王 巖

(永煤集團城郊煤礦)

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現(xiàn)代煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本設計要點

王 巖

(永煤集團城郊煤礦)

為最大限度地預防煤礦生產安全事故的發(fā)生，提高煤礦生產的安全性，有必要加強對煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用，為煤礦生產提供更加安全的環(huán)境。分析了現(xiàn)代煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用的重要性，在此基礎上分別從前端監(jiān)控、傳輸網絡、現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)、調度監(jiān)控中心、區(qū)域煤炭指揮調度中心等方面對現(xiàn)代煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本設計要點進行了詳細分析，對于進一步推動煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設，最大限度地發(fā)揮其作用有一定的參考價值。

煤礦 視頻監(jiān)控系統(tǒng) 設計要點

隨著數(shù)字礦山建設進程的加快，實時掌握井下生產信息已成為數(shù)字化礦井建設的必然要求。煤礦井下地質條件十分復雜，為實時掌握井下生產信息、及時制定井下災害救援計劃，有必要加強井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設。

1 現(xiàn)代煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用的重要性

在煤礦生產過程中，影響生產安全的因素較多(如自然條件、設備運行狀態(tài)、工作人員的行為活動等)，通過密集的人工安全巡視檢查來消除該類可能影響生產安全的因素，投入較大且收效甚微，也不符合煤礦“機械化減人，自動化換人”的生產理念[1]。面對礦井復雜的生產環(huán)境，視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過布設于井下各部位的傳感器可實地、實時采集各類圖像信息，實現(xiàn)對井下生產環(huán)境的全天候監(jiān)控，消除人工安全監(jiān)控死角，消除人為干擾性因素，對于掌握井下生產進度、機電設備的運行狀況發(fā)揮了重大作用，特別是對于井下發(fā)生安全事故時，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集的信息，可及時制定有效的救援計劃，大大提高井下救援的工作效率，對于降低事故造成的經濟損失，確保礦井安全生產具有積極意義。

2 基本設計要點

2.1 前端監(jiān)控

前端監(jiān)控是煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎構成部分，主要由前端的攝像機組成，作用是捕捉視頻畫面，將畫面信號傳輸至信息采集中心進行視頻存儲與顯示。煤礦井下的特殊環(huán)境要求攝像機須具備星光級以下照度成像、超寬動態(tài)功能，應對光線的明暗變化，還需具備一定的透霧能力應對高粉塵環(huán)境。攝像機成像清晰度越高，對環(huán)境要求越苛刻，普通的高清攝像機所需的成像條件，已無法適應井下成像需求，礦井監(jiān)控系統(tǒng)的建設須專門設計適合于井下特殊環(huán)境的攝像機。在已有光纖資源的情況下，可視情況設計模擬攝像機，模擬攝像機利用光纜就近接入進行傳輸，可解決模擬視頻線傳輸?shù)木嚯x近、易受變頻干擾問題。在經濟條件允許的條件下，可選擇符合井下成像的高清視頻，在已有環(huán)網的礦井，盡可能選擇設計數(shù)字視頻，減少光纜的使用量，統(tǒng)一維護，提高信息化融合的程度；在需要交互的監(jiān)控點，設計具有音頻對講功能的攝像機，提升監(jiān)控效率；在掘進巷道、工作面、瓦斯鉆場、機車移動監(jiān)控等光纜使用不便的場合，設計高清雙絞線傳輸攝像機或無線攝像機，解決視頻傳輸問題；在井底車場、水泵房等開闊地帶，設計本安一體化云臺攝像機，解決固定攝像機的監(jiān)控死機問題；在皮帶、機車巷道可視情況設計具有一定控制功能的攝像機，解決特殊場合下的抓拍、報警等問題。

2.2 傳輸網絡

傳統(tǒng)的井下模擬視頻主要由“點對點”的光纖傳輸構成。光纜的大量應用，為解決安裝、運輸及維護成本，井下模擬視頻開始應用復合視頻光端機解決傳輸問題，8路、16路甚至更高的視頻光端機也無法有效滿足井下呈幾何級數(shù)增長的視頻數(shù)據(jù)傳輸需求。末端的視頻電纜極易受到高壓電纜及變頻設備的干擾，從而產生圖像質量差、變形等問題。數(shù)字視頻的誕生有效解決了光纜的使用率和干擾問題。由于數(shù)字視頻基于以太網傳輸，一路百兆的以太網可接入40臺左右標清攝像機，20臺以上高清攝像機；一路千兆的數(shù)據(jù)鏈路可接入400臺以上標清攝像機，200臺以上高清攝像機。一般的井下數(shù)字攝像機自帶光纖接口，可便于接入工業(yè)網絡進行傳輸，數(shù)字攝像機的校驗傳輸特性，也從根本上解決了井下設備對視頻的干擾問題[2]。

由于數(shù)字視頻網絡傳輸較方便，在安裝有工業(yè)環(huán)網的礦井，一般就近接入環(huán)網。雖然環(huán)網的承載能力較強，但在進行視頻傳輸時，也需結合情況進行合理設計。首先，整體預估礦井的攝像機總數(shù)，測算所需的網絡帶寬，避免環(huán)網資源耗盡現(xiàn)象的發(fā)生；然后，對環(huán)網進行數(shù)據(jù)規(guī)劃，劃分VLAN，將視頻傳輸劃歸至虛擬局域網，合理分配帶寬，避免視頻的大數(shù)據(jù)流對環(huán)網的其他業(yè)務造成影響；最后，對網絡的端口、IP地址進行統(tǒng)一規(guī)劃，降低網絡故障的發(fā)生，對于預估超過200路以上高清攝像機的礦井，建議建立獨立的視頻傳輸環(huán)網或網絡，徹底解決視頻的快速增長與其他系統(tǒng)搶帶寬的問題。

