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天津智易时代科技发展有限公司 | 某地秸秆焚烧在线监控建设工作方案计划书
智慧实现,更加容易!公司是由南开大学博士团队创办的专门从事软件开发、计算机系统集成的高科技公司。公司现有环保(大气水质土壤质量)监测网格化管理系统、智慧消防水源管理系统、智能一卡通等成熟产品,致力于物联网大数据平台的构建,为智慧城市建设贡献力量。
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某地秸秆焚烧在线监控建设工作方案计划书

04 六 某地秸秆焚烧在线监控建设工作方案计划书

某地秸秆焚烧在线监控建设工作

 

一、项目背景

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,其烟气中含有大量的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、光化学氧化剂和悬浮颗粒物等造成大气污染,且会在一定程度上加重雾霾的发生。不仅如此,各地区每到收获的季节因为焚烧秸秆而引发火灾的事情时有发生。为保护生态环境,防止秸秆焚烧污染,保障人体健康,维护公共安全,早在1999年环保部就发布了《秸秆禁烧和综合利用管理办法》,设立禁烧区的同时大力推广机械化秸秆还田、秸秆饲料开发、秸秆气化、秸秆微生物高温快速沤肥和秸秆工业原料开发等多种形式的综合利用。而如今政府每天都会用卫星监测秸秆焚烧情况,并对监测到的火点进行汇总发布,各地环保局也出台了相应的焚烧管理办法,对焚烧工作极为重视,每年夏秋季收获时节,环保部、农业部及各地政府都会投入大量的人力监控焚烧秸秆的情况。但秸秆焚烧现象仍然屡禁不止,每年的秸秆中仍有3亿多吨被当作废弃物直接焚烧或扔掉,给大气质量、生态环境、交通安全和火灾防护都造成了极大的危害。

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究其原因不过是以下几点:

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、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。

3、宣传力度不够,不能使民众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。

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。

二、项目依据

《秸秆焚烧和综合利用管理办法》环发〔1999〕98号

《关于进一步加强秸秆焚烧工作的通知》(环发〔2008〕22号)

《关于加强农作物秸秆综合利用和禁烧工作的通知》(发改环资〔2013〕930号)

《关于推进农作物秸秆综合利用和禁烧工作的意见》(发改环资〔2015〕2651号)

《关于全国秸秆综合利用和焚烧情况的通报》(发改办环资〔2014〕516号)

《关于印发大气污染防治行动计划的通知》(国发〔2013〕37号)

《关于严明纪律对作物秸秆禁烧实行问责的紧急通知》(潍办发〔2008〕22号)

《国务院办公厅关于加快推进农作物秸秆综合利用意见的通知》国办发〔2008〕105号

《视频安防监测系统技术要求》(GA/T367-01)

《报警图像信号有线传输装置》(GB/T6677-96)

《中华人民共和国环境保护法》

《中华人民共和国大气污染防治法》

《环境空气质量标准》(GB3095-2012)

三、项目概述

3.1系统概述

智易时代自主研发的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,通过内置烟火识别处理器的高清摄像头,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,在监测到火点后会自动报警并进行8个轮转的抓拍,实现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CO、CO2。将集成高技术数字式一氧化碳和二氧化碳传感器的烟雾监测设备置于下风口处,当“闻”到CO、CO2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,因此烟雾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。

其他可选功能——系统还可根据需求搭建微型空气站时刻监测环境质量,集成四气两尘、气象五参数等多种传感器,对颗粒物、CO、SO2、O3、风速风向、能见度、温湿度等环境信息及气象信息进行监测,不仅可以有效防止监测遗漏、监测失误等事件的发生,相关人员还可将每天监测到的各地区空气质量状况、环境污染等级进行公布,使民众切实体会到秸秆焚烧的危害,自主自发的停止肆意焚烧、随意丢弃秸秆的行为。

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。

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整套系统由感知层、传输层、平台层和应用层四部分组成。

其中,感知层由多个监测设备组成,用于对监测区域的“闻”、“看”以及“宣传”。对pm2.5、pm10、CO、CO2、NO2、O3等气体以及风速风向、温湿度、大气压和现场视频进行连续自动在线监测。(监测参数可根据实际需求自行选定)

