煤礦工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究與運用

劉杰，鄒勁松，周克榮，唐術成

（川煤華榮能源有限責任公司綠水洞煤礦，四川 廣安 638601）

1 概述

煤礦工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)隨著科技的高速發(fā)展，技術不斷更新，在礦井調度指揮中的應用顯得越來越重要。綠水洞煤礦通過在地面及井下變電所、主要提升斜坡、架空人車、采煤工作面上下出口、各磧頭作業(yè)點安裝高清攝像儀，攝取各個監(jiān)控區(qū)域的情況，實時地傳輸、集中顯示在調度指揮中心大屏監(jiān)視器上，同時，能夠將工業(yè)視頻系統(tǒng)各監(jiān)控點圖像等信息傳輸?shù)缴霞壠髽I(yè)信息網(wǎng)站和行業(yè)監(jiān)管平臺上。

同時，礦井還可以利用工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與皮帶集控系統(tǒng)、采煤機控制系統(tǒng)等融合聯(lián)動，及時地發(fā)現(xiàn)隱患苗頭和提醒監(jiān)控人員，監(jiān)控人員通過觀察現(xiàn)場運行情況并做好記錄，通知維護人員對異常情況及時處理，并在事后進行分析，從而讓綠水洞煤礦實現(xiàn)皮帶自動化，為變電所無人值守提供了必要的條件。

2 系統(tǒng)設計

礦井工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要產(chǎn)品根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)的技術要求和國家安全標準進行專門設計，根據(jù)綠水洞煤礦實際滿足數(shù)字化礦山安全生產(chǎn)的管理需求，同時，系統(tǒng)方案的設計遵循技術先進、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本等原則。系統(tǒng)依托功能強大的視頻監(jiān)控數(shù)字處理平臺為基礎，所有視頻信號通過視頻工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)全部接入視頻監(jiān)控平臺，可同時實現(xiàn)網(wǎng)絡攝像儀、模擬攝像儀的混合接入。在網(wǎng)絡上的所有計算機均可通過的工業(yè)視頻監(jiān)控平臺查閱、回放各監(jiān)控點視頻圖像，還可通過礦井內(nèi)部網(wǎng)絡實現(xiàn)與礦井其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，按需求選取各系統(tǒng)提供的圖形、圖像。

3 系統(tǒng)組成

煤礦工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由工業(yè)視頻監(jiān)控平臺、井下環(huán)網(wǎng)交換機、網(wǎng)絡延長器、礦用本安型攝像儀、礦用防爆攝像儀及網(wǎng)絡通信接口等設備組成。工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為前端部分、傳輸部分、中心控制部分及顯示終端部分組成。

3.1 前端設備

主要由礦用攝像機、設備供電電源組成，負責視頻信號的采集。結合礦井實際情況需求，煤礦井下和地面重要生產(chǎn)作業(yè)場所、主要機房硐室及變電所等地方安設了像素不低于400 萬像素的攝像儀，其他地點安設像素不低于200 萬像素的攝像儀。

安設的攝像儀為防爆型和本安型，具有MA 標志，井下設備防護等級必須為IP54 及以上，支持移動偵測報警，支持自適應變焦，選用紅外補光燈和LED 補光燈，且補光燈與攝像儀一體，能根據(jù)環(huán)境自動啟停，有效投射距離不小于15m，在井下煤巷全黑環(huán)境下，能達到圖像清晰，輪廓細致，層次分明，能有效分辨人臉、物體，能實時反映現(xiàn)場情況，非逆光任何光照條件下，圖像都能達到前述效果。

攝像儀均配置有2 路光口及3 路網(wǎng)口，本安攝像儀同時還配置有VDSL 通信模塊。同時支持攝像儀之間級聯(lián)擴展使用（在保證正常使用及傳輸下，級聯(lián)數(shù)不低于5 臺），防爆攝像儀電源模塊為內(nèi)置，內(nèi)置輸入電源為AC127V，本安攝像儀采用127V/220V/380V/660V 礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源。

3.2 傳輸設備

傳輸設備主要由礦用隔爆兼本安直流穩(wěn)壓型電源、礦用本安型萬兆環(huán)網(wǎng)交換機、礦用本安型千兆兆環(huán)網(wǎng)交換機、礦用網(wǎng)絡延長器、礦用通信線纜和礦用網(wǎng)線、礦用光纜等組成的井下視頻傳輸萬兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)。

主要實現(xiàn)各設備通信接口的轉換，與礦井現(xiàn)有內(nèi)部網(wǎng)絡的連接，達到遠距離通信傳輸?shù)取?/p>

環(huán)網(wǎng)核心交換機設置于地面機房，方便用于視頻傳輸提供接入工業(yè)視頻環(huán)網(wǎng)的上傳，以及礦井其他服務器及操作平臺的接入，同時，核心網(wǎng)絡通過安全措施與信息管理網(wǎng)絡網(wǎng)、上級公司、政府監(jiān)管平臺互聯(lián)。

