基于Wi—Fi技術(shù)的無(wú)極繩絞車(chē)運(yùn)輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)

摘 要：文章介紹了一種基于Wi-Fi技術(shù)的無(wú)極繩絞車(chē)運(yùn)輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)。利用Wi-Fi技術(shù)，無(wú)線攝像儀將采集的視頻信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳輸，不僅減少了布線，同時(shí)實(shí)現(xiàn)巷道內(nèi)的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，便于操作絞車(chē)的礦工對(duì)遇到的特殊情況及時(shí)處理，達(dá)到安全行車(chē)的目的。

關(guān)鍵詞：無(wú)極繩絞車(chē)；Wi-Fi技術(shù)；視頻監(jiān)控

引言

礦用無(wú)極繩絞車(chē)運(yùn)輸系統(tǒng)[1]是一種礦井下使用較多的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，主要應(yīng)用于工作面順槽和采掘大巷，以循環(huán)鋼絲繩牽引礦車(chē)、平板車(chē)等運(yùn)輸設(shè)備，采用無(wú)極繩輪系傳動(dòng)。由于斜巷坡度有的高達(dá)30°，距離長(zhǎng)，環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)的需要布設(shè)攝像機(jī)的關(guān)鍵位置多，走線繁瑣，同時(shí)攝像機(jī)不能移動(dòng)，布控存在的死角不容易觀察，帶來(lái)的安全隱患導(dǎo)致監(jiān)控難以到位，成為煤礦機(jī)電事故多發(fā)環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計(jì)約有超過(guò)40%以上的機(jī)電事故是在該區(qū)域發(fā)生。因此，煤礦斜巷軌道運(yùn)輸成為煤礦安全生產(chǎn)隱患的重災(zāi)區(qū)之一，煤礦斜巷軌道運(yùn)輸綜合安全監(jiān)控已經(jīng)成為一個(gè)迫切需要解決而又難以解決的難題。

為此，我們發(fā)明了基于Wi-Fi技術(shù)[2]的無(wú)極繩絞車(chē)運(yùn)輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有系統(tǒng)所存在的問(wèn)題。創(chuàng)設(shè)了一種新型結(jié)構(gòu)的基于Wi-Fi技術(shù)的無(wú)極繩絞車(chē)運(yùn)輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)及其方法，將監(jiān)控視頻用無(wú)線的Wi-Fi信號(hào)進(jìn)行傳輸，不僅解決了礦井下絞車(chē)的實(shí)時(shí)監(jiān)控問(wèn)題，還能夠改變井下監(jiān)控的布線方式，大大減少了走線帶來(lái)的成本和復(fù)雜性。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由三部分組成，視頻圖像采集系統(tǒng)，視頻傳輸和接收系統(tǒng)，視頻實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能是對(duì)無(wú)極繩絞車(chē)運(yùn)輸過(guò)程中的全程監(jiān)測(cè)，監(jiān)控?zé)o極繩絞車(chē)的運(yùn)行，對(duì)遇到的特殊情況，便于操作絞車(chē)的礦工及時(shí)處理?？蓮母旧媳ＷC運(yùn)輸時(shí)礦工人身安全，避免安全運(yùn)輸隱患和傷亡事故發(fā)生，提升了運(yùn)輸工作效率。其中供電系統(tǒng)包括隔爆蓄電池箱，隔爆蓄電池箱給無(wú)線攝像機(jī)提供12V的供電，給視頻編碼模塊和視頻解碼分屏模塊提供12V供電，給AP提供48V供電。

1.1 視頻圖像采集系統(tǒng)

視頻圖像采集系統(tǒng)包括固定在軌道機(jī)車(chē)上也設(shè)置有無(wú)線攝像機(jī)1（無(wú)線攝像機(jī)1為低照度的無(wú)線攝像機(jī)，當(dāng)運(yùn)輸巷道內(nèi)光的照度不足時(shí)，低照度的無(wú)線攝像機(jī)1在弱光的情況下也能提供清晰的還原圖像。），視頻編碼模塊和供電電源?？刹捎肏.264視頻壓縮技術(shù)[3]，占用帶寬低。視頻圖像采集系統(tǒng)主要用于巷道視頻圖像的采集和將采集到的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為可通過(guò)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。

1.2 視頻傳輸和接收系統(tǒng)

