煤礦無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

1、 煤礦無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展煤炭是國家的基礎(chǔ)工業(yè)，尤其現(xiàn)在能源緊張的形式下，煤炭行業(yè)更是得到了人們的關(guān)注。同時由于煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，也給生產(chǎn)帶來了巨大的困難，事故頻頻發(fā)生，給工人造成了身體的傷害;同時也給煤炭行業(yè)造成了不好的影響。于是，煤礦監(jiān)控開始出現(xiàn)并逐漸得到普及和發(fā)展。煤礦監(jiān)控的產(chǎn)生據(jù)不完全統(tǒng)計，2007年中國煤炭產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的38.8%，可事故傷亡人數(shù)卻顯得很高。在這些事故中，瓦斯爆炸又占絕大多數(shù)。這其中固然有很多因素，但各煤礦生產(chǎn)企業(yè)安全監(jiān)測不完備、管理手段落后也是造成事故頻發(fā)的重要原因之一。在國內(nèi)頻繁發(fā)生的煤礦事故中，既有自然因素也有人為因素。國內(nèi)各有關(guān)方

2、面為了提高產(chǎn)量、降低事故發(fā)生的概率，現(xiàn)代化的信息管理模式也就應(yīng)運(yùn)而生了，為了對井下情況有全面的了解，監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦監(jiān)控提供了良好的技術(shù)保障。目前，煤礦系統(tǒng)的監(jiān)控分為井下監(jiān)控系統(tǒng)和井上監(jiān)控系統(tǒng)兩大類。煤礦井下作業(yè)因為遠(yuǎn)離地面，地形復(fù)雜，環(huán)境惡劣，所以容易發(fā)生事故。利用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，地面監(jiān)控人員可以直接對井下情況進(jìn)行實時監(jiān)控，不僅能直觀的監(jiān)視和記錄井下工作現(xiàn)場的安全生產(chǎn)情況，而且能及時發(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)的第一手圖像資料。基于TCP/IP協(xié)議的IP網(wǎng)的應(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)

3、絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。所以在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中引入現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)將是一種趨勢。這也是本文要講述的重點(diǎn)。煤礦監(jiān)控的特點(diǎn)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。煤礦井下作業(yè)因為遠(yuǎn)離地面，地形復(fù)雜，環(huán)境惡劣。利用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，地面監(jiān)控人員可以直接對井下情況進(jìn)行實時監(jiān)控，不僅能直觀的監(jiān)視和記錄井下工作現(xiàn)場的安全生產(chǎn)情況，而且能及時發(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)的第一手圖像資料。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)與測試測量技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸時代已經(jīng)到來。采用微波通信技術(shù)、數(shù)字視頻處理技術(shù)、CDMA/GPRS通訊技術(shù)、IP通信技術(shù)和光纖通信技術(shù)等先進(jìn)通信技術(shù)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控

4、系統(tǒng)，可以實時觀測煤礦的運(yùn)行情況，為安全生產(chǎn)提供了直觀的圖像信息，同時可以改善觀測、測量工作人員的工作環(huán)境，減少工作人員，做到無人值守、少人值班。煤礦監(jiān)控達(dá)到的管理目標(biāo)是，通過監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)測煤礦的工作情況;工作人員在礦井生產(chǎn)時，需要通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視煤礦環(huán)境變化情況;在某些環(huán)境下，如煤礦的進(jìn)出口等地方，大部分時間屬于無人值守狀態(tài)，需要設(shè)置監(jiān)控攝像機(jī)實時監(jiān)控;監(jiān)測礦井、礦區(qū)的周邊環(huán)境;通過一套監(jiān)控系統(tǒng)能及時了解礦井口周邊的情況;礦工進(jìn)入礦井時需要通過監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視礦井的出入情況;監(jiān)測礦上安全，對礦井安全隱患及時清理保證煤礦安全運(yùn)作。該煤炭企業(yè)對安全監(jiān)控有以下要求：實現(xiàn)公司局域網(wǎng)內(nèi)，管理人員工作電

5、腦平臺管理和監(jiān)控各個監(jiān)控點(diǎn)的情況，最終實現(xiàn)一體化的企業(yè)安防集約化控制化管理模式;公司的視頻資源統(tǒng)一集中在公司指定的計算機(jī)中，可實現(xiàn)公司所有視頻資料的本地化在線授權(quán)查詢服務(wù);攝像機(jī)工作環(huán)境的照度比較低，需要防爆、防塵、防磁性;通信線路要求遠(yuǎn)距離的傳輸采用光纖方式;辦公樓、礦井內(nèi)部、供銷部的局域網(wǎng)內(nèi)使用網(wǎng)線聯(lián)網(wǎng);攝像機(jī)拍攝的圖形效果要求清晰、速度較快;部分監(jiān)控區(qū)對高速移動物體成像要求清晰可辨;一段時間內(nèi)全實時錄像存儲功能，并要支持方便于顯示、存儲、檢索和回放;高清晰實時監(jiān)視顯示和易于輪巡切換;圖像資源共享，加強(qiáng)各級部門之間協(xié)調(diào)，并支持從礦務(wù)局、市安監(jiān)局、省安監(jiān)局進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程管理;支持與原煤礦