設計核心環(huán)網(wǎng)采用6 臺萬兆交換機，設置于各井下變電所，采用模塊化設計，端口密度高，外觀緊湊，便于故障維護，在保持工業(yè)產(chǎn)品的高度靈活性和可靠性的同時提供了更為強大的處理能力。采用礦用隔爆兼本安直流穩(wěn)壓型電源供電，后備電源可保證設備在電網(wǎng)掉電情況下正常運行4 小時以上，且安裝方便，適合大規(guī)模工業(yè)網(wǎng)絡的應用。

3.3 中心控制設備

中心控制采用了視頻綜合管理平臺、存儲平臺和解碼器等設備，配備有磁盤陣列、網(wǎng)絡硬盤錄像機、視頻存儲管理服務器等，用于視頻錄像和數(shù)據(jù)存儲以及視頻的管理。其主要功能是對攝像儀的視頻、語音及圖片信號進行處理、顯示、回放和存儲，完成視頻監(jiān)控、攝像儀控制、信息記錄等功能。

3.4 顯示終端

工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端顯示既可采用硬盤錄像機實時顯示，又可采用獨立顯示系統(tǒng)添加解碼器接入電視墻進行綜合實時顯示，還可以通過網(wǎng)絡在個人PC 端和移動手機上實時查看，還調閱回放權限范圍內(nèi)的視頻資料。

4 系統(tǒng)主要功能

4.1 實時監(jiān)控

礦井工業(yè)視頻監(jiān)控平臺具有多級管理功能，可隨時調用任意的網(wǎng)絡攝像儀圖像，采用前端攝像機所能支持的分辨率、壓縮格式和幀率進行全程實時錄像，具備流媒體轉發(fā)功能。用戶在局域網(wǎng)或英特網(wǎng)上，可通過WEB網(wǎng)頁、PC 用戶端或者移動APP 上隨時調用任意的攝像儀圖像。

4.2 視頻管理

工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)為用戶提供多種視頻圖像信號格式，同時兼容礦井的在線管理功能，可選擇接入礦井調度指揮中心現(xiàn)有的LED 電視墻，做到視頻多路顯示、全屏顯示、畫面分割、輪巡顯示等多種管理功能。

4.3 前端設備管理

利用專業(yè)工具軟件可實現(xiàn)對各視頻監(jiān)控設備按名稱、物理地址、IP 地址等進行管理，查看攝像儀實時在線情況，支持對網(wǎng)絡攝像儀進行批量的設置?？蓪z像儀IP 地址、視音頻信息、圖像信息、校時、重啟等功能的遠程管理。

4.4 監(jiān)控軟件功能

操作人員設定存儲圖片路徑后，可抓拍實時圖片、也可以抓拍回放圖片?？砂褕D像另作證據(jù)，文檔素材，打印等用途；可以靈活設置多畫面輪巡、各個畫面輪巡及單畫面輪巡的攝像儀數(shù)量，設定畫面切換間隔的時間；設定預置位，設定巡航軌跡、位置、軌跡；通過軟件系統(tǒng)可對本地、遠程攝像機產(chǎn)品控制，可遠程控制云臺、鏡頭和其他外部設備進行操作控制。告警設備的電平信號觸發(fā)；系統(tǒng)可實現(xiàn)多畫面實時監(jiān)視，各狀態(tài)下均可切換全屏監(jiān)視。

4.5 用戶管理

權限分配機制（權限分配機制），可以對操作攝像機的用戶進行分級權限驗證，實現(xiàn)不同權限的操作功能。

4.6 實時錄像

系統(tǒng)具有手動錄像、定時錄像、視頻運動偵測報警錄像。分配磁盤容量錄像文件流水方式存儲，錄像文件循環(huán)覆蓋存儲。

4.7 語音對講

礦井在安設帶有語音功能的攝像儀監(jiān)控點，可以拾取監(jiān)控現(xiàn)場的聲音及圖像，直接與現(xiàn)場作業(yè)人員實現(xiàn)對講功能，還具有與視頻圖像同步讀取、回放語音功能。

5 煤礦工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用

5.1 遠程監(jiān)管

礦用工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務器與上級公司、省市級、國家級行業(yè)主管部門監(jiān)管平臺聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)各級平臺遠程對礦井視頻監(jiān)控點的監(jiān)控管理，隨時了解煤礦生產(chǎn)運營狀況，使上級監(jiān)控人員能及時發(fā)現(xiàn)作業(yè)中違法違規(guī)行為，及時通知煤礦職能部門加以阻止，有效地促進了礦井安全生產(chǎn)管理能力。

5.2 設備監(jiān)控

對工業(yè)廣場、矸石山、各運輸系統(tǒng)、通風機、變電所等重要車間設備運行和檢修狀況進行實時監(jiān)控，加強礦井各類設備的規(guī)范管理?？杉皶r發(fā)現(xiàn)各類設備出現(xiàn)的一些異?，F(xiàn)象，例如，皮帶運行、電機振動異常等。一旦發(fā)現(xiàn)事故征兆，可以通過礦井調度電話或應急廣播直接通知有關人員及時維護或撤離，從而保證生產(chǎn)安全。

