煤礦無人工作面中視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究

何 芳，王俊娟

（1.山西職工醫(yī)學(xué)院，山西 太原 030012；2.聞喜縣西官莊中學(xué)，山西 聞喜 043800）

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。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行實時監(jiān)控，不僅能直觀地監(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?；赥CP/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，促進了基于IP技術(shù)的各種視頻通信應(yīng)用，如網(wǎng)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。

1 視頻傳輸技術(shù)

煤礦監(jiān)控的系統(tǒng)組成包括監(jiān)控前端、傳輸方式、監(jiān)控中心、監(jiān)控終端等部分。監(jiān)控前端包括防爆攝像機、模擬攝像機、視頻編碼器、網(wǎng)絡(luò)攝像機、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，另外加配護罩等。

此外，根據(jù)監(jiān)控傳輸方式的不同，還可以分為以下3種：

（1）線纜傳輸，其優(yōu)點是不會產(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，包括有的礦井長達(dá)幾千米，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，就要拉幾條視頻線，在井上尚且困難，在井下就會更加困難。

（2）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。其缺點是煤礦井下環(huán)境特殊，不允許在井下進行融接，所以必須在井上融接好后再到井下，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)測點光纖拉到井上重新進行融接，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)；由于光端機成本很高，這無疑會增加工程的成本；后期增加監(jiān)控點不容易。

（3）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，不易失真，傳輸無延時；系統(tǒng)設(shè)備可以將800線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2.4 G和5.8 G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)字微波中繼傳輸機以延長傳輸距離，監(jiān)控距離可達(dá)數(shù)10 km。后期維護簡單方便：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，如果有新增節(jié)點加入不用重新布線，只需插入到主干電纜上即可，出現(xiàn)故障查找容易，維護方便，簡單可靠。

2 工作面視頻監(jiān)控

井下工作面環(huán)境相對巷道視頻監(jiān)測要復(fù)雜和困難。大型設(shè)備較多，并且在不斷向前推移，帶來設(shè)備布線困難，電磁干擾較多；粉塵、水霧較大，導(dǎo)致監(jiān)測效果不佳。如何將工作面完全視頻化監(jiān)控還沒有一個較好的方案。

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)濟實用等特點，具有方便擴展、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)。

（1）布線簡單、安裝方便、損害率低。

（2）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。

（3）先進性：煤礦監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)盡量采用先進技術(shù)產(chǎn)品設(shè)備，只有采用先進技術(shù)設(shè)備，才能保證系統(tǒng)先進性。

（4）可靠性：系統(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)安全可靠運行。

（5）經(jīng)濟性：系統(tǒng)的經(jīng)濟性是一個重要因素，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。

（6）可擴展性：在系統(tǒng)需要擴展時，前端設(shè)備數(shù)量將靈活增加，不改變系統(tǒng)的運行方式，以保證用戶的投資安全。

（7）實用性：采用高科技手段，進行智能化設(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、維護簡單；軟件使用界面友好，完全達(dá)到智能化控制。

結(jié)合工作面的實際情況，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計了共纜傳輸方案，該方案具有以下特點：①共纜傳輸方式是將多個監(jiān)控點信號共用一根電纜傳輸，大大節(jié)省了線纜數(shù)量和施工時間，降低了系統(tǒng)成本和施工難度。②該系統(tǒng)以同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，安裝工藝簡單，性能可靠。③信號抗干擾性強，系統(tǒng)采用特殊的信號調(diào)制方式，克服了普通同軸電纜信號易受干擾的缺點，視頻信號不易失真，傳輸無延時，畫面清晰，傳輸速度快，基本沒有延時。④傳輸距離遠(yuǎn)，采用頻率拓展技術(shù)，可以在較遠(yuǎn)的范圍內(nèi)傳輸，而且可以添加放大器以延長傳輸距離，監(jiān)控距離可達(dá)數(shù)千米。⑤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護、擴展簡單方便，有新增節(jié)點加入不用重新布線，只需插入到主干電纜上即可，出現(xiàn)故障查找容易，維護方便，簡單可靠。⑥系統(tǒng)特別適合煤礦井下采煤工作面、掘進工作面的監(jiān)視點位置經(jīng)常的動態(tài)檢測點。

圖1 共纜視頻監(jiān)控系統(tǒng)

共纜監(jiān)控系統(tǒng)由地面中心鉆，共纜主控軟件、礦用隔爆攝像儀、礦用視頻遠(yuǎn)傳器、礦用視頻插入器、礦用視頻單向放大器、視頻還原處理器、共纜監(jiān)控器、轉(zhuǎn)換隔離器、和監(jiān)控計算機組成，結(jié)構(gòu)圖見圖1。

3 結(jié)論

文章闡述了現(xiàn)有煤礦使用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的3種方法，結(jié)合工作面視頻監(jiān)控的實際環(huán)境和要求，分析了3種辦法的優(yōu)缺點，最終設(shè)計了一種適合本集團公司礦井實際情況的工作面視頻監(jiān)控方案。該方案解決了布線難、安裝復(fù)雜、維護困難等弊病，是一種值得推廣的方案。