智能化圖像圖形系統(tǒng)在煤礦調(diào)度工作中的應(yīng)用

劉曉賓

摘要： 本文基于筆者國(guó)家能源集團(tuán)神東保德煤礦多年工作經(jīng)驗(yàn)，在理論結(jié)合實(shí)際的前提下根據(jù)自身理解對(duì)智能化圖像圖形系統(tǒng)在煤礦中樞調(diào)度中的作用展開相應(yīng)探討，為同行提供建設(shè)性意見。

關(guān)鍵詞： 智能化;圖像;煤礦;調(diào)度

引言

調(diào)度工作對(duì)于煤礦企業(yè)安全高效發(fā)展具有十分重要的意義，為了做好調(diào)度指揮這項(xiàng)工作，我們首先需要充分了解智能化系統(tǒng)的內(nèi)涵。在當(dāng)今社會(huì)，智能已經(jīng)成為了一種時(shí)尚，很多企業(yè)和部門都想要把智能化融入到自身的工作之中，很多信息化和數(shù)字化的系統(tǒng)都被冠以智能兩個(gè)字，例如智能地球、智能醫(yī)療、智能交通、智能安防等等。其中，圖形圖像直觀控制就是智能化一個(gè)重要表現(xiàn)，其應(yīng)用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)字化系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、顯示執(zhí)行系統(tǒng)等使得現(xiàn)場(chǎng)操作指揮變得足夠靈活。大體上而言，智能化圖像圖形系統(tǒng)根據(jù)不同應(yīng)用范疇分為不同層次。其最直接的就是基于視頻監(jiān)控為媒介的生產(chǎn)工作界面的實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)預(yù)警與綜合調(diào)度指揮。本文基于筆者國(guó)家能源集團(tuán)神東保德煤礦多年工作經(jīng)驗(yàn)，在理論結(jié)合實(shí)際的前提下根據(jù)自身理解對(duì)智能化圖像圖形系統(tǒng)在煤礦中樞調(diào)度中的作用展開相應(yīng)探討，為同行提供建設(shè)性意見。

智能化圖像圖形系統(tǒng)的構(gòu)成

隨著安全生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)τ?jì)算機(jī)、紅外探測(cè)等高科技技術(shù)的運(yùn)用與推廣。在成本和可操作性框架考量下視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為了當(dāng)前的首選。該系統(tǒng)能在直觀而有效的前提下進(jìn)行多維度的報(bào)警預(yù)警、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、過(guò)程控制和信息記錄等工作。相關(guān)數(shù)據(jù)只需操作人員運(yùn)用計(jì)算機(jī)平臺(tái)進(jìn)行維護(hù)和調(diào)取。從而實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間的全天候圖像信息錄像功能還提供識(shí)別查找和多重在線觀看功能，并調(diào)取不同時(shí)段的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在工業(yè)制造和關(guān)鍵施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量監(jiān)督方面具有較好的能動(dòng)性。減少了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，全面提高生產(chǎn)生活安全可靠性。在煤炭開采領(lǐng)域，《煤炭工業(yè)調(diào)度現(xiàn)代化建設(shè)總體規(guī)劃綱要（草案）》中就明確規(guī)定了圖像圖形裝備的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。①圖像采集、加工、處理、存儲(chǔ)、傳輸（字符、圖表;靜態(tài)圖像;動(dòng)態(tài)圖像）。②礦井主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)關(guān)鍵部位用動(dòng)態(tài)圖像進(jìn)行監(jiān)視、監(jiān)測(cè)、監(jiān)控。③調(diào)度室內(nèi)部動(dòng)態(tài)圖像圖形信息顯示（大屏幕、投影機(jī)、電視屏幕）。④遠(yuǎn)距離圖像圖形信息傳輸（閉路電視網(wǎng)絡(luò)、多媒體視頻網(wǎng)絡(luò)、電視電話會(huì)議）。鑒于神東保德煤礦生產(chǎn)實(shí)際，優(yōu)選裝備有中煤科工集團(tuán)重慶研究院生產(chǎn)的KJ90X型安全監(jiān)控系統(tǒng)。新系統(tǒng)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)總線+無(wú)線通信技術(shù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)并行快速傳輸。模擬量傳感器到分站數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，傳感器使用RS485總線傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸采用CRC16校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｏ到y(tǒng)在設(shè)備抗干擾、實(shí)時(shí)性、可靠性、穩(wěn)定性、擴(kuò)容接入能力、防護(hù)等級(jí)、數(shù)字化、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用、數(shù)據(jù)融合、新技術(shù)應(yīng)用等方面技術(shù)水平進(jìn)一步提升，從而使監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行可靠性得到了極大的提高。該系統(tǒng)由地面中心站、井下隔爆兼本安網(wǎng)絡(luò)傳輸接口、井下分站、井下防爆電源、各種礦用傳感器、礦用機(jī)電控制設(shè)備及KJ90X監(jiān)測(cè)軟件組成。