5.3 機電硐室無人值守

通過與礦井電力監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，應用在井下各個機電硐室，配備具有云臺控制功能的攝像儀，利用其移動偵測、動態(tài)分析、區(qū)域入侵偵測等功能，實現(xiàn)對動態(tài)場景中運動物體的定位、識別和跟蹤，并在此基礎上分析和判斷運動物體的行為，以監(jiān)控和確定現(xiàn)場發(fā)生的情況，通過與綜合自動化平臺聯(lián)動，實現(xiàn)實時彈窗預警，集控人員可以及時發(fā)現(xiàn)設備的不正常工作狀況和無關人員的不安全行為，盡快地消除安全隱患。

5.4 出入井人員監(jiān)控

在入井口處，安裝人員定位系統(tǒng)唯一性檢測設備，通過人員視頻信息采集，利用智能分析裝置，對人員出、入井情況進行智能識別，將數(shù)據(jù)進行存儲用于后期的查看和取證。

5.5 貨運車輛出入監(jiān)控

在煤礦運煤車輛出入口安裝攝像儀，可利用智能分析裝置，對常用的貨運車輛進行樣本采集和訓練，使智能分析裝置通過深度學習機制可以自動識別出礦的貨運車輛，將數(shù)據(jù)進行存儲用于后期的查看和取證。

5.6 關鍵崗位監(jiān)控

在煤礦關鍵崗位安裝攝像儀，可利用智能分析裝置的方式，在攝像儀畫面中標定關鍵崗位人員工作區(qū)域，當識別到空崗時，觸發(fā)報警信號。

5.7 職工行為糾偏

在煤礦井下，員工違規(guī)操作是造成礦井安全事故的關鍵因素。以前，工人的不規(guī)范行為多是通過現(xiàn)場安全監(jiān)察人員發(fā)現(xiàn)，但是卻不能每時每刻做到監(jiān)管職工行為，導致職工無人監(jiān)管時安全規(guī)章制度形同虛設，極大地增加了安全事故發(fā)生的可能性。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)對礦井地面工業(yè)廣場、井下各作業(yè)點的作業(yè)人員全過程的視頻監(jiān)控，可對安全生產(chǎn)進行全過程、全方位把控。監(jiān)管人員通過視頻監(jiān)控遠程查看職工的行為，及時規(guī)范職工的不當行為，及時糾正并規(guī)范作業(yè)。

同時，還可以對地面治安事件、井上下安全事故調查及“三違”行為查處、重大隱患責任分析等提供圖像依據(jù)，對違章作業(yè)的職工采取相應的教育，做到有效對違章行為進行糾正，讓職工行為習慣時刻符合規(guī)范，讓規(guī)范成為職工行為習慣，從而有效地降低安全事故的發(fā)生，保證礦井生產(chǎn)安全。

5.8 鉆孔施工規(guī)范化

為保證礦井的安全生產(chǎn)，需要提前施工如探水孔、瓦斯抽放孔等。通過作業(yè)現(xiàn)場安設的視頻監(jiān)控，地面監(jiān)控人員就可以對鉆孔的施工過程進行全過程、全方面地實時監(jiān)控以及事后回放查閱，以及對鉆孔施工質量驗收（通過鉆桿數(shù)量計算）。督促作業(yè)人員按照施工設計保質保量地完成施工任務，從而減少施工不達標造成的安全隱患。杜絕出現(xiàn)諸如鉆孔施工的深度不夠、方位角度與設計出現(xiàn)較大偏差等現(xiàn)象。

5.9 井下救援

礦井工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)及人員定位系統(tǒng)等進行融合聯(lián)動，形成融合圖像、聲音及數(shù)據(jù)為一體的綜合型礦井安全生產(chǎn)調度指揮系統(tǒng)，將視頻信息反饋到調度指揮中心，并經(jīng)過數(shù)據(jù)分析啟用應急方案，大大降低事故發(fā)生的危險程度。

在遇到突發(fā)災害事故時，對事故現(xiàn)場的情況了解對于礦山應急救援非常關鍵。以前，礦井災害事故發(fā)生后，往往需要救援隊伍進入災害現(xiàn)場，通過現(xiàn)在狀況來制定現(xiàn)場救援方案，這樣就會影響及時救援時間，增加被救人員的危險。應急救援人員可通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)及時制定應急救援措施，如對井下事故現(xiàn)場的了解、遇害人員的救援等，對各重點區(qū)域進行分析排查，為正確決策提供依據(jù)，有效降低事故的危險程度，為保障煤礦安全生產(chǎn)提供了有力的保障。

6 結語

綠水洞煤礦工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的投入與運用，全面打造了一個“可視化”礦山。采用礦山“互聯(lián)網(wǎng)+監(jiān)管”的新模式，充分發(fā)揮信息化作用，為防范和化解煤礦重大安全風險，為及時糾查違法違規(guī)行為，常態(tài)化開展“反三違”工作，保證煤礦生產(chǎn)安全，為搶險救災、安全救護工作的高效運作提供了有利保障?？蔀轭愃频V井提供借鑒，具有重要的理論意義和工程應用價值。