秸稈焚燒作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品處理方式，長(zhǎng)期以來是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的治理難點(diǎn)。露天焚燒不僅會(huì)造成重大大氣污染隱患，還極易引發(fā)火災(zāi)，危害群眾生命及財(cái)產(chǎn)安全。傳統(tǒng)的秸稈焚燒監(jiān)控主要依賴人工巡查，這種方式存在效率低下、覆蓋面有限、反應(yīng)滯后等弊端。尤其在夜間或惡劣天氣條件下，人工監(jiān)控幾乎無法有效開展工作，導(dǎo)致焚燒行為發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、處置延誤等問題頻發(fā)。
隨著現(xiàn)代監(jiān)控技術(shù)的飛速發(fā)展，秸稈焚燒監(jiān)控工作迎來了技術(shù)革新的契機(jī)。雙光譜成像技術(shù)與遠(yuǎn)距離熱成像監(jiān)控的結(jié)合，為解決傳統(tǒng)監(jiān)控的痛點(diǎn)提供了全新思路。這種技術(shù)組合能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，克服光線、天氣等環(huán)境限制，將監(jiān)控半徑擴(kuò)展至三公里范圍，大大提升了監(jiān)控效率和精準(zhǔn)度。從芒市的實(shí)際應(yīng)用來看，通過建設(shè)秸稈禁燒數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，2024年發(fā)現(xiàn)的違規(guī)焚燒秸稈事件較2023年同期減少了72.4%，火點(diǎn)告警數(shù)量下降了56.1%，成效顯著。
當(dāng)前，全國(guó)各地生態(tài)環(huán)境管理部門正積極爭(zhēng)取專項(xiàng)資金，與專業(yè)監(jiān)控設(shè)備廠商合作，在秸稈焚燒高發(fā)區(qū)域布設(shè)多個(gè)高空監(jiān)控點(diǎn)。如灌云縣已接入74路鐵塔監(jiān)控視頻和177路"國(guó)土衛(wèi)士"監(jiān)控視頻，構(gòu)建起地面加空中的立體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。鳳臺(tái)縣生態(tài)環(huán)境分局則通過引入秸稈禁燒電子屏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，構(gòu)建了"實(shí)時(shí)監(jiān)控+智能預(yù)警+快速處置"的數(shù)字化監(jiān)管體系，推動(dòng)秸稈禁燒監(jiān)管從"人防為主"向"技防支撐"全面升級(jí)。這些實(shí)踐表明，技術(shù)革新正在深刻改變秸稈焚燒監(jiān)控的工作模式與效能。
雙光譜攝像機(jī)的技術(shù)原理與監(jiān)控優(yōu)勢(shì)
雙光譜攝像機(jī)作為當(dāng)前秸稈焚燒監(jiān)控的核心技術(shù)裝備，其卓越性能源于創(chuàng)新的成像原理與精密的光學(xué)設(shè)計(jì)。這種攝像機(jī)集成了紅外熱成像傳感器和可見光傳感器，能夠同步捕捉目標(biāo)物體的熱輻射信息和可見光信息，形成互補(bǔ)的雙重監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流。在白天光線充足時(shí)，可見光傳感器可提供高清晰度的彩色圖像，分辨率可達(dá)200萬至800萬像素；而在夜間或光線不足的情況下，紅外傳感器通過檢測(cè)物體自身發(fā)出的熱輻射生成熱成像畫面，不受環(huán)境光照條件限制。這種雙模式協(xié)同工作的特性，確保了攝像機(jī)在全天候條件下都能輸出穩(wěn)定可靠的監(jiān)控畫面。
雙光譜攝像機(jī)在秸稈焚燒監(jiān)控中展現(xiàn)出多重技術(shù)優(yōu)勢(shì)。其環(huán)境適應(yīng)性極為突出，利用遠(yuǎn)紅外特性，即使在全黑、雨、雪、霧、煙塵環(huán)境下都可以有效成像。熱成像技術(shù)基于3-5微米和8-14微米的紅外線"大氣窗口"，能夠穿透?jìng)鹘y(tǒng)可見光難以克服的大氣干擾，保證監(jiān)控畫面的清晰度和穩(wěn)定性。同時(shí)，雙光譜攝像機(jī)普遍具備高防護(hù)等級(jí)，如IP67防護(hù)等級(jí)的全密封結(jié)構(gòu)，表面抗氧化防鹽霧噴涂，使其能夠在高溫、低溫、潮濕等惡劣戶外環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。灌云縣采用的系統(tǒng)就充分證明了這一點(diǎn)，即使在夜間也能通過熱成像技術(shù)和AI算法準(zhǔn)確識(shí)別秸稈焚燒火點(diǎn)和煙霧。