6、自動化控制系統(tǒng)的無縫集成，管理人員可以在原工作站上統(tǒng)一管理。煤礦監(jiān)控的設(shè)計原則開放性原則設(shè)計的現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)是開放性系統(tǒng)，實現(xiàn)與未來設(shè)備的更多互連和互操作，且能方便地融于城市信息網(wǎng)絡(luò)中。先進(jìn)性煤礦監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)盡量采用先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品設(shè)備，只有采用先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，才能保證系統(tǒng)先進(jìn)性?？煽啃韵到y(tǒng)的可靠性是第一位的，在方案設(shè)計中必須充分考慮系統(tǒng)的安全，依照安全國家標(biāo)準(zhǔn)采取安全管理措施，保證監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。經(jīng)濟(jì)性系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性是一個重要因素，使系統(tǒng)具有良好的性能價格比是共纜監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的一個重要原則?？蓴U(kuò)展性在系統(tǒng)需要擴(kuò)展時，前端設(shè)備數(shù)量將靈活增加，不改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式，以保證用戶的投資安全。實用性采用高科

7、技手段，進(jìn)行智能化設(shè)計，盡量減少系統(tǒng)操作的復(fù)雜性，并做到系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，維護(hù)簡單;軟件使用簡易，完全達(dá)到智能化控制。根據(jù)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的要求和國家有關(guān)法規(guī)，煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)方案要具有性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)實用等特點(diǎn)，具有方便擴(kuò)展、與數(shù)字電子信息系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接，為實現(xiàn)高科技可視化安防系統(tǒng)的管理奠定了基礎(chǔ)。監(jiān)控前端監(jiān)控前端包括防爆攝像機(jī)、模擬攝像機(jī)、視頻編碼器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、報警輸入/輸出設(shè)備等。還可以根據(jù)用戶及環(huán)境的不同需求，另外加配護(hù)罩和電源等。正常工作時，攝像機(jī)將采集的模擬圖像信號進(jìn)入視頻服務(wù)器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換及壓縮(MPEG-4格式，然后從視頻服務(wù)器口進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)連接器(天線一體機(jī)直接發(fā)

8、射。各發(fā)射點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連接器的帶寬為11Mbps，云臺控制信號通過解碼器傳遞給云臺以控制轉(zhuǎn)動方向。攝像機(jī)的視頻輸出通過BNC連接到網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，然后通過RJ45接頭將視頻服務(wù)器連接到網(wǎng)絡(luò)，再為視頻服務(wù)器設(shè)置一個IP地址，就可以依托利用已有的快速局域網(wǎng)或無線局域網(wǎng)，實現(xiàn)在局域網(wǎng)的任何地方，授權(quán)用戶都可以利用瀏覽器來觀看井下的工作情況。視頻服務(wù)器一般都包含一個內(nèi)置的WEB服務(wù)器，它可以增強(qiáng)傳統(tǒng)監(jiān)視系統(tǒng)的性能，并為在一個安全的內(nèi)部網(wǎng)甚至互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布監(jiān)控圖像提供了網(wǎng)絡(luò)連通性。視頻攝像機(jī)的管理、配置和監(jiān)控所有的這些功能都可以通過IE或客戶端軟件來完成。此外，還可以將其他礦井安全監(jiān)測設(shè)備如：瓦斯傳感器、通風(fēng)

9、檢測設(shè)備、報警設(shè)備等通過輔助的輸入設(shè)備連接到視頻服務(wù)器上。從某種角度上說，視頻服務(wù)器可以看作是不帶鏡頭的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(或是不帶硬盤的DVR，部分視頻服務(wù)器是可以內(nèi)置硬盤的，視頻服務(wù)器除了可以達(dá)到與網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)相同功能外，在設(shè)備的配置上更靈活。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通常受到本身鏡頭和機(jī)身功能的限制，而視頻服務(wù)器除了可以和普通的傳統(tǒng)攝像機(jī)連接外，還可以和一些特殊功能的攝像機(jī)連接，如：低照度、高靈敏度的紅外攝像機(jī)等。MPEG4硬壓縮方式在于解決低帶寬音視頻的傳輸問題，在164KHZ的帶寬上，MPEG4平均可傳5-7幀/秒。MPEG4的最高分辨率可以達(dá)到720 x 576，接近DVD畫面效果，基于圖像壓縮的模式?jīng)Q定了