传输层是采用有线、无线、3G、4G等方式把各个设备的监测数据及图像传送到中心平台。

平台层接收到来自感知层的实时数据及图像,利用大数据分析进行信息的处理和归集整理。

应用层,可以GIS方式直观、形象的实时显示各监测点位和整个区域的视频摄像、CO和CO2浓度、空气质量状况,并提供异常报警、区域空气质量变化趋势等多种服务。

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3.2建设目标

首先,利用目前应用广泛、效果佳的现代化监测、监控技术,对全省进行监测,在全省各县市所有乡村的禁烧区、农业用地区域及秸秆可能覆盖区域分别安装监测监控设备。其中烟雾监测设备和环境空气质量监测设备,主要安装在下风向处,时刻监测烟雾(CO、CO2)浓度的同时也对周围的环境情况进行监测;视频监控设备主要架设在信号塔上或视野空旷的区域,对直径4公里内的农田等地进行实时监控,以摄像机架设点为圆心,单个摄像机在没有遮挡的情况下,可以达到12平方公里的监控覆盖。

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然后,利用先进的大数据和云平台技术,对实时传输的烟雾(CO、CO2)浓度值和视频摄像进行全面监控,同时结合专业的空气质量模型,将采集的环境监测(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,对是否为火情进行及时、准确的研判,同时以防有监测失误、遗漏等问题的发生。

最后,在此基础上,科学、合理的制定不同区域的农田及秸秆可能覆盖点的执法人员安排,确保做到:确定火情并通知后,相关人员能第一时间奔赴现场进行处理,实现“及时发现,及时制止”的目标。

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3.3系统优势

  • 全天候全方位监控,足不出户实现轻松高效监管

通过互联网将视频输入至对应的网络视频监控平台,可使相关部门全天候24小时对全省各乡镇的情况进行监控。同时,可精确快速聚焦、变焦,24小时无死角巡航,如有可疑情况发生,可精确到事发地点,并可抓拍相关画面作为执法依据。

  • 提高运营效率,降低运营成本

变被动为主动,可实现数据采集的连续性、真实性、可存储性,改变传统的维护模式,用户足不出户就可实时获知前端设备的工作情况。通过故障实时监测、精确定位和报警提醒,为快速恢复系统运行提供了可靠的保障。克服传统的“手工”作业和采用“人海”战术的弊端,大大减少设备维护人员,大幅度降低了系统运维费用。

  • 优化管理流程,提高执行力

可实时监督、高效监管、强力宣传,提高了农民禁烧的自觉性,增强了监管力度。同时也极大地节省了人力物力,提高秸秆禁烧的工作效率。智能化管理系统的应用,实现了从粗放式管理到精细化管理的逐步过渡。

  • 提升管理形象,增强核心竞争力

传统管理方式对过程缺少详细的记录和分析,没有足够数据作支撑,得出结论比较片面,不易发现真正问题所在,执行结果也不容易进行监控。智能化管理系统采用图形化人机界面展示,同时对一些关键性数据进行大数据挖掘,从中得到一些规律,让所有工作都有法可依,结果有迹可寻。

 

四、数据管理平台

1、实时前端数据采集与显示;

2、专业GIS地理信息监控与管理,独立GIS引擎,兼容百度/谷歌地图;

3、多种报表功能,简化用户人工统计,优化工作流程,支持多层次地图显示及信息管理;

4、支持设备集中管理远程配置、升级;

5、支持多种终端和操作系统,满足客户移动办公要求;(Windows/IOS/Android);

6、支持系统级别分布式部署,媒体转发服务器可分布式部署,负载均衡。

 

五、平台软件

5.1系统登陆

输入网址,进入系统监测平台的登录界面,用户需要输入用户名和密码登录系统。

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5.2电子地图位置呈现功能

可结合电子地图确切的知道每个设备所在位置,通过点击电子地图上的设备图标就可以查看设备所带各项传感器采集的实时监测因子,包括颗粒物、气体参数、气象参数、视频等,双击视频播放界面可以实现放大或缩小,同时可叠加数据信息,方便用户直观查看区域内所有监测点的部署情况、环境质量状况以及秸秆焚烧情况。

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实时视频画面可查看现场实时状况,如下图所示:

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5.3监测因子图形展示

数据展示支持折线图、柱状图、表格等多种形式,展示的内容为各项监测因子浓度的实时与历史分钟值、小时值,方便用户查看时间段内各项监测因子变化趋势,同时可以进行监测点位之间的各项参数的对比分析,用户可以自主设定展示的时间区间,导出打印时支持选用JPG图片、PDF、EXCEL、WORD文档多种格式。

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5.4历史数据查询

系统提供历史数据查询功能,用户通过设置时间类型、站点、查询时间选项后,即可查看到所选择站点的历史数据信息,包括各项监测因子、数据更新时间等,查询结果支持选用EXCEL文档形式导出。

