用寿命长，寿命可达10年
测量迅速:
3-5分钟即可读数，可实现连续快速监测
自动清洗:
采用5%的稀硫酸清洗液，可设置清洗间隔
自动校准:
仪器具备自动校准功能，可设置校准间隔
操作简便:
单个电路板设计，使调试和检修极为方便
运行成本低:
无需专人维护，无需添加试剂
主要技术参数：
量程：
最低0-200mg/lCOD
最高0-2000mg/lCOD（其它量程范围可选）
重复性：
≤±2%
准确度：
±3%F·S
零点漂移：
≤±2%F·S/24h
量程漂移：
≤±2%F·S/24h
线性误差：
≤±5%F·S
输出：
4-20mA，
通讯接口：
RS232
功率：
<200W
体积：
550x390x250mm（高x宽x厚）
重量：
约15kg
适应性指标：
环境温度：
0~50℃
相对湿度：
≤90%
电源电压：
AC220±15%
电源频率：
50~60Hz
试样温度：
0~80℃，不能结冰
3.2在线氨氮水质自动分析仪
分析原理
纳氏试剂比色法（国标方法）：
定量的水样与试剂A混合将溶液中的游离氨（NH4+）转化成氨气（NH3）后将其溶解在试剂B中，试剂B的颜色将发生变化，仪器用光电比色法测量后转化被测水样的NH3-N的浓度值。
特点
●脉冲光源，抗干扰能力强；
●水样无需加化学试剂处理，只需简单过滤；
●仪器结构简单，操作简便，维护量较小；
●试剂费用少，仪器使用成本低。
主要技术参数
测量范围：
0~6mg/L，0~30mg/L,0~300mg/L,0~600mg/L,0~1000mg/L
重要性：
≤±10%
示值误差：
≤±10%F.S
零点漂移：
≤±10%F.S/24h
量程漂移：
≤±10%F.S/24h
MTBF:
≥720h/次
电压波动稳动性：
≤±5%F.S
预热时间：
≤60min
校正：
自动/手动（氯化铵标准溶液校正）
显示：
LCD彩屏
信号输出：
A.NH3-N浓度值：
✧4∽20mA输出（最大负载600Ω）
✧RS232输出
A.仪器当前流程输出
B.仪器当前状态输出
C.量程输出
信号输出（无源接点输入）
A.立即启动清洗信号
B.立即启动测量信号
C.立即启动校正信号
D.立即启动下线信号
E.水样液位信号
工作环境条件：
环境温度：
10～30℃
相对湿度：
≤90%
供电电源：
220VAC±10%;50HZ±10%
平均功耗：
≤105W
外形尺寸：
1700（高）×600（宽）×600（深）mm
重量：
约65kg
3.3在线PH计
pH是水质
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