10、它對運(yùn)動物體可以保證有良好的清晰度。網(wǎng)絡(luò)通信平臺網(wǎng)絡(luò)通信平臺由路由器、交換機(jī)、無線網(wǎng)橋、防火墻、通信線路等設(shè)備組成。通信線路可以采用多種方式：網(wǎng)線、光纖、有線電纜、專線、無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星、微波等。一般的傳輸方式如線纜傳輸，其優(yōu)點(diǎn)是不會產(chǎn)生電磁干擾，相對于其他傳輸方式，也不會產(chǎn)生電火花，避免了可能引發(fā)的瓦斯爆炸。但也有缺點(diǎn)，包括有的礦井長達(dá)幾公里，傳統(tǒng)的布線方式無法滿足;布線困難，如果按著傳統(tǒng)布線方式，有幾路監(jiān)測點(diǎn)，就要拉幾條視頻線，在井上尚且困難，在井下就會更加困難。采用光纖傳輸，可以使布線方便，傳輸?shù)穆窋?shù)多，不會造成傳輸信號堵塞。其缺點(diǎn)是煤礦井下環(huán)境特殊，不允許在井下進(jìn)行融接，所以必須在井上

11、融接好后再到井下，這無疑增加了施工的難度;井下會有各種突發(fā)事故發(fā)生，如果光纖斷裂，就需要將所有監(jiān)測點(diǎn)光纖拉到井上重新進(jìn)行融接，這無疑又會增加額外的人力、物力、財力，同時也會造成監(jiān)控的盲區(qū);由于光端機(jī)成本很高，這無疑會增加工程的成本;后期增加監(jiān)控點(diǎn)不容易。近年來，煤礦視頻監(jiān)控出現(xiàn)了一種新的傳輸模式：無線監(jiān)控。它的布線簡單，成本低：信號通過微波傳輸，降低了系統(tǒng)成本和施工難度;信號抗干擾性強(qiáng)，不易失真，傳輸無延時;系統(tǒng)設(shè)備可以將高清晰的攝像頭信號高保真地傳送，其傳輸速度快，沒有延時;采用頻率2.4G和5.8G技術(shù)，可以在較遠(yuǎn)的范圍內(nèi)傳輸，而且可以添加放大器或者無線數(shù)字微波中繼傳輸機(jī)以延長傳輸距離，監(jiān)

12、控距離可達(dá)數(shù)十公里;后期維護(hù)簡單方便：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，如果有新增節(jié)點(diǎn)加入不用重新布線，只需插入到主干電纜上即可，出現(xiàn)故障查找容易，維護(hù)方便，簡單可靠。煤礦企業(yè)多數(shù)都建有一套閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，采用的是模擬視頻信號，具有很大的局限性：首先，有線模擬視頻信號的傳輸對距離十分敏感，當(dāng)傳輸距離大于800米時，信號容易產(chǎn)生衰耗、 畸變、群延時，并且易受干擾，使圖像質(zhì)量下降，當(dāng)用于井下復(fù)雜的工作現(xiàn)場時，效果不好;其次，有線模擬視頻監(jiān)控?zé)o法聯(lián)網(wǎng)，只能以點(diǎn)對點(diǎn)的方式監(jiān)視現(xiàn)場，并且使得布線工程量極大，不便于系統(tǒng)的維護(hù)和升級;最后，有線模擬視頻信號數(shù)據(jù)的存儲會耗費(fèi)大量的存儲介質(zhì)(如錄像帶，查詢?nèi)∽C時十分繁瑣。以XX網(wǎng)

13、絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品的數(shù)字化視頻監(jiān)控為例，它的優(yōu)點(diǎn)正好克服了模擬閉路電視監(jiān)控的局限性。首先，數(shù)字化視頻可以在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)上傳輸圖像數(shù)據(jù)，基本上不受距離限制，信號不易受干擾，可大幅度提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性;其次，數(shù)字視頻可利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)帶寬可復(fù)用，無需重復(fù)布線;另外，數(shù)字化存儲成為，經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲在磁盤陣列中或保存在光盤中，查詢十分簡便快捷。監(jiān)視系統(tǒng)由監(jiān)控終端和顯示系統(tǒng)組成。監(jiān)控終端可采用普通的PC機(jī)，安裝客戶端軟件或使用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器訪問監(jiān)控管理服務(wù)器。用戶登錄智能安全聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，根據(jù)管理的權(quán)限使用系統(tǒng)功能。對于中心監(jiān)控室，通常會配置高性能的PC機(jī)作為監(jiān)控工作站，并建立電視墻系統(tǒng)。監(jiān)控中心監(jiān)控中心主要由監(jiān)控服務(wù)器、監(jiān)控客戶終端等組成。主要完成礦區(qū)現(xiàn)場圖像接收與顯示，用戶登錄管理，優(yōu)先權(quán)的分配，控制信號的協(xié)調(diào)，圖像的實時監(jiān)控，錄像的存儲、檢索、回放、備份、恢復(fù)等。在網(wǎng)絡(luò)上配置一臺監(jiān)控服務(wù)器，安裝客戶端軟件，監(jiān)控服務(wù)器對前端的各個攝像機(jī)、視頻服務(wù)器進(jìn)行管理，后端對所有的上網(wǎng)用戶進(jìn)行管理，同時擔(dān)