無極繩絞車無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊 宇

（山西西山煤電新產(chǎn)業(yè)有限公司，山西 太原 030053）

與傳統(tǒng)的多部絞車相比，無極繩絞車（也稱“變坡運(yùn)輸系統(tǒng)”）憑借其輸出力矩大的優(yōu)勢(shì)，在工作面順槽和采掘大巷運(yùn)輸過程中，能夠完成對(duì)大型設(shè)備和材料的長(zhǎng)距離運(yùn)輸。調(diào)查顯示，現(xiàn)階段，大部分煤礦的無極繩絞車處于盲開階段，加之上坡、下坡和拐彎的影響，極容易引發(fā)安全事故。因此，為方便礦井調(diào)度室監(jiān)控?zé)o極繩絞車，解決以往視頻監(jiān)控難的問題，本文結(jié)合以往對(duì)無極繩絞車無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例，設(shè)計(jì)一種無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)西山煤電五溝煤礦無極繩絞車運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，避免運(yùn)輸事故的發(fā)生。

1 無極繩絞車無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

無極繩絞車無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要利用網(wǎng)絡(luò)攝像儀、CPE以及無線AP實(shí)現(xiàn)視頻傳輸功能。在絞車上固定網(wǎng)絡(luò)攝像儀和CPE的基礎(chǔ)上，采用無線形式完成與基站的連接，針對(duì)各個(gè)接入點(diǎn)，采取有線連接形式。利用CPE將網(wǎng)絡(luò)攝像儀采集到的數(shù)據(jù)傳送至節(jié)點(diǎn)AP，并借助于線纜向主基站傳輸，利用以太環(huán)網(wǎng)將視頻碼流傳送至地面調(diào)度室，通過解碼，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。將絞車行進(jìn)路線作為參考依據(jù)，對(duì)無線AP進(jìn)行排列，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下軌道無線網(wǎng)絡(luò)的全范圍覆蓋，為CPE在不同AP節(jié)點(diǎn)的切換提供方便。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖1。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2 系統(tǒng)總體構(gòu)建

本研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由隔爆型監(jiān)視器、隔爆兼本安型無線AP、隔爆兼本安型不間斷電源箱以及CPE等構(gòu)成。通過對(duì)無線AP進(jìn)行級(jí)聯(lián)，形成總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣?gòu)，全面覆蓋井下巷道，拓展煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，構(gòu)建科學(xué)的無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 設(shè)計(jì)實(shí)施方案

在無線AP基站的調(diào)試和安裝過程中，應(yīng)充分考慮到五溝煤礦的地理環(huán)境因素。將1臺(tái)無線AP安裝在礦口軌道起始處，每隔200m安裝1臺(tái)，共計(jì)安裝11臺(tái)基站，實(shí)現(xiàn)對(duì)無極繩絞車運(yùn)行全過程的監(jiān)控。在絞車上分別安裝2臺(tái)網(wǎng)絡(luò)攝像儀和CPE，利用CPE完成對(duì)所采集視頻的無線發(fā)射。CPE與巷道的無線AP采用無線連接形式，無線AP在接收到無線數(shù)據(jù)后，利用以太環(huán)網(wǎng)將其傳送至地面調(diào)度室和上位機(jī)。

在無極繩絞車運(yùn)行前，應(yīng)對(duì)CPE、無線AP以及攝像儀的IP地址進(jìn)行合理設(shè)置，并檢驗(yàn)各部分是否連通。試驗(yàn)人員跟隨無極繩絞車移動(dòng)，以便能夠?qū)PE在AP子網(wǎng)間的漫游切換情況進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)記錄，并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試和改進(jìn)。在反復(fù)多次的調(diào)整后，方可進(jìn)行實(shí)操試驗(yàn)。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 地面測(cè)試

本次地面測(cè)試共涉及1臺(tái)主站和4臺(tái)分站，站與站之間的間隔為100m。將主站與顯示器、電腦進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)分站的動(dòng)態(tài)監(jiān)視。在推車上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)攝像儀、CPE和不間斷電源，推車自主站向分站運(yùn)動(dòng)，第1臺(tái)分站和最后1臺(tái)分站處分別設(shè)置2處90°的拐角。地面測(cè)試情況見表1。

4.2 井下測(cè)試

本次井下測(cè)試在井下斜巷進(jìn)行布置，共設(shè)置1臺(tái)主站和10臺(tái)分站，站與站間隔100m，利用光纜完成連接。將不間斷電源、網(wǎng)絡(luò)攝像儀和CPE安裝在絞車上，主基站位于上車場(chǎng)，絞車沿下車場(chǎng)方向行駛。無線AP基站的連接測(cè)試情況和井下視頻傳輸測(cè)試情況分別如表2和表3所示。在地面調(diào)度室的監(jiān)視器上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下視頻圖像以及上位機(jī)與井下基站連接情況的實(shí)時(shí)顯示。

4.3 結(jié)果分析與改進(jìn)

表2結(jié)果表明：2臺(tái)無線AP基站的連接效果不理想。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)情況分析，原因?yàn)榈?臺(tái)和第2臺(tái)分站間存在變坡點(diǎn)。經(jīng)測(cè)試，連接信號(hào)在變坡處發(fā)生中斷，重啟連接需耗時(shí)約10s，且第1臺(tái)和第2臺(tái)信號(hào)分別為-33dBm和-84dBm，第2臺(tái)趨近于斷裂的臨界點(diǎn)，據(jù)此可認(rèn)為，信號(hào)在變坡處發(fā)生丟失。第9臺(tái)基站前后距離較遠(yuǎn)，因而連接情況不理想。

通過對(duì)表3進(jìn)行分析可知，與地面測(cè)試結(jié)果相比，井下各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)效果較差，考慮原因可能與井下空間環(huán)境復(fù)雜有關(guān)。如井下煤層巖層具有導(dǎo)電性會(huì)影響到電磁波的傳輸。因此，為了提升無線視頻監(jiān)控的可靠性，可通過增加無線接入點(diǎn)的排列密度進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過不斷調(diào)試和改進(jìn)，無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻傳輸性能明顯提升，基本無延時(shí)現(xiàn)象發(fā)生，在較小變坡處的切換延時(shí)在可控范圍內(nèi)，圖像傳輸質(zhì)量良好，為邊坡運(yùn)輸系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了保障。

5 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)出一種無極繩絞車無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)攝像儀、CPE以及無線AP實(shí)現(xiàn)無極繩絞車運(yùn)行狀態(tài)視頻傳輸功能，便于實(shí)時(shí)監(jiān)控絞車的運(yùn)行狀況。

（2）根據(jù)測(cè)試結(jié)果，增加無線接入點(diǎn)的排列密度對(duì)監(jiān)控進(jìn)行優(yōu)化，提高了無線視頻監(jiān)控的可靠性，經(jīng)過不斷調(diào)試和改進(jìn)，無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻傳輸性能明顯提升。

表2 無線AP基站的連接測(cè)試情況

表3 井下視頻傳輸測(cè)試情況