安太堡露天礦爆破遠程監(jiān)控與預警系統

張榮江

（中煤平朔集團有限公司 安太堡礦，山西 朔州 036000）

信息化、智能化產業(yè)是當今科技發(fā)展的前沿產業(yè)，這一產業(yè)的高速發(fā)展正日益改變著人類目前的生活、生產模式。許多傳統產業(yè)由于信息化智能化的出現都受到了較大的沖擊，同時也帶來了新的發(fā)展模式和機遇，煤炭產業(yè)正是其中之一。煤炭產業(yè)作為我國的基礎能源支柱產業(yè)，多年來為國民經濟發(fā)展做出了重要貢獻，同時也飽受產業(yè)模式落后、環(huán)境污染嚴重等問題的困擾。因此，加快我國煤炭工業(yè)生產模式的綠色低碳轉型，走高科技、高效益、低污染的新型道路勢在必行，而信息化、智能化則為其提供了一種新的發(fā)展思路[1]。

推進煤礦智能化建設，推動智能化產業(yè)與煤炭產業(yè)融合發(fā)展，既是新時代煤炭企業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是響應國家發(fā)展戰(zhàn)略與號召所應承擔的社會責任，是建設本質安全礦山，實現礦山高質量高效益發(fā)展的重要途徑。平朔公司作為中煤集團所屬的大型煤炭生產企業(yè)，高度重視智能化礦山的建設，多年來在智能調度、邊坡穩(wěn)定監(jiān)測和預警、設備狀態(tài)監(jiān)測等方面的建設都取得了良好的成績，建設了成熟的系統，同時在設備遠程操控、卡車無人駕駛等方面進行了大膽的嘗試；未來還將在更多的礦山領域進行智能化的探索。基于此，介紹了平朔公司智能化項目之安太堡露天礦爆破遠程監(jiān)控與預警系統。

1 系統建設背景

爆破作業(yè)是露天礦生產作業(yè)的重要環(huán)節(jié)，也是安全問題的易發(fā)環(huán)節(jié)，更是一旦發(fā)生事故容易造成群死群傷的危險環(huán)節(jié)，因此做好爆破環(huán)節(jié)的管理工作，控制降低各種爆破有害效應以達到實現安全爆破的目的就顯得尤為重要[2]。

安太堡露天礦坑東西寬2.6 km，推進方向為向北，1315 平盤至11＃煤底板共計13 個剝離平盤和3個采煤平盤需實施爆破工程，一般單次爆破范圍不超過（南北方向）40 m×（東西方向）500 m。為做好爆破工程管理，全程掌握爆破區(qū)域關鍵環(huán)節(jié)和現場工況，安太堡露天礦計劃籌建此監(jiān)控預警系統，以實現對全礦范圍內爆破警戒區(qū)域的遠程監(jiān)控和預警。

2 系統介紹

2.1 系統功能

安太堡礦計劃在礦坑東西幫較高位置處各部署2 路超高清超長焦距云臺槍機[3]，與1 臺搭載高分辨率攝像機的巡航無人機[4]配合，監(jiān)控范圍覆蓋爆破警戒區(qū)域[5]，監(jiān)控視頻由信息中心統一搭建的骨干光纖網絡回傳至礦新調度室機房服務器，通過視頻畫面人形偵測和移動檢測算法判定是否有人或者移動設備進入警戒區(qū)域，一旦觸發(fā)警戒則通過聲光報警以及客戶端畫面強制彈出對話框的形式提醒調度員預警信息，實現爆破警戒區(qū)域的遠程監(jiān)控和預警功能[6]。同時，系統預留相關接口，支持導入其他增值服務向現場爆破管理人員及時推送預警信息[7]。