5.5站点管理

用户在此模块可以实现监测点位信息的增、改、查、删等基本操作,点位信息包括监测点位名称、地址、经纬度、站点ID、所在区域名称等内容,实现点位信息的动态管理,区域与编号为锁定状态,可自行配置名称、经纬度、排名、公开、掉线预警等选项。

5.6设备监控

系统可以实现实时监视在线监测仪器是否正常工作,数据上传是否正常,从而清楚设备的运行状况及运行进度,当前端数据采集设备或仪器出现故障时,系统自动提供报警信息方便站点负责人及时知晓,并采取相应的解决措施,保证系统的正常、稳定运行。

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5.7短信配置

此功能可以查看短信配置详情,添加条目可以新增加短信推送人员信息和发送内容,编辑选项可对接收短信用户推送内容进行管理操作,配置的信息内容包括预警信息、日报、状态预警、掉线预警,完成设置以后,列表中人员可以收到短信信息。

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5.8火情预警

在此功能中可分别设定视频监控和各类传感器监测范围/阈值:当视频监控到烟火,即通过烟火识别器识别出烟火后系统立即报警;同理,当烟雾监测设备监测到CO、CO2浓度出现异常波动,研判出现火情时,系统也会自动启动超标报警。此功能中分数据上下限与预警上下限,数据上下限为数据有效性判定标准值,超过界限的则被判定为无效。预警上下限为当监测因子不在设定值范围内一定时间之后,则会发送预警短信。

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5.9用户管理

对于不同的角色设置相应权限管理,一个角色关联了一套操作权限。系统共提供了三种操作权限。

系统用户:拥有系统的所有功能操作权限;

管理用户:拥有部分业务相关的功能操作权限;

普通用户:只能进行系统中相关内容的查询操作,实现不同级别操作人员对数据访问范围和数据读写性的严格控制,建立统一用户管理平台实现所有用户的身份管理,包括用户个人身份信息、角色信息、电子邮箱、个人账号和密码。

 

六、硬件设备

整套监测预警终端设备主要是以内置烟火识别器的摄像机、烟雾监测设备以及供用户根据需求自行选择的可集成颗粒物、气体(NO2、CO、O3等)、气象(风速风向、温湿度等)传感器的空气质量监测仪器,同时整合信息地理系统来实现秸秆焚烧综合监控,适宜于远距离大范围全天候监视。

6.1视频监控单元

关于视频监控模块,我司采用智能火情识别预警摄像头,本单元支持监测数据叠加至视频画面,使中心的监控系统能够实时监控图像信息与CO2等环境、气象监测数据,可实现定时图片和超标图片抓拍功能。

最大图像尺寸:640*512

有效像素:1920(H)X1080(V);

传输速度:300Mbps;

探测半径:0—8公里;

防护等级:IP66;

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视频摄像

视频监测单元中安装在立杆/高压杆塔上的高清球机,对所监测区域进行俯拍,同时可以360度旋转,也可以远程实施控镜拍摄角度和变焦倍数,并具有以下功能:

多级烟火检测,高效检测、减少误报;

温度异常报警,精确测温,支持1条线测温;

smart录像,支持断网续传功能保证录像不丢失;

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。

6.5.1对比分析

智能火情识别预警监控系统与其他监控系统对比表格如下:

项目 普通视频监控 热成像防火监控 智能火情识别预警(可见光) 智能火情识别预警(双光谱)
监控半径 0-0.2公里 0-8公里 0-8公里 0-8公里
图像分别率 大于1080P 小于640×480 大于1080P 大于1080P
烟雾识别 不可以 不可以
热成像技术无法分析烟雾
可以
图像对比识别
可以
双光谱分析,识别更准确
林火识别 不可以 可以
热成像识别
可以
图像分析识别
可以
热成像、图像分析双识别
自动报警 不可以 可以 可以 可以
火点定位 不可以 可以 可以 可以
误报率
只能发现可视范围内明火

图像识别专利技术
极低
双重判别,精度极高
漏报率
无法发现遮蔽火源

可通过烟雾及早发现火源
极低
成本 最低 较低
性价比 较高

 

6.2烟雾监测单元

烟雾监测设备主要用于对不完全燃烧时产生的CO、CO2进行监测,设备集成的这款数字式烟雾浓度识别传感器采用非分光红外吸收技术原理,可连续采集并计算单位体积内空气中的一氧化碳浓度和二氧化碳浓度,并以通用数字接口形式输出。

主要特性:

非分光红外吸收原理

双通道接收窗口

工业级精度

超小体积

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技术指标:

参数 指标
有效量程 400~3000ppm
最大量程 400~5000ppm
分辨率 1ppm
精度 ±(50ppm+5% of reading)
单次响应时间 < 3s
综合响应时间 ≤25s
预热时间 2min
直流供电电压 Typ:5.0V    Min:4.5V    Max:5.5V
工作电流 峰值400mA    平均40mA
数据接口电平 L<0.8@3.3V    H>2.7@3.3V
工作温度范围 0~50℃
工作湿度范围 0~85% 无凝结
储存温度范围 -40~+85℃
平均无故障时间 ≥3年
最大尺寸 31*20*11mm (不包括针脚长度)
针脚间距 2mm

 

6.3环境质量监测单元(可选)

智易时代推出的这款用于提供室外空气污染物实时、准确检测经济型产品,其成本比基于分析仪构建的传统型参考站低3~5倍。与市面上便宜的备选产品相比,可以给网格化平台提供强大的数据基础,而且能根据现场进行校准,确保其具有最佳的可追溯性。用户可根据自身需求对设备所测量的参数自定义。

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6.3.1气体监测单元

 

参数

气体传感器名称

一氧化碳 二氧化氮 二氧化硫 臭氧
检测气体 CO NO2 SO2 O3
产品型号 7NE/CO-200 7NE/NO2-1 7NE/SO2-1 7NE/O3-1
检测量程 0-200ppm 0-1ppm 0-1ppm 0-1ppm
电源输入 5.0VDC 5.0VDC 5.0VDC 5.0VDC
信号输出 0-5TTL 0-5TTL 0-5TTL 0-5TTL
采样精度 ±2%FS
重复性 ±1%FS
工作温度 -20~70℃
存贮温度 -40~70℃
工作电流 ≤50mA
响应时间 <30s
工作温度 10~95%RH(非凝结)

 

6.3.2颗粒物监测单元

设备使用激光散射法测量颗粒物浓度。用精密流量控制的真空泵吸入大气中的测试气体送至传感器测量组件。传感器测量组件是以GustavMie粒子光散射理论为基础,结合微光电探测技术而制作的一套完整的空气颗粒分布浓度测量系统。

测定原理 光散射原理(光学粒径切割,无需物理粒径切割器)
监测粒径 PM2.5, PM10
采样流量 1L/min
浓度范围 0-40 mg/m3
监测精度 1 ug/m3
重现性 ≤±2%
准确性 ≤±10%
采样周期 1分钟(1-999秒可设,)

 

工作温度 -5-50℃
存储温度 -20-50℃
气体采样流量 0-5L/min(电子调节)
粉尘采样流量 0-20L/min
采样方式 泵吸式

 

6.3.3气象监测单元

我司整套设备具备风速、风向、温度、湿度、大气压等环境参数的监测可供选择,为秸秆焚烧的预期研判及后期分析提供气象参数保障。

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风向传感器                          风速传感器

  风速 风向 温度 湿度 气压
测量范围 0~45m/s 0~360° -40~60℃ 0~100% 10~1100hPa
准确度 (0.3+0.03V)m/s ±3° ±0.5℃ ±3% ±0.3hPa
启动速度 ≤0.5m/s ≤0.5m/s ___ ___ ___
供电方式 DC12V DC12V DC12V DC12V DC12V
输出形式 RS485 RS485 RS485 RS485 RS485
仪器线长 标配5m 标配5m 标配0.5m 标配0.5m 标配0.5m
负载能力 电流型输出阻抗≤600Ω

电压型输出阻抗≥1KΩ

电流型输出阻抗≤250Ω

电压型输出阻抗≥1KΩ

___ ___ ___
工作环境 温度-40℃~50℃

湿度≤100%RH

温度-40℃~50℃

湿度≤100%RH

温度-40℃~120℃

湿度0%RH~100%RH

防护等级 IP45 IP45 IP65 IP65 IP65
线缆等级 额定电压300V

温度等级:80℃

额定电压300V

温度等级:80℃

___ ___ ___
产品功耗 50mW 5.5mW 0.4W 0.4W 0.4W

 

七、系统配置清单(参考)

序号 内容 数量 参考报价(单价/元) 备注
1 集中管理平台 1套 30万  
2 300万高清网络球型摄像机 ** 台 4800  
3 摄像机支架 ** 台    
4 烟雾监测设备 ** 台 8000 CO2、CO
3 微型空气站 ** 台 28000 四气两尘气象五参数(可选)
5 CVR存储系统 1台    
6 监控专用硬盘 企业级 4T **/4 台    
7 视频综合管理平台一体机 1台    
8 核心交换机 1台    
9 服务器 2台    
10 46寸液晶显示屏 9台    
11 功放喇叭 ** 个   可选
12 …… ……  
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