圖像圖形顯示部分

該部分需要大規(guī)模硬件及配網(wǎng)保障下的多部件協(xié)調(diào)配合，以給用戶提供較好的使用體驗(yàn)。依據(jù)系統(tǒng)搭建原則，其相應(yīng)組件主要包括多媒體計(jì)算機(jī)、單片微機(jī)驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)接口器（NIC）、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接口、工業(yè)電視切換器接口、TV/VGA接口、LED控制器等。其中操控界面為友好菜單式多等級(jí)賬戶保護(hù)顯示。能在不同權(quán)限下進(jìn)行視頻監(jiān)控設(shè)備的調(diào)用、調(diào)試和使用。此外為避免系統(tǒng)錯(cuò)誤或者斷電引起的故障，相應(yīng)圖像圖形顯示部分還配備有多電源分路保護(hù)模式，全方位控制啟動(dòng)電源的狀態(tài)。并基于當(dāng)前工作環(huán)境與設(shè)備散熱量進(jìn)行延時(shí)啟動(dòng)和自動(dòng)關(guān)閉。全面保障硬件系統(tǒng)壽命和通訊系統(tǒng)暢通。將工業(yè)電視系統(tǒng)運(yùn)維工作做到最優(yōu)。

圖形部分

該部分工作原理簡(jiǎn)便，主要依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自我識(shí)別功能，在預(yù)設(shè)地質(zhì)模塊和安全模塊幫助下自定義識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)圖像，并開機(jī)錄制，并在中控系統(tǒng)上產(chǎn)生報(bào)警，提示操作員異常情況的發(fā)生。同時(shí)，接受到的圖像文件還能進(jìn)行監(jiān)控組態(tài)下的數(shù)據(jù)共享，以告知其他工作界面的人員（圖1）。

智能化圖像圖形系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)用

當(dāng)前煤炭開采行業(yè)由于工程進(jìn)度緊，施工過(guò)程復(fù)雜。技術(shù)要求和質(zhì)量監(jiān)護(hù)要求嚴(yán)等多重因素導(dǎo)致在采掘面推進(jìn)等關(guān)鍵工序上需要強(qiáng)化施工過(guò)程的全面監(jiān)督。根據(jù)當(dāng)前智能化生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的行業(yè)發(fā)展和運(yùn)用現(xiàn)狀，做實(shí)例展示如下。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)

煤礦可視化監(jiān)控方面，工業(yè)電視通過(guò)在井下綜采工作面、膠帶機(jī)頭、避難硐室、變電所等關(guān)鍵點(diǎn)安裝了防爆攝像儀，在調(diào)度室可看到井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀況，方便調(diào)度員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)度和管理。井下安裝有幾十個(gè)攝像儀。除此之外，安防監(jiān)控通過(guò)安裝地面各工業(yè)廣場(chǎng)及樓宇內(nèi)的攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)及樓內(nèi)視頻安全監(jiān)控管理。主要有工業(yè)廣場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、宿舍樓監(jiān)控系統(tǒng)、辦公樓監(jiān)控系統(tǒng)、膠輪車庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)、保德生活小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)等，共有攝像頭上百個(gè)（圖2）。視頻監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)記錄每日24小時(shí)內(nèi)的全部視頻信息并存儲(chǔ)在電腦硬盤中，可以隨時(shí)調(diào)出查看。系統(tǒng)設(shè)置20天為一周期自動(dòng)覆蓋上一周期的視頻信息，以確保不會(huì)因硬盤容量不足造成信息丟失。視頻監(jiān)控系統(tǒng)還具備隱患抓拍功能，監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)安全隱患后，可立即利用抓拍功能進(jìn)行資料留存，為安全教育及問(wèn)題整改提供依據(jù)。

調(diào)度常用圖形分析系統(tǒng)

