煤礦安全自動智能視頻系統(tǒng)的設計與應用

李陽陽

（晉煤集團技術研究院， 山西 晉城 048000）

引言

目前，煤礦所應用的電視監(jiān)控系統(tǒng)大多沒有復雜的設計及功能，僅僅可以對監(jiān)控位置的圖像進行傳送及存儲，不能對視頻信息進行有效的分析、處理。對于現(xiàn)場中人員所實施的一系列操作，僅僅可以依據(jù)“看”和“存”的需求來進行處理，但是對于“管”的需求并沒有得到較好的處理。紅慶梁煤礦所安裝的智能視頻系統(tǒng)可以將礦井生產(chǎn)的安全性與智能視頻技術形成較好的結合，并與聲光等技術進行有效的融合，以人員現(xiàn)場的行為管理為核心，再與安全管理的實際需求相結合，研發(fā)出安全智能視頻系統(tǒng)[1]。

1 系統(tǒng)概況

目前，晉煤集團某礦井中各個作業(yè)面已完成了光纖通信，該傳輸作業(yè)的實現(xiàn)具有較好的條件及環(huán)境，而為了生產(chǎn)所建立的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以應用已有信息系統(tǒng)中的主干傳輸網(wǎng)絡為基礎。

系統(tǒng)所具有的功能主要包含：堆煤檢測預警、空頂作業(yè)預警、超循環(huán)作業(yè)預警、違規(guī)抓拍、違規(guī)人員及車輛的關聯(lián)性分析等[2]。

2 系統(tǒng)的設計應遵循的原則

1）安全性。在設計的過程中必須嚴格遵循這一原則，系統(tǒng)所采取的設備必須與礦井下的安全要求相吻合，并且通過MA 認證。在安全性的基礎上來提升系統(tǒng)所具有的性能。

2）簡單易用。軟件的操作頁面較為清晰明確，具有較強的簡便性，操作人員只需要進行相應的培訓就可以實施操作。系統(tǒng)的安裝也極為簡單，安裝及維護都十分方便。所運用的數(shù)據(jù)庫及操作系統(tǒng)具有十分簡單的維護性；應用軟件的安裝及使用較為簡便。系統(tǒng)內(nèi)部所安裝的軟件、硬件及相關設備都進行了模塊化處理，前端使用了嵌入式設備，可以以系統(tǒng)的需求來添加及更換板塊，確保系統(tǒng)具備較強的可維護性。具有較多的優(yōu)勢，如較強的可操性、簡單的界面等，促使數(shù)據(jù)的處理更為簡便、迅速。業(yè)務有著明確的流程，與日常業(yè)務的處理相符合；系統(tǒng)的數(shù)據(jù)易于維護，可以開展自動化備份，數(shù)據(jù)的恢復較為迅速[3]。

3）拓展性。系統(tǒng)所運用的接口為標準TCP/IP，硬件平臺具有較強的拓展性，當產(chǎn)生新業(yè)務的時候，利用預先所設定的標準來拓展業(yè)務范圍。確保業(yè)務添加時，不需要對系統(tǒng)的框架進行改良，確保系統(tǒng)可以開展靈活的拓展。對日后的發(fā)展及改良進行綜合考慮，在產(chǎn)品類型的選擇、管理的容量等各個方面都可以實現(xiàn)換代及擴展。因此，從產(chǎn)品及技術的角度上講，該系統(tǒng)具備較強的兼容性[4]。

4）可靠性。該原則要求在設計的過程中必須盡可能降低風險，增強風險的抵抗能力。在選擇設備及設計方案的時候應當保證系統(tǒng)可以持續(xù)穩(wěn)定的運行，盡可能降低故障的發(fā)生概率。確保該系統(tǒng)具備持續(xù)運行及容錯的能力。

3 系統(tǒng)架構

3.1 設備構成

智能視頻系統(tǒng)的硬件構成主要有井下及機房兩部分。井下所運用的設備主要包含了：ZB127-Z 聲光報警器、無線發(fā)射器、天線等；機房內(nèi)所安裝的設備主要有：網(wǎng)絡儲存主機、視頻綜合平臺等；該系統(tǒng)中的所有通信設備都需要借助于井下環(huán)網(wǎng)[5]。