智能識(shí)別與預(yù)警能力是雙光譜攝像機(jī)的另一大技術(shù)亮點(diǎn)?，F(xiàn)代雙光譜攝像機(jī)集成了深度學(xué)習(xí)算法，能夠?qū)ΡO(jiān)控畫面中的煙火進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和分析。通過可見光與熱成像雙模式識(shí)別，攝像機(jī)可以顯著提高煙火識(shí)別的準(zhǔn)確率，降低誤報(bào)率。華瑞通公司的HRC-P6500系列產(chǎn)品就內(nèi)置了智能探測(cè)識(shí)別預(yù)警模塊，可實(shí)時(shí)進(jìn)行圖像處理和測(cè)溫運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)3公里至10公里范圍內(nèi)的晝夜監(jiān)控。鳳臺(tái)縣的實(shí)踐表明，這種智能系統(tǒng)能夠24小時(shí)自動(dòng)識(shí)別火點(diǎn)、煙霧等異常情況，電子屏實(shí)時(shí)顯示火點(diǎn)坐標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)畫面，同步推送處置指令，形成從監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)場(chǎng)處置的閉環(huán)管理。相較于傳統(tǒng)人工巡查，智能視頻監(jiān)控將火情識(shí)別準(zhǔn)確率提升至95%以上，誤報(bào)率降低70%，大幅提高了監(jiān)控效率和響應(yīng)速度。
三公里熱成像的技術(shù)突破與應(yīng)用實(shí)效
遠(yuǎn)距離熱成像技術(shù)作為雙光譜監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，近年來在監(jiān)測(cè)距離和精度方面取得了顯著突破?，F(xiàn)代熱成像攝像機(jī)采用高性能的非制冷焦平面探測(cè)器，如氧化釩(VOx)或非晶硅材料，熱靈敏度(NETD)可達(dá)到<60mK的高水平，能夠辨識(shí)0.05℃的微小溫差。這種高靈敏度使攝像機(jī)能夠準(zhǔn)確捕捉三公里外目標(biāo)物體的熱輻射信息，為遠(yuǎn)距離溫度監(jiān)測(cè)提供可靠數(shù)據(jù)支持。在分辨率方面，高端熱成像模組已支持384×288至1280×1024像素的分辨率，確保遠(yuǎn)距離監(jiān)控畫面的清晰度和細(xì)節(jié)表現(xiàn)力。芒市秸稈禁燒系統(tǒng)的成功實(shí)踐表明，這種高精度熱成像技術(shù)與高清可見光攝像機(jī)的結(jié)合，能夠精準(zhǔn)識(shí)別焚燒秸稈位置，極大地提高了發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)煙點(diǎn)的效率。
三公里熱成像監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)還依賴于先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)和云臺(tái)控制技術(shù)。為覆蓋三公里監(jiān)控半徑，攝像機(jī)通常配備不低于200mm的長(zhǎng)焦鏡頭，而對(duì)于熱成像攝像頭，為保證監(jiān)控效果，減少煙火的誤報(bào)率和漏報(bào)率，300mm或更高倍率的長(zhǎng)焦鏡頭更為理想。高精度云臺(tái)系統(tǒng)則賦予攝像機(jī)廣闊的監(jiān)控視野，支持水平360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)和垂直-40°至+90°的傾斜范圍，可設(shè)置多達(dá)256個(gè)預(yù)置位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航、線掃、巡跡等多種掃描模式。華瑞通公司的產(chǎn)品就采用了360度全方位重載變速云臺(tái)，集成熱成像與可見光聯(lián)動(dòng)控制模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)3公里至10公里以上的晝夜監(jiān)控。這種全方位的監(jiān)控能力，確保了秸稈焚燒監(jiān)控?zé)o死角、無盲區(qū)，大大提升了監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)用性。
在實(shí)際部署方面，三公里熱成像監(jiān)控系統(tǒng)需要考慮鐵塔高度和安裝位置的優(yōu)化選擇。根據(jù)森林防火監(jiān)控的經(jīng)驗(yàn)，攝像頭安裝在高于樹木3到5米高度的鐵塔上會(huì)獲得更佳的效果。鐵塔高度需綜合考慮攝像頭安裝位置、視角要求和周圍環(huán)境地形等因素，既要確保能夠無遮擋地覆蓋目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域，又要避免視角過大導(dǎo)致目標(biāo)識(shí)別困難。