文｜陳建東

一、應(yīng)用背景

煤炭是我國(guó)重要的能源資源，因?yàn)槊旱V開(kāi)采的特殊環(huán)境，容易發(fā)生事故，煤礦行業(yè)也被稱為高危險(xiǎn)的行業(yè)。煤礦井下作業(yè)因?yàn)檫h(yuǎn)離地面，地形復(fù)雜，環(huán)境惡劣，所以容易發(fā)生事故。利用移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，地面監(jiān)控人員可以直接對(duì)井下情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅能直觀的監(jiān)視和記錄井下工作現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)情況，而且能及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故苗頭，防患于未然，也能為事后分析事故提供有關(guān)的第一手圖像資料?；赥CP/IP協(xié)議的IP網(wǎng)應(yīng)用得到廣泛普及，高速寬帶主干網(wǎng)的建成和各地區(qū)高速接入系統(tǒng)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了基于IP技術(shù)的各種視頻通信應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。所以在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中引入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)將是一種趨勢(shì)。

二、無(wú)線監(jiān)控需求

在我國(guó)，采煤機(jī)械化程度僅為45%，礦工隊(duì)伍很大一部分是文化水平較低、培訓(xùn)時(shí)間有限的農(nóng)民工，甚至存在井下抽煙等嚴(yán)重違章現(xiàn)象，在高度危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境中，極易發(fā)生事故，造成重大傷亡。我們?cè)诜治鼋趲讉€(gè)煤礦發(fā)生的特大事故時(shí)發(fā)現(xiàn)事故原因如下：

1) 生產(chǎn)過(guò)程中有違章操作；

2) 事故發(fā)生后，地面與井下人員的信息溝通不及時(shí)；

3) 地面人員難以及時(shí)動(dòng)態(tài)掌握井下人員的分布及作業(yè)情況；

4) 一旦煤礦事故發(fā)生，搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全救護(hù)的效率低，搜救效果差。

綜合以上分析煤礦移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要滿足以下功能要求：

滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求，使監(jiān)控?zé)o死角，確保沒(méi)有違章；

視頻監(jiān)控設(shè)備滿足煤礦行業(yè)防爆、隔爆等級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；

可以實(shí)現(xiàn)各級(jí)部門(mén)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，指揮終端、中心控制室以及上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)終端可通過(guò)語(yǔ)音對(duì)講對(duì)煤礦開(kāi)采企業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮；

系統(tǒng)具有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)與礦井監(jiān)控中心工作人員進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)會(huì)話的功能，從而保障指揮的有效性和實(shí)時(shí)性。

三、無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)概述

在很多情況下，由于受到地理環(huán)境和工作內(nèi)容的限制，對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)或有線傳輸?shù)牟季€工程帶來(lái)極大的不便，采用有線的施工周期很長(zhǎng)，投資較大，這時(shí)，采用無(wú)線傳輸可以擺脫線纜的束縛，具有安裝周期短、維護(hù)方便、擴(kuò)容能力強(qiáng)、迅速收回成本的優(yōu)點(diǎn)，所以在企業(yè)內(nèi)部視頻傳輸建議用無(wú)線局域網(wǎng)。

在企業(yè)外部遇到突發(fā)事件時(shí)利用電信運(yùn)營(yíng)商的3G網(wǎng)絡(luò)作為傳輸通道，近年來(lái)，隨著3G、4G的加速來(lái)臨，網(wǎng)速的提升，基于電信網(wǎng)絡(luò)等移動(dòng)無(wú)線采集和監(jiān)控成為可能。

（一）軟件架構(gòu)

1、音視頻采集和編碼功能

音頻通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的麥克風(fēng)定時(shí)周期性采集和錄制，并使用G.711或wav進(jìn)行音頻編碼。這兩種格式是比較常用的格式，而且碼率適中，音質(zhì)也能夠保證。

移動(dòng)設(shè)備通常有前置和后置兩個(gè)攝像頭，可以通過(guò)切換按鈕在兩個(gè)攝像頭之間進(jìn)行切換。通過(guò)系統(tǒng)提供的接口獲取原始的視頻數(shù)據(jù)，如果是YUV或者RGB格式，再對(duì)每一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行h.264的編碼。使用h.264編碼方式，可以在同樣數(shù)據(jù)大小中得到更好的效果。所以可以減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。

2、音視頻解碼和播放功能

對(duì)音頻和視頻進(jìn)行解碼然后轉(zhuǎn)換成移動(dòng)設(shè)備支持的音視頻格式進(jìn)行播放。最重要的是保持音視頻同步播放。

3、網(wǎng)絡(luò)通信功能

基于實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議——RTP協(xié)議。將音頻和視頻數(shù)據(jù)，包括為了保持同步的時(shí)間戳代碼，封裝在RTP協(xié)議上。

（二）系統(tǒng)組成

1、前端設(shè)備

在井下部署無(wú)線局域網(wǎng)，利用移動(dòng)攝像頭和固定攝像頭相互結(jié)合的方式對(duì)井下生產(chǎn)情況進(jìn)行全方位監(jiān)控。

在地面采集端為了彌補(bǔ)固定攝像頭的不足，系統(tǒng)支持智能手機(jī)和PAD等移動(dòng)設(shè)備接入，將3G、4G無(wú)線技術(shù)應(yīng)用于地面視頻采集端，利用移動(dòng)設(shè)備的攝像頭和網(wǎng)絡(luò)，將突發(fā)現(xiàn)場(chǎng)情況傳輸?shù)街笓]中心。