2.3 現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)

隨著煤礦機械化、信息化的快速發(fā)展，井下生產的眾多環(huán)節(jié)已基本實現(xiàn)無人化或少人化。以往人工值守崗位的人員已后撤至井下集控點或安全地帶，原有的危險崗位已被監(jiān)控攝像機取代。為更加貼近現(xiàn)場進行監(jiān)控指揮，我國相當一部分礦井建立了井下若干分散的現(xiàn)場監(jiān)控點，如掘進工作面的集中監(jiān)控、無人綜采工作面的就地監(jiān)控、斜巷絞車的監(jiān)控等。該類監(jiān)控點的特點是監(jiān)控攝像機相對集中、與生產控制緊密結合、發(fā)現(xiàn)問題后需快速響應等，并且現(xiàn)場的監(jiān)控、操作權限高于地面集控中心。

為保障安全生產的現(xiàn)實需求，視頻信息應優(yōu)先傳輸至井下現(xiàn)場監(jiān)控點，現(xiàn)場監(jiān)控的攝像機與現(xiàn)場監(jiān)控點需能夠形成完整的監(jiān)控子系統(tǒng)。將井下現(xiàn)場監(jiān)控點的視頻信息匯聚后上傳至地面監(jiān)控中心，便于對井下各生產時段、各生產區(qū)段進行實時監(jiān)管?，F(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)的主體部分一般應設置于安全、便捷、重要的位置上，并且應有明確的標示，該子系統(tǒng)除了能夠監(jiān)控負責區(qū)域內的視頻畫面外，還應配置基層通訊系統(tǒng)以及與地面監(jiān)控中心和區(qū)域煤炭指揮調度中心保持可靠的調度聯(lián)絡[3]。

2.4 調度監(jiān)控中心

在礦井視頻調度監(jiān)控中心設計時，需考慮統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理的方式，保障實時視頻、錄像的有序性和有效性。在核心存儲設計時，選擇帶Raid功能的存儲設備，防止存儲硬盤損壞時錄像丟失；在存儲空間設計方面，應充分考慮現(xiàn)有的攝像機以及需要安裝的攝像機數(shù)量，統(tǒng)籌規(guī)劃存儲盤柜的攝像機接入能力、盤位和存儲空間。存儲盤柜應同時考慮可擴展性，避免重復性建設，導致資源浪費。存儲盤柜選型時，應優(yōu)先考慮控制器架構的存儲盤柜，確保存儲的穩(wěn)定可靠及后期設備升級的可持續(xù)性。流媒體服務器軟件的選擇應考慮到其穩(wěn)定性、可靠性以及需要管理攝像機的數(shù)量、軟件對前端攝像機的兼容性、后端解碼拼接設備對流媒體設備的兼容性。因流媒體服務器軟件的流轉發(fā)模塊一般支持多臺設備堆疊，故建議預估視頻流的瀏覽和訪問總量來配置流媒體服務器的硬件設備。

在生產過程中，需要較多的視頻信息方可全面反映煤礦生產作業(yè)情況，但實際上，終端顯示設備數(shù)量無法與監(jiān)控攝像機數(shù)量對等，勢必造成部分視頻畫面無法顯示。監(jiān)控終端大屏或顯示設備除了盡可能與攝像機數(shù)量相配套外，還可通過視頻解碼設備或矩陣設備，在較大的監(jiān)視屏幕上實現(xiàn)多畫面的分割顯示，按一定的時間及順序實現(xiàn)對次要畫面的監(jiān)控。

2.5 區(qū)域煤炭指揮調度中心

現(xiàn)代煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)并非封閉式系統(tǒng)，應借助互聯(lián)網信息技術，將整個區(qū)域的煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行集成，便于進行統(tǒng)一的管理與指揮調度。應設計區(qū)域煤炭指揮調度中心，將其作為區(qū)域內所有煤礦的視頻監(jiān)控中樞，并規(guī)劃設計一套指揮調度中心系統(tǒng)，使其能夠對系統(tǒng)內所有的煤礦調度室進行指揮調度，該中心的功能主要是瀏覽所有作業(yè)現(xiàn)場視頻圖像以及必要時對各煤礦進行緊急指揮調度。

3 結 語

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用已成為現(xiàn)代數(shù)字化煤礦建設的必然要求，通過對煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計的基本要點進行詳細分析，對于進一步推動煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設與應用有一定的參考價值。

[1] 張謝華，趙小虎.煤礦智能視頻監(jiān)控中的運動目標檢測研究[J].工礦自動化，2016(4)：31-36.

[2] 楊超宇，李 策，蘇劍臣，等.基于視頻的煤礦安全監(jiān)控行為識別系統(tǒng)研究[J].煤炭工程，2016(4)：111-113.

[3] 季曉軍.煤礦大屏幕及工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案研究[J].價值工程，2015(2)：207-208.

2016-06-27)

王 巖(1984—)，男，工程師，476600 河南省永城市經濟技術開發(fā)區(qū)經南五路16號。