現(xiàn)代煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王 巖

(永煤集團(tuán)城郊煤礦)

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現(xiàn)代煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王 巖

(永煤集團(tuán)城郊煤礦)

為最大限度地預(yù)防煤礦生產(chǎn)安全事故的發(fā)生，提高煤礦生產(chǎn)的安全性，有必要加強(qiáng)對(duì)煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，為煤礦生產(chǎn)提供更加安全的環(huán)境。分析了現(xiàn)代煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的重要性，在此基礎(chǔ)上分別從前端監(jiān)控、傳輸網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)、調(diào)度監(jiān)控中心、區(qū)域煤炭指揮調(diào)度中心等方面對(duì)現(xiàn)代煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，最大限度地發(fā)揮其作用有一定的參考價(jià)值。

煤礦 視頻監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

隨著數(shù)字礦山建設(shè)進(jìn)程的加快，實(shí)時(shí)掌握井下生產(chǎn)信息已成為數(shù)字化礦井建設(shè)的必然要求。煤礦井下地質(zhì)條件十分復(fù)雜，為實(shí)時(shí)掌握井下生產(chǎn)信息、及時(shí)制定井下災(zāi)害救援計(jì)劃，有必要加強(qiáng)井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)。

1 現(xiàn)代煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的重要性

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，影響生產(chǎn)安全的因素較多(如自然條件、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工作人員的行為活動(dòng)等)，通過(guò)密集的人工安全巡視檢查來(lái)消除該類(lèi)可能影響生產(chǎn)安全的因素，投入較大且收效甚微，也不符合煤礦“機(jī)械化減人，自動(dòng)化換人”的生產(chǎn)理念[1]。面對(duì)礦井復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境，視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)布設(shè)于井下各部位的傳感器可實(shí)地、實(shí)時(shí)采集各類(lèi)圖像信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下生產(chǎn)環(huán)境的全天候監(jiān)控，消除人工安全監(jiān)控死角，消除人為干擾性因素，對(duì)于掌握井下生產(chǎn)進(jìn)度、機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況發(fā)揮了重大作用，特別是對(duì)于井下發(fā)生安全事故時(shí)，通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集的信息，可及時(shí)制定有效的救援計(jì)劃，大大提高井下救援的工作效率，對(duì)于降低事故造成的經(jīng)濟(jì)損失，確保礦井安全生產(chǎn)具有積極意義。

2 基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 前端監(jiān)控

前端監(jiān)控是煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)成部分，主要由前端的攝像機(jī)組成，作用是捕捉視頻畫(huà)面，將畫(huà)面信號(hào)傳輸至信息采集中心進(jìn)行視頻存儲(chǔ)與顯示。煤礦井下的特殊環(huán)境要求攝像機(jī)須具備星光級(jí)以下照度成像、超寬動(dòng)態(tài)功能，應(yīng)對(duì)光線的明暗變化，還需具備一定的透霧能力應(yīng)對(duì)高粉塵環(huán)境。攝像機(jī)成像清晰度越高，對(duì)環(huán)境要求越苛刻，普通的高清攝像機(jī)所需的成像條件，已無(wú)法適應(yīng)井下成像需求，礦井監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)須專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)適合于井下特殊環(huán)境的攝像機(jī)。在已有光纖資源的情況下，可視情況設(shè)計(jì)模擬攝像機(jī)，模擬攝像機(jī)利用光纜就近接入進(jìn)行傳輸，可解決模擬視頻線傳輸?shù)木嚯x近、易受變頻干擾問(wèn)題。在經(jīng)濟(jì)條件允許的條件下，可選擇符合井下成像的高清視頻，在已有環(huán)網(wǎng)的礦井，盡可能選擇設(shè)計(jì)數(shù)字視頻，減少光纜的使用量，統(tǒng)一維護(hù)，提高信息化融合的程度；在需要交互的監(jiān)控點(diǎn)，設(shè)計(jì)具有音頻對(duì)講功能的攝像機(jī)，提升監(jiān)控效率；在掘進(jìn)巷道、工作面、瓦斯鉆場(chǎng)、機(jī)車(chē)移動(dòng)監(jiān)控等光纜使用不便的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)高清雙絞線傳輸攝像機(jī)或無(wú)線攝像機(jī)，解決視頻傳輸問(wèn)題；在井底車(chē)場(chǎng)、水泵房等開(kāi)闊地帶，設(shè)計(jì)本安一體化云臺(tái)攝像機(jī)，解決固定攝像機(jī)的監(jiān)控死機(jī)問(wèn)題；在皮帶、機(jī)車(chē)巷道可視情況設(shè)計(jì)具有一定控制功能的攝像機(jī)，解決特殊場(chǎng)合下的抓拍、報(bào)警等問(wèn)題。