2、傳輸網(wǎng)絡(luò)

搭建無(wú)線局域網(wǎng)。在企業(yè)內(nèi)部利用搭建的局域網(wǎng)絡(luò)，傳輸視頻、音頻信息。

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的支持。在企業(yè)外部，可以利用運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)支持三大運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)，包括中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)。

3、監(jiān)控中心及工作站

監(jiān)控中心主要由監(jiān)控管理服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、磁盤(pán)陣列、流媒體管理服務(wù)器、管理PC、電視墻（網(wǎng)絡(luò)矩陣硬件、液晶拼接屏及監(jiān)視器）等組成。主要完成礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)圖像接收與顯示，系統(tǒng)支持用戶登錄管理，優(yōu)先權(quán)的分配，控制信號(hào)的協(xié)調(diào)，圖像的實(shí)時(shí)監(jiān)控，錄像的存儲(chǔ)、檢索、回放、備份、恢復(fù)等。

視頻傳輸?shù)奖O(jiān)控中心后可以輸入到畫(huà)面分割器使用大屏幕電視監(jiān)看，同時(shí)在視頻服務(wù)器上記錄相應(yīng)的視頻。中心控制室的視頻服務(wù)器安裝一臺(tái)8～16路的數(shù)字監(jiān)控主機(jī)，對(duì)生產(chǎn)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控和錄像。

監(jiān)控端支持管理者通過(guò)安裝監(jiān)控端軟件的智能手機(jī)和PAD利用運(yùn)營(yíng)商的3G或4G網(wǎng)絡(luò)接入，使管理者第一時(shí)間獲得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)影像回傳，指揮應(yīng)變，滿足了突發(fā)情況應(yīng)急指揮的需要。

移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)以綜合管理軟件為核心，結(jié)合嵌入式視頻服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的移動(dòng)視頻現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視，彌補(bǔ)固定視頻監(jiān)控的不足，滿足煤炭企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控需要，通過(guò)兼容模擬視頻設(shè)備實(shí)現(xiàn)模擬視頻系統(tǒng)與數(shù)字視頻系統(tǒng)的數(shù)字化統(tǒng)一管理。

四、移動(dòng)視頻監(jiān)控特色

及時(shí)：

能將現(xiàn)場(chǎng)的影音畫(huà)面實(shí)時(shí)回傳，比傳統(tǒng)先錄后送方式更具及時(shí)性。

靈活：

將個(gè)人隨身攜帶手機(jī)或PAD作為影像采集及實(shí)時(shí)回傳的設(shè)備，布署十分方便。

經(jīng)濟(jì)：

突發(fā)緊急事件時(shí)，不需要等待，任何人都可趕赴現(xiàn)場(chǎng)立即回傳音頻、視頻資料，以相同的人力，可發(fā)揮出數(shù)倍的采訪戰(zhàn)斗力。

流暢：

特殊的網(wǎng)路及影像處理技術(shù)，避免同類產(chǎn)品在快速移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的“馬賽克”現(xiàn)象。

安全：

實(shí)時(shí)影像數(shù)據(jù)傳送監(jiān)控中心后臺(tái)進(jìn)行錄制，避免因攝像器材損毀而丟失材料。

可移植可擴(kuò)展：

支持WM、iOS、Android、Symbian平臺(tái)的移動(dòng)裝置。

未來(lái)可配合移動(dòng)設(shè)備的GPS信息做LBS（位置服務(wù)）擴(kuò)展應(yīng)用。

五、移動(dòng)視頻采集的作用和意義

煤炭企業(yè)無(wú)線移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了視頻完全數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，使用戶隨時(shí)隨地都能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理，徹底解決了地域界限的限制，特別適合于分布式監(jiān)控、集中管理等應(yīng)用領(lǐng)域，其作用和意義如下：

一、指揮中心隨時(shí)、及時(shí)動(dòng)態(tài)掌握井下人員的分布及作業(yè)情況；

二、當(dāng)利用無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，地面監(jiān)控人員就可以直接對(duì)井下情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅能直觀的監(jiān)視和記錄井下工作現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)情況，而且能及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故苗子，防患于未然，也能為事后分析事故提供有關(guān)的第一手影像資料。

三、企業(yè)管理者通過(guò)手機(jī)和PAD借助3G、4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以及時(shí)了解和指揮突發(fā)情況。

因此，移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的重要組成部分。煤礦視頻監(jiān)控從視頻監(jiān)控、信號(hào)傳輸、中心控制、遠(yuǎn)程監(jiān)管等各方面提出全方位的解決辦法，未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心、地、市煤礦安全監(jiān)控指揮中心與省局監(jiān)控指揮中心聯(lián)網(wǎng)，使煤礦安全管理工作向科學(xué)化、規(guī)范化、數(shù)字化管理軌道邁進(jìn)，提高煤礦安全管理水平。

六、結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)煤炭企業(yè)特大安全事故頻頻發(fā)生，國(guó)家對(duì)于煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的重視也抬到一個(gè)歷史性的高度，同時(shí)也促使煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)信息化進(jìn)程不斷加快。我們有理由相信，煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的視頻監(jiān)控管理將在未來(lái)的日子里實(shí)現(xiàn)跨越性飛躍。