灌云縣的案例顯示，通過在高空鐵塔上安裝360度旋轉(zhuǎn)專業(yè)高清攝像頭，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)全天候、全方位、無死角的實(shí)時(shí)監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)部署采取"前端+平臺(tái)"的扁平化架構(gòu)，利用專用傳輸通道進(jìn)行數(shù)據(jù)回傳到大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，通過自動(dòng)巡航、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)告警，提高了發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)煙點(diǎn)的及時(shí)性，實(shí)現(xiàn)露天焚燒火點(diǎn)"第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)、第一時(shí)間處置"。
技術(shù)融合如何重塑秸稈焚燒監(jiān)控體系
雙光譜攝像機(jī)與三公里熱成像技術(shù)的融合應(yīng)用，正在從多個(gè)維度重塑秸稈焚燒監(jiān)控體系，推動(dòng)監(jiān)控模式從傳統(tǒng)向智能化、精準(zhǔn)化方向轉(zhuǎn)型。這種轉(zhuǎn)型不僅體現(xiàn)在技術(shù)層面，更深刻地改變了整個(gè)監(jiān)控工作的組織方式和運(yùn)行機(jī)制。秸稈禁燒數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的建立，標(biāo)志著監(jiān)控工作已從單純依靠人力向"技防為主、人防為輔"的新型模式轉(zhuǎn)變。芒市的實(shí)踐表明，這種轉(zhuǎn)變能夠大幅節(jié)省人力、物力和財(cái)力投入，同時(shí)顯著提升監(jiān)控效率和覆蓋面。通過科技手段改變以往的人工巡查模式，對(duì)秸稈焚燒重點(diǎn)區(qū)域?qū)嵭?4小時(shí)監(jiān)管，解決了傳統(tǒng)監(jiān)控方式難以克服的時(shí)間和空間限制，真正實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控?zé)o死角、無間斷。
智能預(yù)警與快速響應(yīng)機(jī)制的建立是技術(shù)融合帶來的另一重要變革?，F(xiàn)代秸稈焚燒監(jiān)控系統(tǒng)通過AI圖像識(shí)別和紅外熱感監(jiān)測(cè)技術(shù)，可自動(dòng)識(shí)別火點(diǎn)、煙霧等異常情況，并實(shí)時(shí)生成告警信息。灌云縣的系統(tǒng)在發(fā)出警報(bào)后，監(jiān)控點(diǎn)位和現(xiàn)場(chǎng)煙霧圖片會(huì)立即發(fā)送至縣秸稈禁燒工作群，相關(guān)鎮(zhèn)街工作人員第一時(shí)間認(rèn)領(lǐng)并前往核實(shí)處置，形成快速響應(yīng)閉環(huán)。鳳臺(tái)縣的系統(tǒng)則更進(jìn)一步，電子屏實(shí)時(shí)顯示火點(diǎn)坐標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)畫面，同步推送處置指令，實(shí)現(xiàn)從監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)場(chǎng)處置的全流程數(shù)字化管理。這種智能預(yù)警與快速響應(yīng)機(jī)制，將傳統(tǒng)可能需要數(shù)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間的處置流程縮短至幾分鐘內(nèi)，極大提升了應(yīng)對(duì)效率，有效遏制了秸稈焚燒現(xiàn)象的蔓延。
技術(shù)融合還促進(jìn)了秸稈焚燒監(jiān)控與其他監(jiān)管系統(tǒng)的深度融合與功能拓展。新一代監(jiān)控系統(tǒng)不再孤立運(yùn)作，而是逐漸與GIS地理信息系統(tǒng)、氣象數(shù)據(jù)平臺(tái)、衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和功能聯(lián)動(dòng)。雙光譜攝像機(jī)內(nèi)置角度回傳功能，通過網(wǎng)絡(luò)讀取角度信息，可結(jié)合GIS系統(tǒng)二次開發(fā)目標(biāo)定位功能，實(shí)現(xiàn)火源的高精度定位。這種多系統(tǒng)融合的監(jiān)控模式，不僅提高了定位精度，還為分析決策提供了更豐富的數(shù)據(jù)支持。此外，秸稈焚燒監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，也被逐步拓展應(yīng)用于森林防火、大氣污染防治、邊境監(jiān)控等多個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)價(jià)值的最大化。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用的不斷深入，雙光譜與熱成像技術(shù)必將在環(huán)境監(jiān)管領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。