2.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)

傳統(tǒng)的井下模擬視頻主要由“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的光纖傳輸構(gòu)成。光纜的大量應(yīng)用，為解決安裝、運(yùn)輸及維護(hù)成本，井下模擬視頻開(kāi)始應(yīng)用復(fù)合視頻光端機(jī)解決傳輸問(wèn)題，8路、16路甚至更高的視頻光端機(jī)也無(wú)法有效滿(mǎn)足井下呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)的視頻數(shù)據(jù)傳輸需求。末端的視頻電纜極易受到高壓電纜及變頻設(shè)備的干擾，從而產(chǎn)生圖像質(zhì)量差、變形等問(wèn)題。數(shù)字視頻的誕生有效解決了光纜的使用率和干擾問(wèn)題。由于數(shù)字視頻基于以太網(wǎng)傳輸，一路百兆的以太網(wǎng)可接入40臺(tái)左右標(biāo)清攝像機(jī)，20臺(tái)以上高清攝像機(jī)；一路千兆的數(shù)據(jù)鏈路可接入400臺(tái)以上標(biāo)清攝像機(jī)，200臺(tái)以上高清攝像機(jī)。一般的井下數(shù)字?jǐn)z像機(jī)自帶光纖接口，可便于接入工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的校驗(yàn)傳輸特性，也從根本上解決了井下設(shè)備對(duì)視頻的干擾問(wèn)題[2]。

由于數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸較方便，在安裝有工業(yè)環(huán)網(wǎng)的礦井，一般就近接入環(huán)網(wǎng)。雖然環(huán)網(wǎng)的承載能力較強(qiáng)，但在進(jìn)行視頻傳輸時(shí)，也需結(jié)合情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。首先，整體預(yù)估礦井的攝像機(jī)總數(shù)，測(cè)算所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬，避免環(huán)網(wǎng)資源耗盡現(xiàn)象的發(fā)生；然后，對(duì)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)劃，劃分VLAN，將視頻傳輸劃歸至虛擬局域網(wǎng)，合理分配帶寬，避免視頻的大數(shù)據(jù)流對(duì)環(huán)網(wǎng)的其他業(yè)務(wù)造成影響；最后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的端口、IP地址進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，降低網(wǎng)絡(luò)故障的發(fā)生，對(duì)于預(yù)估超過(guò)200路以上高清攝像機(jī)的礦井，建議建立獨(dú)立的視頻傳輸環(huán)網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)，徹底解決視頻的快速增長(zhǎng)與其他系統(tǒng)搶帶寬的問(wèn)題。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)

隨著煤礦機(jī)械化、信息化的快速發(fā)展，井下生產(chǎn)的眾多環(huán)節(jié)已基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人化或少人化。以往人工值守崗位的人員已后撤至井下集控點(diǎn)或安全地帶，原有的危險(xiǎn)崗位已被監(jiān)控?cái)z像機(jī)取代。為更加貼近現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控指揮，我國(guó)相當(dāng)一部分礦井建立了井下若干分散的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)，如掘進(jìn)工作面的集中監(jiān)控、無(wú)人綜采工作面的就地監(jiān)控、斜巷絞車(chē)的監(jiān)控等。該類(lèi)監(jiān)控點(diǎn)的特點(diǎn)是監(jiān)控?cái)z像機(jī)相對(duì)集中、與生產(chǎn)控制緊密結(jié)合、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后需快速響應(yīng)等，并且現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控、操作權(quán)限高于地面集控中心。

為保障安全生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需求，視頻信息應(yīng)優(yōu)先傳輸至井下現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的攝像機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)需能夠形成完整的監(jiān)控子系統(tǒng)。將井下現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)的視頻信息匯聚后上傳至地面監(jiān)控中心，便于對(duì)井下各生產(chǎn)時(shí)段、各生產(chǎn)區(qū)段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)的主體部分一般應(yīng)設(shè)置于安全、便捷、重要的位置上，并且應(yīng)有明確的標(biāo)示，該子系統(tǒng)除了能夠監(jiān)控負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)的視頻畫(huà)面外，還應(yīng)配置基層通訊系統(tǒng)以及與地面監(jiān)控中心和區(qū)域煤炭指揮調(diào)度中心保持可靠的調(diào)度聯(lián)絡(luò)[3]。

