張榮江

（中煤平朔集團(tuán)有限公司 安太堡礦，山西 朔州 036000）

信息化、智能化產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今科技發(fā)展的前沿產(chǎn)業(yè)，這一產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展正日益改變著人類(lèi)目前的生活、生產(chǎn)模式。許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)由于信息化智能化的出現(xiàn)都受到了較大的沖擊，同時(shí)也帶來(lái)了新的發(fā)展模式和機(jī)遇，煤炭產(chǎn)業(yè)正是其中之一。煤炭產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)的基礎(chǔ)能源支柱產(chǎn)業(yè)，多年來(lái)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，同時(shí)也飽受產(chǎn)業(yè)模式落后、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題的困擾。因此，加快我國(guó)煤炭工業(yè)生產(chǎn)模式的綠色低碳轉(zhuǎn)型，走高科技、高效益、低污染的新型道路勢(shì)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(jìn)煤礦智能化建設(shè)，推動(dòng)智能化產(chǎn)業(yè)與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，既是新時(shí)代煤炭企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是響應(yīng)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略與號(hào)召所應(yīng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任，是建設(shè)本質(zhì)安全礦山，實(shí)現(xiàn)礦山高質(zhì)量高效益發(fā)展的重要途徑。平朔公司作為中煤集團(tuán)所屬的大型煤炭生產(chǎn)企業(yè)，高度重視智能化礦山的建設(shè)，多年來(lái)在智能調(diào)度、邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)和預(yù)警、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)等方面的建設(shè)都取得了良好的成績(jī)，建設(shè)了成熟的系統(tǒng)，同時(shí)在設(shè)備遠(yuǎn)程操控、卡車(chē)無(wú)人駕駛等方面進(jìn)行了大膽的嘗試；未來(lái)還將在更多的礦山領(lǐng)域進(jìn)行智能化的探索?；诖耍榻B了平朔公司智能化項(xiàng)目之安太堡露天礦爆破遠(yuǎn)程監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)建設(shè)背景

爆破作業(yè)是露天礦生產(chǎn)作業(yè)的重要環(huán)節(jié)，也是安全問(wèn)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(xiǎn)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(yīng)以達(dá)到實(shí)現(xiàn)安全爆破的目的就顯得尤為重要[2]。

安太堡露天礦坑?xùn)|西寬2.6 km，推進(jìn)方向?yàn)橄虮保?315 平盤(pán)至11＃煤底板共計(jì)13 個(gè)剝離平盤(pán)和3個(gè)采煤平盤(pán)需實(shí)施爆破工程，一般單次爆破范圍不超過(guò)（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(guān)鍵環(huán)節(jié)和現(xiàn)場(chǎng)工況，安太堡露天礦計(jì)劃籌建此監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)全礦范圍內(nèi)爆破警戒區(qū)域的遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)警。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)功能

安太堡礦計(jì)劃在礦坑?xùn)|西幫較高位置處各部署2 路超高清超長(zhǎng)焦距云臺(tái)槍機(jī)[3]，與1 臺(tái)搭載高分辨率攝像機(jī)的巡航無(wú)人機(jī)[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(tǒng)一搭建的骨干光纖網(wǎng)絡(luò)回傳至礦新調(diào)度室機(jī)房服務(wù)器，通過(guò)視頻畫(huà)面人形偵測(cè)和移動(dòng)檢測(cè)算法判定是否有人或者移動(dòng)設(shè)備進(jìn)入警戒區(qū)域，一旦觸發(fā)警戒則通過(guò)聲光報(bào)警以及客戶端畫(huà)面強(qiáng)制彈出對(duì)話框的形式提醒調(diào)度員預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)爆破警戒區(qū)域的遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)警功能[6]。同時(shí)，系統(tǒng)預(yù)留相關(guān)接口，支持導(dǎo)入其他增值服務(wù)向現(xiàn)場(chǎng)爆破管理人員及時(shí)推送預(yù)警信息[7]。

2.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由前端部分、后臺(tái)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(zhǎng)焦距云臺(tái)槍機(jī)套裝、搭載高分辨率攝像機(jī)的巡航無(wú)人機(jī)套裝及其附屬無(wú)線發(fā)射接收裝置、入網(wǎng)交換機(jī)及固定支架等相關(guān)輔材等組成。在礦坑南幫和北幫分別部署1 臺(tái)云臺(tái)槍機(jī)，架設(shè)在端幫固定基站鐵塔上，利用基站電源實(shí)現(xiàn)供電，視頻信號(hào)接入附近光纖網(wǎng)絡(luò)。巡航無(wú)人機(jī)為單體設(shè)備，搭載的高分辨率攝像機(jī)視頻信號(hào)通過(guò)無(wú)線發(fā)射接收裝置傳輸至附近地面監(jiān)控終端。