2.2 系統組成

系統主要由前端部分、后臺部分及傳輸部分3部分組成。

1）前端部分。前端部分由超高清超長焦距云臺槍機套裝、搭載高分辨率攝像機的巡航無人機套裝及其附屬無線發(fā)射接收裝置、入網交換機及固定支架等相關輔材等組成。在礦坑南幫和北幫分別部署1 臺云臺槍機，架設在端幫固定基站鐵塔上，利用基站電源實現供電，視頻信號接入附近光纖網絡。巡航無人機為單體設備，搭載的高分辨率攝像機視頻信號通過無線發(fā)射接收裝置傳輸至附近地面監(jiān)控終端。

2）后臺部分。后臺部分由1 臺視頻存儲服務器及配套的視頻監(jiān)控平臺，后臺視頻平臺由1 臺調度臺客戶端PC、2 臺聲光報警器等組成。服務器部署于新調度室機房，客戶端PC 和報警器部署于調度室操作臺。

3）傳輸部分。視頻信號傳輸使用信息中心統一搭建的骨干光纖網絡，項目不再新增視頻信號傳輸設備設施。

2.3 系統主要部件功能指標

系統的主要部件是部署于端幫的超高清超長焦距云臺槍機及與之配合的搭載高分辨率攝像機的巡航無人機，它們的功能指標可以達到以下標準：

1）云臺槍機監(jiān)控。①具有雙光譜云臺部署功能，能夠實現全天候的輔助監(jiān)控，可通過1 個IP 同時預覽熱成像視頻通道及可見光視頻通道視頻圖像，并可通過客戶端軟件或IE 瀏覽器同時對2 路通道進行控制；②可根據預置點位手動實現自定義警戒區(qū)域警戒時間的功能；③具有熱成像視頻區(qū)域入侵、越界入侵、進入區(qū)域、離開區(qū)域功能；④具有人形檢測和移動車輛檢測功能，視頻圖像可對監(jiān)控畫面中出現的尺寸超過設定閾值的人形和車輛進行檢測和框選；⑤具有自定義警戒區(qū)域的功能，可通過IE 瀏覽器在熱成像視頻畫面上設置點、線段、矩形、多邊形、圓、橢圓測溫規(guī)則，可設置多個點、多個區(qū)域、多條線規(guī)則，可顯示點、線段、區(qū)域內的最高溫度和最低溫度；⑥具有自動巡航功能，可設置多個預置位，可按照所設置的預置位完成巡航路徑，支持1 000 條以上的巡航線，每條最大可設置不少于256 個預置點；在IE 瀏覽器下，具有一鍵巡航控制按鈕，并支持一鍵巡航操作；⑦具有透霧功能，并且可設置選項，透霧等級多段可調；⑧支持自動增益控制功能，圖像細節(jié)增強；⑨云臺由精密電機驅動，反應靈敏，運轉平穩(wěn)，精度偏差少于0.01°，理想環(huán)境條件中在任何速度下圖像無抖動；⑩支持3D定位功能，配合客戶端軟件或IE 瀏覽器可實現點擊放大；11○支持斷電狀態(tài)記憶功能，上電后自動回到斷電前的云臺和鏡頭狀態(tài)；12○與安太堡露天礦現有管理平臺相融合銜接。

2）無人機巡航監(jiān)控。①具有可見光、熱成像畫面實時監(jiān)控功能；②地面站具有接收顯示飛行數據和圖像功能；③具有自動飛行控制、手動飛行控制、云臺操控功能，支持智能飛行控制（智能航跡規(guī)劃、一鍵起飛/降落、一鍵返航、指點飛行、熱點環(huán)繞），預置常用航點，智能規(guī)劃航跡；④具有飛行位置實時定位功能；⑤機身具有較強的防塵防水能力，有較強的環(huán)境適應能力，抗風能力不少于7 級；⑥具有低電量保護、異常情況報警、鏈路中斷返航等安全機制；⑦支持通過熱成像功能實現人、車檢索報警功能；⑧有較強的透霧能力，在有霧的天氣環(huán)境中能夠實現巡航路線中發(fā)現人車并報警至地面站；⑨與安太堡露天礦現有管理平臺相融合銜接。