ZB127-Z 聲光報警器的功能在于完成現(xiàn)場的語音提示及燈光提示；KBA127 礦用隔爆冷光源網(wǎng)絡攝像頭主要安裝在空頂作業(yè)、超循環(huán)作業(yè)及堆煤的預警、抓拍系統(tǒng)；KDW660/12B UPS 電源所發(fā)揮的作用在于為礦井中的攝影器提供持續(xù)的12 V 電源，確保系統(tǒng)維持穩(wěn)定的運行。

3.2 軟件系統(tǒng)架構

軟件系統(tǒng)的構成主要包含了后臺服務軟件、數(shù)據(jù)系統(tǒng)及用戶界面。

1）對系統(tǒng)而言，服務軟件是其最關鍵的部分，所有開展智能化分析的代碼都需要在這個平臺進行集成。軟件中主要涵蓋了6 個核心的智能視頻識別單元，分別為空頂作業(yè)識別、抓拍識別等

2）數(shù)據(jù)庫主要運用了SQL Server 2012 企業(yè)級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)為新型的數(shù)據(jù)平臺產(chǎn)品，不僅可以對現(xiàn)存的數(shù)據(jù)平臺進行有效的拓展，而且可以適用于云技術及平臺，同時可以迅速制定出有效的處理方案，確保私有云及公有云之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的拓展及應用的遷移。該系統(tǒng)可以為企業(yè)的基礎框架提供最大的支持，主要對核心業(yè)務的各項功能及解決方法提供最好的性能及可行性。該系統(tǒng)不僅可以對各種智能化視頻的實時及歷史數(shù)據(jù)進行儲存，而且可以對相關數(shù)據(jù)進行挖掘及處理[6]。

3）界面軟件所運用的系統(tǒng)為B/S，對目前所流行的各個核心瀏覽器都有著支持作用，具有多個功能，如開展實時地監(jiān)控及報警、對報表進行統(tǒng)計等。

4 系統(tǒng)的核心功能

4.1 帶式輸送機膠帶的堆煤預警功能

目前，主要運用絆線檢測技術來檢測帶式輸送機膠帶出現(xiàn)的堆煤問題，該技術指的是對隨意一個視頻，可以基于實際需求來在圖像中設置多個絆線，并規(guī)定其不能穿越方向，當有物料超越了這個警戒線的時候，就可以做出報警。在該設備尾部堆煤的視頻中設置一個二級報警裝置，使輸送機的尾部及破碎機的周圍可以做出堆煤預警。根據(jù)堆煤的程度來進行劃分，主要有兩種等級，分別為緊急與提醒，告警閥值可以手動輸入到系統(tǒng)內(nèi)。這兩種等級的告警都應當具備聲光報警功能，提醒、緊急告警的顏色分別為黃色與紅色，當發(fā)生緊急告警的時候，可以發(fā)送停機信號[7]。

4.2 空頂作業(yè)預警功能

本次預警所采取的技術主要為模型及人體兩種識別技術，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)與人員定位、聲光報警等系統(tǒng)相互聯(lián)動，確保人員在進到空頂區(qū)域之時做出報警，與該區(qū)域之間的距離較小時做出預警。與人員定位系統(tǒng)內(nèi)所形成的各個數(shù)據(jù)形成有效的關聯(lián)，通過運用定位系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫來有效辨別出人員的信息，只有支護人員進入到空頂區(qū)域才不會發(fā)生報警，而其他人員一旦進入就會做出報警。在發(fā)生預警的時候，現(xiàn)場會出現(xiàn)紅色聲光報警，地面監(jiān)控平臺出現(xiàn)報警并進行截圖記錄。

4.3 超循環(huán)作業(yè)預警功能

這類預警不僅采取了拌線檢測技術，還采用了環(huán)境智能識別技術，該技術指的是通過對背景的轉變進行智能化識別，以有效檢測出某個物體運行的軌跡及方向，通過運用智能化的分析方法，依靠一些標定，通過對固定視頻范圍中的各個條件進行檢測，確保兩條直巷及聯(lián)巷形成連通的時候可以實現(xiàn)超循環(huán)作業(yè)預警。如果超出了規(guī)定的距離，現(xiàn)場就會做出紅色的聲光報警，地面監(jiān)控中心也會呈現(xiàn)出相應的畫面，并且對其進行截圖及儲存，在出現(xiàn)預警的時候可以及時發(fā)送停機信號。在系統(tǒng)之中，循環(huán)進度可以基于作業(yè)章程來進行設置，超循環(huán)作業(yè)應當維持1～30 m 的識別距離，其偏差應當?shù)陀? m。