2）后臺(tái)部分。后臺(tái)部分由1 臺(tái)視頻存儲(chǔ)服務(wù)器及配套的視頻監(jiān)控平臺(tái)，后臺(tái)視頻平臺(tái)由1 臺(tái)調(diào)度臺(tái)客戶端PC、2 臺(tái)聲光報(bào)警器等組成。服務(wù)器部署于新調(diào)度室機(jī)房，客戶端PC 和報(bào)警器部署于調(diào)度室操作臺(tái)。

3）傳輸部分。視頻信號(hào)傳輸使用信息中心統(tǒng)一搭建的骨干光纖網(wǎng)絡(luò)，項(xiàng)目不再新增視頻信號(hào)傳輸設(shè)備設(shè)施。

2.3 系統(tǒng)主要部件功能指標(biāo)

系統(tǒng)的主要部件是部署于端幫的超高清超長(zhǎng)焦距云臺(tái)槍機(jī)及與之配合的搭載高分辨率攝像機(jī)的巡航無(wú)人機(jī)，它們的功能指標(biāo)可以達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：

1）云臺(tái)槍機(jī)監(jiān)控。①具有雙光譜云臺(tái)部署功能，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候的輔助監(jiān)控，可通過(guò)1 個(gè)IP 同時(shí)預(yù)覽熱成像視頻通道及可見(jiàn)光視頻通道視頻圖像，并可通過(guò)客戶端軟件或IE 瀏覽器同時(shí)對(duì)2 路通道進(jìn)行控制；②可根據(jù)預(yù)置點(diǎn)位手動(dòng)實(shí)現(xiàn)自定義警戒區(qū)域警戒時(shí)間的功能；③具有熱成像視頻區(qū)域入侵、越界入侵、進(jìn)入?yún)^(qū)域、離開(kāi)區(qū)域功能；④具有人形檢測(cè)和移動(dòng)車(chē)輛檢測(cè)功能，視頻圖像可對(duì)監(jiān)控畫(huà)面中出現(xiàn)的尺寸超過(guò)設(shè)定閾值的人形和車(chē)輛進(jìn)行檢測(cè)和框選；⑤具有自定義警戒區(qū)域的功能，可通過(guò)IE 瀏覽器在熱成像視頻畫(huà)面上設(shè)置點(diǎn)、線段、矩形、多邊形、圓、橢圓測(cè)溫規(guī)則，可設(shè)置多個(gè)點(diǎn)、多個(gè)區(qū)域、多條線規(guī)則，可顯示點(diǎn)、線段、區(qū)域內(nèi)的最高溫度和最低溫度；⑥具有自動(dòng)巡航功能，可設(shè)置多個(gè)預(yù)置位，可按照所設(shè)置的預(yù)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(shè)置不少于256 個(gè)預(yù)置點(diǎn)；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(shè)置選項(xiàng)，透霧等級(jí)多段可調(diào)；⑧支持自動(dòng)增益控制功能，圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)；⑨云臺(tái)由精密電機(jī)驅(qū)動(dòng)，反應(yīng)靈敏，運(yùn)轉(zhuǎn)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(wú)抖動(dòng)；⑩支持3D定位功能，配合客戶端軟件或IE 瀏覽器可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊放大；11○支持?jǐn)嚯姞顟B(tài)記憶功能，上電后自動(dòng)回到斷電前的云臺(tái)和鏡頭狀態(tài)；12○與安太堡露天礦現(xiàn)有管理平臺(tái)相融合銜接。

2）無(wú)人機(jī)巡航監(jiān)控。①具有可見(jiàn)光、熱成像畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)控功能；②地面站具有接收顯示飛行數(shù)據(jù)和圖像功能；③具有自動(dòng)飛行控制、手動(dòng)飛行控制、云臺(tái)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(diǎn)飛行、熱點(diǎn)環(huán)繞），預(yù)置常用航點(diǎn)，智能規(guī)劃航跡；④具有飛行位置實(shí)時(shí)定位功能；⑤機(jī)身具有較強(qiáng)的防塵防水能力，有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，抗風(fēng)能力不少于7 級(jí)；⑥具有低電量保護(hù)、異常情況報(bào)警、鏈路中斷返航等安全機(jī)制；⑦支持通過(guò)熱成像功能實(shí)現(xiàn)人、車(chē)檢索報(bào)警功能；⑧有較強(qiáng)的透霧能力，在有霧的天氣環(huán)境中能夠?qū)崿F(xiàn)巡航路線中發(fā)現(xiàn)人車(chē)并報(bào)警至地面站；⑨與安太堡露天礦現(xiàn)有管理平臺(tái)相融合銜接。