2.4 系統主要部件性能參數

系統主要部件的性能參數如下：

1）云臺槍機。①最大圖像尺寸：640 mm×12 mm；②熱成像鏡頭焦距：23～230 mm；③最大焦距時參照物大小不大于：人形1.8 m×0.5 m、車輛1.4 m×4.0 m；④人員最遠報警距離（周界報警）2 300 m；⑤車輛最遠報警距離（周界報警）6 900 m；⑥視場角2.8°×2.3°～26.6°×21.4°；⑦可見光鏡頭：16.7～1 000 mm；⑧可見光最大圖像分辨率：200 萬；⑨云臺角度范圍：水平方向360°連續(xù)旋轉，垂直方向-45°～+45°；⑩支持光學透霧；1○支持激光補光，有效補光距離不小于3 km；12○電源：DC48 V±25%；13○壓縮標準：支持H.265/Smart265/H.264/MJPEG；14○工作溫度和濕度：溫度為40～65 ℃，濕度＜90%；15○防護等級：不低于IP67。

2）無人機套裝。①無人機：采用一體化碳纖維機體，重量輕，動力性能強勁，折疊式設計，方便收納攜帶，內置GPS 模塊，對角線軸距小于1 500 mm，滿電續(xù)航時間不少于60 min，最大平飛速度不少于54 km/h，機身自重不超過7.5 kg，抗風能力不小于7級；②紅外熱成像相機：錄像分辨率不小于640×512，支持不少于8 倍數字變焦，不少于14 種偽彩，壓縮標準支持H.264，支持最高點測溫、區(qū)域測溫，測溫范圍-20～150 ℃，支持TF 卡存儲；③可見光相機：最大分辨率不低于1 080 P，支持30 倍光學變倍，壓縮標準支持H.264/H.265，具有3D 降噪功能，支持TF 卡存儲；④云臺：俯仰-90°～＋30°，橫滾±45°，航向360°，工作模式為跟隨模式或獨立模式；⑤地面站：支持自動飛行控制、手動飛行控制、云臺操控，具有接收顯示飛行數據和圖像功能，內置觸控顯示屏（屏幕尺寸不小于8 寸），最大傳輸控制距離不小于5 km；視頻接口為Micro HDMI；網絡支持移動、聯通、電信4G、RJ45、Wi-fi AP 等；支持TF 卡存儲；內置充電電池。

3）聲光報警器。支持USB 或者485 通訊接口，可自定義報警聲音分貝，最大分貝不低于100 dB，電壓220 VAC，報警顏色可選紅、黃、藍、綠，發(fā)光方式為LED 頻閃發(fā)光。

4）后臺設備。數據服務器使用信息中心統一搭建的數據中心超融合服務器，客戶端PC 采用信息中心統一配置的新調度室操作臺客戶端。前端設備配套的系統及預警平臺須與信息中心統一搭建的數據中心服務器相適配，并開放數據接口，使數據可接入信息集成平臺[8]。

3 結語

安太堡礦爆破過程監(jiān)控與預警系統可實現對全礦爆破區(qū)域關鍵環(huán)節(jié)和現場工況的實時監(jiān)測，被監(jiān)測點的狀況可以在調度室操作臺實時顯示，也可在公司局域網的終端進行實時瀏覽。系統支持區(qū)域入侵偵測、熱成像和可見光聯動智能跟蹤、多場景巡航跟蹤功能，一旦發(fā)現任何問題可以通過網絡方式發(fā)出報警，及時通知相關人員進行處理，并對報警事件進行拍照和錄像。這樣就大大減少了警戒區(qū)域的人工巡查成本，也有效彌補了人工巡查可能存在未發(fā)現問題的缺陷，提高了問題發(fā)現能力和處理效率。該系統與安太堡礦原有管控一體化平臺的融合有效提升了礦日常監(jiān)管的精細化、信息化和智能化水平，對于安太堡礦打造本質安全型智能化礦山、實現高質量高效益發(fā)展有著較大的助益。