視頻傳輸和接收系統(tǒng)由為無(wú)線AP（Access Point即無(wú)線接入點(diǎn)如圖1中的2）和供電電源組成。無(wú)線AP的組網(wǎng)用到了無(wú)線AP的AP模式和AP客戶端模式。AP模式是無(wú)線AP的基本工作模式，用于構(gòu)建以無(wú)線AP為中心的集中控制式網(wǎng)絡(luò)，所有通信都通過(guò)AP來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)，類(lèi)似于有線網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)的功能。AP模式共有13信道，如果周?chē)h(huán)境中還有其他的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，盡量不要使用相同的頻率段。AP客戶端模式使設(shè)為客戶端的AP可以通過(guò)無(wú)線的方式與設(shè)為AP模式的AP相連接傳輸數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中設(shè)為客戶端模式的AP用于視頻數(shù)據(jù)的發(fā)送，設(shè)為AP模式的AP則用于視頻數(shù)據(jù)的接收。多個(gè)AP設(shè)置在軌道機(jī)車(chē)所在的運(yùn)輸巷道內(nèi)，達(dá)到絞車(chē)運(yùn)輸范圍的全覆蓋，通過(guò)光纖將多個(gè)AP連接至網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。其中AP與AP也可通過(guò)WDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接，更能簡(jiǎn)化井下的布線。

1.3 視頻實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)

視頻實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)3、解碼分屏器4和監(jiān)視器5以及供電電源組成。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將從AP2所接收到視頻信號(hào)經(jīng)解碼分屏器4的解碼和分屏成監(jiān)視示器能夠顯示的信號(hào)供監(jiān)視器5顯示。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1 支持802.11n標(biāo)準(zhǔn)

Wi-Fi技術(shù)支持802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)，其中802.11n標(biāo)準(zhǔn)不僅將數(shù)據(jù)速率提高了一個(gè)等級(jí)，傳輸帶寬最高可達(dá)300Mbps，而且使射頻（RF）信號(hào)更具彈性，穩(wěn)定性和可靠性，使視頻信號(hào)顯示清晰、流暢、無(wú)延時(shí)，達(dá)到安全行車(chē)的目的。同時(shí)802.11n在功耗面進(jìn)行了重大創(chuàng)新，保證井下在斷電情況下，設(shè)備能工作更長(zhǎng)的時(shí)間。

2.2 開(kāi)放式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)可以作為井下開(kāi)放式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，便于井下其他監(jiān)控系統(tǒng)接入到本系統(tǒng)中。

2.3 H.264視頻壓縮技術(shù)

H.264視頻壓縮技術(shù)在本系統(tǒng)中的使用，H.264[4]在編碼框架上還是沿用以往的MC-DCT結(jié)構(gòu)即運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償加變換編碼的混合（hybrid）結(jié)構(gòu)因此它保留了一些先前標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)如不受限制的運(yùn)動(dòng)矢量（unrestricted motion vectors）對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量的中值預(yù)測(cè)（median Prediction）等，此外H.264 還具有很好的錯(cuò)誤恢復(fù)能力（error resilience）和網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性（network adaptability ）。

2.4 地面實(shí)時(shí)監(jiān)控

系統(tǒng)設(shè)置有數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌?，視頻數(shù)據(jù)可以由井下工業(yè)以太網(wǎng)傳送到地面的監(jiān)控中心，以便地面也能夠同時(shí)實(shí)時(shí)地了解巷道及絞車(chē)運(yùn)行的情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于Wi-Fi技術(shù)的無(wú)極繩絞車(chē)運(yùn)輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)及其方法，能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程。其具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，并在同類(lèi)產(chǎn)品中未見(jiàn)有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公開(kāi)發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，且較現(xiàn)有的無(wú)極繩絞車(chē)運(yùn)輸系統(tǒng)具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效，從而更加適于實(shí)用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值，成為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]姜漢軍.礦用輔助運(yùn)輸設(shè)備[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[2]金純，陳林星，楊吉云.IEEE 802.11無(wú)線局域網(wǎng)[M].電子工業(yè)出版社，2004.

[3]Editor's Proposed Draft Text Modifications for Joint Video Specification（ITU-TRec. H.264 | ISO/IEC 14496-10 AVC），Draft 2[Z].JVT Document：JVT-E022d2， October，2002.

[4]王濤，汪海鷹.H.264草案中的UVLC編碼分析[J].計(jì)算機(jī)工程及應(yīng)用，2004，2.

作者簡(jiǎn)介：楊誠(chéng)（1983-），男，江蘇常州人，本科，工程師，主要研究方向：煤礦井下有線/無(wú)線傳輸、信息的獲取和融合。

許亮（1983-），男，江蘇常州人，專(zhuān)科，助理工程師，主要研究方向：煤礦井下傳感器數(shù)據(jù)采集、井下粉塵治理等。