2.4 調(diào)度監(jiān)控中心

在礦井視頻調(diào)度監(jiān)控中心設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮統(tǒng)一存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理的方式，保障實(shí)時(shí)視頻、錄像的有序性和有效性。在核心存儲(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇帶Raid功能的存儲(chǔ)設(shè)備，防止存儲(chǔ)硬盤(pán)損壞時(shí)錄像丟失；在存儲(chǔ)空間設(shè)計(jì)方面，應(yīng)充分考慮現(xiàn)有的攝像機(jī)以及需要安裝的攝像機(jī)數(shù)量，統(tǒng)籌規(guī)劃存儲(chǔ)盤(pán)柜的攝像機(jī)接入能力、盤(pán)位和存儲(chǔ)空間。存儲(chǔ)盤(pán)柜應(yīng)同時(shí)考慮可擴(kuò)展性，避免重復(fù)性建設(shè)，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。存儲(chǔ)盤(pán)柜選型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮控制器架構(gòu)的存儲(chǔ)盤(pán)柜，確保存儲(chǔ)的穩(wěn)定可靠及后期設(shè)備升級(jí)的可持續(xù)性。流媒體服務(wù)器軟件的選擇應(yīng)考慮到其穩(wěn)定性、可靠性以及需要管理攝像機(jī)的數(shù)量、軟件對(duì)前端攝像機(jī)的兼容性、后端解碼拼接設(shè)備對(duì)流媒體設(shè)備的兼容性。因流媒體服務(wù)器軟件的流轉(zhuǎn)發(fā)模塊一般支持多臺(tái)設(shè)備堆疊，故建議預(yù)估視頻流的瀏覽和訪問(wèn)總量來(lái)配置流媒體服務(wù)器的硬件設(shè)備。

在生產(chǎn)過(guò)程中，需要較多的視頻信息方可全面反映煤礦生產(chǎn)作業(yè)情況，但實(shí)際上，終端顯示設(shè)備數(shù)量無(wú)法與監(jiān)控?cái)z像機(jī)數(shù)量對(duì)等，勢(shì)必造成部分視頻畫(huà)面無(wú)法顯示。監(jiān)控終端大屏或顯示設(shè)備除了盡可能與攝像機(jī)數(shù)量相配套外，還可通過(guò)視頻解碼設(shè)備或矩陣設(shè)備，在較大的監(jiān)視屏幕上實(shí)現(xiàn)多畫(huà)面的分割顯示，按一定的時(shí)間及順序?qū)崿F(xiàn)對(duì)次要畫(huà)面的監(jiān)控。

2.5 區(qū)域煤炭指揮調(diào)度中心

現(xiàn)代煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)并非封閉式系統(tǒng)，應(yīng)借助互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，將整個(gè)區(qū)域的煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成，便于進(jìn)行統(tǒng)一的管理與指揮調(diào)度。應(yīng)設(shè)計(jì)區(qū)域煤炭指揮調(diào)度中心，將其作為區(qū)域內(nèi)所有煤礦的視頻監(jiān)控中樞，并規(guī)劃設(shè)計(jì)一套指揮調(diào)度中心系統(tǒng)，使其能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)所有的煤礦調(diào)度室進(jìn)行指揮調(diào)度，該中心的功能主要是瀏覽所有作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像以及必要時(shí)對(duì)各煤礦進(jìn)行緊急指揮調(diào)度。

3 結(jié) 語(yǔ)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用已成為現(xiàn)代數(shù)字化煤礦建設(shè)的必然要求，通過(guò)對(duì)煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用有一定的參考價(jià)值。

[1] 張謝華，趙小虎.煤礦智能視頻監(jiān)控中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)研究[J].工礦自動(dòng)化，2016(4)：31-36.

[2] 楊超宇，李 策，蘇劍臣，等.基于視頻的煤礦安全監(jiān)控行為識(shí)別系統(tǒng)研究[J].煤炭工程，2016(4)：111-113.

[3] 季曉軍.煤礦大屏幕及工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案研究[J].價(jià)值工程，2015(2)：207-208.

2016-06-27)

王 巖(1984—)，男，工程師，476600 河南省永城市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)經(jīng)南五路16號(hào)。