人員定位，系統(tǒng)采用“北京天一眾合科技發(fā)展有限責(zé)任公司”開發(fā)的KJ133礦用人員定位安全管理系統(tǒng)，于2008年2月安裝投入使用，2012年5月升級(jí)為全公司大中心系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器位于公司。系統(tǒng)取得了煤礦礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志，定位分站、基站等相關(guān)設(shè)備符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，并滿足AQ6210–2007的要求。井下應(yīng)急語(yǔ)音廣播系統(tǒng)，采用天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司生產(chǎn)的KXT23礦用IP網(wǎng)絡(luò)廣播對(duì)講系統(tǒng)，通過(guò)在井下建立千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單獨(dú)、分區(qū)、組合廣播，支持定時(shí)自動(dòng)播出。井下現(xiàn)安裝環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，礦用本安型IP網(wǎng)絡(luò)廣播終端，能夠?qū)崿F(xiàn)直通井下和井下相互對(duì)話，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急語(yǔ)音播報(bào)等。煤炭產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)，采用山西陽(yáng)光三極科技有限公司生產(chǎn)的KJ219煤炭產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)安裝在兩主井的傳感器采集重量信號(hào)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過(guò)信號(hào)采集分站對(duì)所采信號(hào)進(jìn)行處理，利用光纖技術(shù)把信號(hào)傳輸?shù)綑C(jī)房計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過(guò)軟件對(duì)產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和顯示，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量實(shí)時(shí)記錄及儲(chǔ)存，這些系統(tǒng)以后的融合與信息交互也是以后的大趨勢(shì)。

綜合信息管理系統(tǒng)

除以上圖形圖像應(yīng)用外，煤礦信息應(yīng)用管理系統(tǒng)中還有圖形圖像分析引用，主要有OA系統(tǒng)、本質(zhì)安全管理系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、調(diào)度信息管理系統(tǒng)等。各系統(tǒng)的應(yīng)用為煤礦提高工作效率和工作質(zhì)量，降低成本發(fā)揮了重要的作用。協(xié)同辦公管理系統(tǒng)提供個(gè)人郵箱、個(gè)人事務(wù)、公文管理、公共信息、綜合辦公、合同管理等業(yè)務(wù)功能。協(xié)同辦公管理系統(tǒng)的應(yīng)用極大的提高了工作效率，節(jié)省了運(yùn)營(yíng)成本，為領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)決策、企業(yè)規(guī)范化管理提供了重要的手段，有力的提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和凝聚力。本質(zhì)安全管理信息系統(tǒng)中圖像統(tǒng)計(jì)分析是以“冰山理論”為基礎(chǔ)，以危險(xiǎn)源辨識(shí)和切斷事故發(fā)生的因果鏈為手段，以人員不安全行為管控為重點(diǎn)，以PDCA閉環(huán)管理、持續(xù)改進(jìn)為運(yùn)行模式。其核心理念為“所有意外均可避免，所有危險(xiǎn)均可控制”。其它信息系統(tǒng)包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、督辦管理系統(tǒng)、企業(yè)主數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、煤質(zhì)管理系統(tǒng)、社保管理系統(tǒng)、業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)等。

常見的煤礦圖形圖像系統(tǒng)還有：綜采工作面數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)通過(guò)安裝在井下的專用數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，通過(guò)光纖與將綜采工作面的煤機(jī)、三機(jī)、支架等主要設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)上傳至集控室計(jì)算機(jī)上，如：電流、速度、割煤刀數(shù)、故障等。系統(tǒng)可對(duì)綜采工作面壓力大小、分布情況及周期來(lái)壓時(shí)間、支架初撐力情況、拉架是否及時(shí)到位等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，有效指導(dǎo)工作面初末采、周期來(lái)壓、貫通、過(guò)特殊地質(zhì)構(gòu)造期間的安全生產(chǎn)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，視頻圖形圖像監(jiān)控分析系統(tǒng)與常規(guī)的信息系統(tǒng)相比有很多的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在采掘現(xiàn)場(chǎng)由于施工現(xiàn)場(chǎng)的揚(yáng)塵、環(huán)境和噪音給安全生產(chǎn)帶來(lái)很大隱患，有些現(xiàn)場(chǎng)工人不能到達(dá)或維護(hù)頻次低的地方使得“智慧調(diào)度”圖形畫面監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)更加突出。在主觀層面給調(diào)度工作者起到了重大的利好和重要作用，具體表現(xiàn)在：網(wǎng)絡(luò)視頻畫面系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，無(wú)論方位有多遠(yuǎn)只要是在視頻監(jiān)控的范圍內(nèi)就能看到周圍的一切畫面，系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)媒介作為基礎(chǔ)，全面操控全礦的構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)高效有序的調(diào)度調(diào)控;監(jiān)控不會(huì)存在盲區(qū)，各領(lǐng)域中現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益發(fā)展發(fā)達(dá)，能夠支持任何線路的傳輸，圖形圖像監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)把攝像機(jī)安裝到任何一個(gè)角落實(shí)行控制，為煤礦和各領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)安全高效的現(xiàn)代化調(diào)度工作和數(shù)據(jù)分析奠定了基礎(chǔ)。

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