2.4 系統(tǒng)主要部件性能參數(shù)

系統(tǒng)主要部件的性能參數(shù)如下：

1）云臺(tái)槍機(jī)。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(shí)參照物大小不大于：人形1.8 m×0.5 m、車(chē)輛1.4 m×4.0 m；④人員最遠(yuǎn)報(bào)警距離（周界報(bào)警）2 300 m；⑤車(chē)輛最遠(yuǎn)報(bào)警距離（周界報(bào)警）6 900 m；⑥視場(chǎng)角2.8°×2.3°～26.6°×21.4°；⑦可見(jiàn)光鏡頭：16.7～1 000 mm；⑧可見(jiàn)光最大圖像分辨率：200 萬(wàn)；⑨云臺(tái)角度范圍：水平方向360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，垂直方向-45°～+45°；⑩支持光學(xué)透霧；1○支持激光補(bǔ)光，有效補(bǔ)光距離不小于3 km；12○電源：DC48 V±25%；13○壓縮標(biāo)準(zhǔn)：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(hù)等級(jí)：不低于IP67。

2）無(wú)人機(jī)套裝。①無(wú)人機(jī)：采用一體化碳纖維機(jī)體，重量輕，動(dòng)力性能強(qiáng)勁，折疊式設(shè)計(jì)，方便收納攜帶，內(nèi)置GPS 模塊，對(duì)角線軸距小于1 500 mm，滿電續(xù)航時(shí)間不少于60 min，最大平飛速度不少于54 km/h，機(jī)身自重不超過(guò)7.5 kg，抗風(fēng)能力不小于7級(jí)；②紅外熱成像相機(jī)：錄像分辨率不小于640×512，支持不少于8 倍數(shù)字變焦，不少于14 種偽彩，壓縮標(biāo)準(zhǔn)支持H.264，支持最高點(diǎn)測(cè)溫、區(qū)域測(cè)溫，測(cè)溫范圍-20～150 ℃，支持TF 卡存儲(chǔ)；③可見(jiàn)光相機(jī)：最大分辨率不低于1 080 P，支持30 倍光學(xué)變倍，壓縮標(biāo)準(zhǔn)支持H.264/H.265，具有3D 降噪功能，支持TF 卡存儲(chǔ)；④云臺(tái)：俯仰-90°～＋30°，橫滾±45°，航向360°，工作模式為跟隨模式或獨(dú)立模式；⑤地面站：支持自動(dòng)飛行控制、手動(dòng)飛行控制、云臺(tái)操控，具有接收顯示飛行數(shù)據(jù)和圖像功能，內(nèi)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(wǎng)絡(luò)支持移動(dòng)、聯(lián)通、電信4G、RJ45、Wi-fi AP 等；支持TF 卡存儲(chǔ)；內(nèi)置充電電池。

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

4）后臺(tái)設(shè)備。數(shù)據(jù)服務(wù)器使用信息中心統(tǒng)一搭建的數(shù)據(jù)中心超融合服務(wù)器，客戶端PC 采用信息中心統(tǒng)一配置的新調(diào)度室操作臺(tái)客戶端。前端設(shè)備配套的系統(tǒng)及預(yù)警平臺(tái)須與信息中心統(tǒng)一搭建的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器相適配，并開(kāi)放數(shù)據(jù)接口，使數(shù)據(jù)可接入信息集成平臺(tái)[8]。

3 結(jié)語(yǔ)

安太堡礦爆破過(guò)程監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)全礦爆破區(qū)域關(guān)鍵環(huán)節(jié)和現(xiàn)場(chǎng)工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀況可以在調(diào)度室操作臺(tái)實(shí)時(shí)顯示，也可在公司局域網(wǎng)的終端進(jìn)行實(shí)時(shí)瀏覽。系統(tǒng)支持區(qū)域入侵偵測(cè)、熱成像和可見(jiàn)光聯(lián)動(dòng)智能跟蹤、多場(chǎng)景巡航跟蹤功能，一旦發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式發(fā)出報(bào)警，及時(shí)通知相關(guān)人員進(jìn)行處理，并對(duì)報(bào)警事件進(jìn)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(bǔ)了人工巡查可能存在未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的缺陷，提高了問(wèn)題發(fā)現(xiàn)能力和處理效率。該系統(tǒng)與安太堡礦原有管控一體化平臺(tái)的融合有效提升了礦日常監(jiān)管的精細(xì)化、信息化和智能化水平，對(duì)于安太堡礦打造本質(zhì)安全型智能化礦山、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量高效益發(fā)展有著較大的助益。