4.4 人員及車輛的抓拍功能

各巷道存在的三岔口及風門部位常常會產(chǎn)生因人員不當?shù)牟僮餍袨槎霈F(xiàn)風門受損、車輛相碰撞等問題，如果破碎機、梭車等設備沒有停止運行，系統(tǒng)將會作出危險區(qū)域的預警，并在破碎機周圍進行報警及語音提示。抓拍系統(tǒng)的目的對操作人員出現(xiàn)的違規(guī)操作進行抓拍，并指導人員按照規(guī)定操作。危險區(qū)域預警還可以分布在巷道三岔口及風門等部位。

4.5 查詢、統(tǒng)計、語言提示、數(shù)據(jù)備份及報表打印功能

對于智能視頻系統(tǒng)及其他物聯(lián)網(wǎng)傳感器系統(tǒng)所形成的大數(shù)據(jù)，可以借助智能視頻分析軟件來對其進行有效的學習及挖掘，對各種類型的報警信息進行匯總，并形成相關的分析報告，針對高危區(qū)域，操作人員列出排行榜。系統(tǒng)具有報表查詢及統(tǒng)計的功能。

系統(tǒng)可以與人員定位、其他物聯(lián)網(wǎng)傳感系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)相連接，嚴格核查違章人員及車輛的信息，形成違章報表的查詢及儲存，針對特定范圍內(nèi)的人員進入做出管理與預警。用戶可以依據(jù)使用限制狀況來設置各類預警及報警的條件，當智能監(jiān)控觸及到該條件的時候，系統(tǒng)可以對大屏幕內(nèi)將預警畫面進行實時顯示及儲存，并且設有語音提示功能。當有預警或報警產(chǎn)生之后，在大屏幕中可以實時顯示告警信息，并彈出現(xiàn)場的畫面。

各個子系統(tǒng)所包含的信息，如地址、門禁、報警圖形等都可以儲存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)。同時，系統(tǒng)為用戶提供了簡單、有效的方式，有助于他們對以往的數(shù)據(jù)進行更好的檢索及查閱。并且可以對數(shù)據(jù)進行備份及對報表進行打印的功能?？梢酝ㄟ^時間、地質(zhì)等各個信息來查詢以往的數(shù)據(jù)。

5 系統(tǒng)的應用

目前，晉煤集團某礦井中已設置了2 臺堆煤預警攝像機、8 臺空頂作業(yè)預警裝置、8 臺超循環(huán)作業(yè)預警裝置、7 臺抓拍裝置。

堆煤預警主要涵蓋了主帶式輸送機頭和主運巷道帶式輸送機的相連部位；超循環(huán)作業(yè)的預警主要涵蓋11306、11301 及3-1 回風大巷掘進頭、11301和3-1 帶式輸送機運輸大巷及輔運大巷的掘進頭、2-2 中輔助運輸斜巷的掘進頭?？枕斪鳂I(yè)的預警主要涵蓋11306、11301 和3-1 回風大巷的掘進頭、11301 和3-1 帶式輸送機運輸大巷的掘進頭、3-1 和11301 輔運大巷的掘進頭、2-2 中輔助運輸斜巷的掘進頭。抓拍預警應當設置在礦井中各個需要檢測的區(qū)域，其主要包含了輔回1、2 聯(lián)巷風門、11306 回風大巷的機頭等[8]。

6 結語

自從該礦井選用智能視頻系統(tǒng)之后，堆煤事故的停機時間得到了極大降低，操作人員進行空頂作業(yè)的違規(guī)現(xiàn)象也得到極大避免，超循環(huán)作業(yè)的流程得到規(guī)范，同時也極大降低了操作人員的違規(guī)行為，避免了損失。因此，該系統(tǒng)的應用不僅可以保證工作人員及礦井的安全，而且可以提高相應的經(jīng)濟效益。