未來發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)
隨著雙光譜與熱成像技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，秸稈焚燒監(jiān)控系統(tǒng)將迎來更廣闊的發(fā)展前景。從技術(shù)演進(jìn)角度看，未來的監(jiān)控設(shè)備將朝著更小尺寸、更大分辨率、更低功耗的方向發(fā)展。探測(cè)器像元間距已從早期的35μm縮小至實(shí)驗(yàn)室階段的12μm，而探測(cè)器像素也從傳統(tǒng)的320×240提升至實(shí)驗(yàn)室階段的1024×768，這些技術(shù)進(jìn)步將直接帶來圖像質(zhì)量的顯著提升。同時(shí)，隨著氧化釩和多晶硅等非制冷紅外探測(cè)器技術(shù)的成熟，以及規(guī)?；a(chǎn)帶來的成本下降，高性能熱成像設(shè)備的應(yīng)用門檻將逐步降低。華瑞通等企業(yè)通過多年技術(shù)積累推出的一系列產(chǎn)品已經(jīng)證明，將實(shí)驗(yàn)室技術(shù)轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品的速度正在加快。這些技術(shù)進(jìn)步將為秸稈焚燒監(jiān)控系統(tǒng)的性能提升和普及應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度融合將成為未來發(fā)展的重要方向。當(dāng)前秸稈焚燒監(jiān)控系統(tǒng)中的智能分析功能主要基于目標(biāo)檢測(cè)和行為識(shí)別算法，而未來的系統(tǒng)將具備更強(qiáng)大的自主學(xué)習(xí)能力和預(yù)測(cè)預(yù)警功能。通過深度學(xué)習(xí)算法的持續(xù)優(yōu)化，煙火識(shí)別準(zhǔn)確率已從早期的85%提升至現(xiàn)在的95%以上，誤報(bào)率降低70%。下一代系統(tǒng)有望結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、農(nóng)作物生長(zhǎng)周期、歷史焚燒記錄等多維數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)秸稈焚燒高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)段和區(qū)域，實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)監(jiān)控向主動(dòng)預(yù)防的轉(zhuǎn)變。芒市的案例顯示，通過秸稈禁燒數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的預(yù)警功能，2024年的違規(guī)焚燒事件已較上年同期大幅減少，這表明預(yù)防性監(jiān)控具有巨大潛力。隨著算法和計(jì)算能力的提升，未來的監(jiān)控系統(tǒng)將更加智能化，為秸稈焚燒管控提供更科學(xué)的決策支持。
盡管前景廣闊，但雙光譜與熱成像技術(shù)在秸稈焚燒監(jiān)控中的廣泛應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)。設(shè)備成本和專業(yè)人才短缺是制約技術(shù)推廣的重要因素。雖然熱成像設(shè)備價(jià)格已有所下降，但一套完整的三公里雙光譜監(jiān)控系統(tǒng)仍需數(shù)十萬元的投資，這對(duì)部分財(cái)政緊張的縣市構(gòu)成壓力。同時(shí)，系統(tǒng)的安裝、維護(hù)和數(shù)據(jù)分析需要專業(yè)技術(shù)人員，而基層環(huán)保部門往往缺乏相關(guān)人才儲(chǔ)備。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系的不完善也是亟待解決的問題。目前各地建設(shè)的監(jiān)控系統(tǒng)在技術(shù)參數(shù)、功能要求和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方面存在差異，缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法，不利于技術(shù)的規(guī)范發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)推廣。此外，如何平衡技術(shù)監(jiān)控與政策引導(dǎo)、群眾教育的關(guān)系，也是實(shí)現(xiàn)秸稈焚燒綜合治理需要思考的課題。只有解決好這些挑戰(zhàn)，雙光譜與熱成像技術(shù)才能真正釋放其潛力，為秸稈焚燒監(jiān)控和大氣污染防治作出更大貢獻(xiàn)。
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