井下无线视频监控

第8期2010年8月工矿自动化IndustryandMineAutomationNo.
8Aug.
2010文章编号:1671-251X(2010)08-0107-03煤矿井下防爆视频监控系统的设计宫贵家1,2,黄金波1,王德伟1(1.
安徽省煤炭科学研究院,2.
合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230001)摘要:介绍了煤矿井下防爆视频监控系统的发展,分析了目前煤矿井下防爆视频监控系统存在的问题,设计了一种煤矿井下防爆视频监控系统.
该系统综合了计算机技术、IP视频技术、视频数据的压缩及解压处理技术、互联网应用技术,实现了基于TCP/IP的点对点、点对多点、多点对多点等远程视频实时编码组播(广播)和监控、远程控制摄像机和云台的功能,提高了煤矿井下视频监控的效率.
关键词:煤矿;视频监控;监控网络;防爆控制中图分类号:TD673文献标识码:BDesignofExplosionProofVideoMonitoringandControlSystemofCoalMineUndergroundGONGGui-jia1,2,HUANGJin-bo1,WANGDe-wei1(1.
AnhuiProviceCoalScienceResearchInsitute,Hefei230001,China.
2.
SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineeringofHefeiUniversityofTechnology,Hefei230001,China)Abstract:Thepaperintroduceddevelopmentofexplosionproofvideomonitoringandcontrolsystemofcoalmineundergroundandanalyzedexistingproblemsofexplosionproofvideomonitoringandcontrolsystemofcoalmineunderground.
Italsodesignedanewexplosionproofvideomonitoringandcontrolsystemofcoalmineunderground.
Thesystemintegratescomputertechnology,IPvideotechnology,compressanddecompressprocessingtechnologyofvideodataandInternetapplicationInternettechnology,whichrealizesfunctionsofreal-timecodingmulticastandmonitoringofremotevideo,remotecameraandpan-tiltcontrolbasedonpointtopoint,pointtomultipoint,andmultipointtomultipoint,andimprovesefficiencyofvideomonitoringandcontrolofcoalmineunderground.
Keywords:coalmine,videomonitoringandcontrol,monitoringnetwork,explosionproofcontrol收稿日期:2010-04-21作者简介:宫贵家(1981-),男,安徽淮南人,工程师,国家注册安全工程师,2005年毕业于合肥工业大学,现为合肥工业大学机电工程专业在职硕士研究生,主要从事煤矿安全监控系统的研究工作.
E-mail:gongguijia@sina.
com0引言目前,在煤矿生产的安全控制中已广泛使用各种安全生产监测监控系统,包括危险气体浓度(主要指瓦斯浓度)、各种危险压力数据的监控、设备运行状况的监控、通风状况的监控、视频监控等系统.
现阶段的煤矿井下防爆视频监控系统主要是将煤矿井下特殊场合的声音、视频信息反馈到地面监控调度室,工作人员在地面根据观察到的井下情况作出判断并加以处理控制.
显然,这不利于井下工作人员实行人机交互、实时直接的控制,不能提高煤矿井下防爆视频监控系统的效率,有一定的局限性.
目前所开发的煤矿井下视频监控系统的防爆产品主要集中在摄像单元,如摄像仪防护罩、云台、解码器外壳等部分设备,而对于控制单元和监视记录单元,防爆产品还不多见.
在分析总结现阶段煤矿井下防爆视频监控系统的基础上,笔者设计了一种煤矿井下防爆视频监控系统.
该系统可大大提升煤矿视频监控系统的安全性和可靠性,对保障煤矿安全生产具有重要意义.
1煤矿井下防爆视频监控系统的发展1.
1早期防爆视频监视系统最早期的煤矿防爆视频监视系统多以摄像仪与监视器(电视)一对一的监视系统为主,如图1所示.
其工作原理:将井下防爆摄像仪与地面监控室监视器或调度室电视屏通过井下视频电缆一对一直接相连,有多少个摄像仪就有多少个监视器.
该系统监控设备繁多、复杂,没有任何技术含量,是闭路监视系统发展的最初阶段,其主要目的还是以监视为主.
后来出现了控制器、视频服务器、变倍镜头及云台,使得多个井下防爆摄像仪通过视频电缆进入地面视频服务器,这样就可以共用一台监视器相互切换监控画面,或者共用一道电视墙来对井下各场所进行实时监控.
由于引入了云台,井下人员可以根据井下实时情况来控制井下防爆摄像仪的监控方向,进一步扩大了监视范围.
此时的切换控制电路因受技术的限制,只是简单的硬件电路组合,视频切换和控制还是分开独立的,所以视频监控系统的性能和功能都不高[1].
图1早期煤矿井下防爆视频监视系统结构1.
2防爆视频监视控制系统20世纪90年代,随着计算机多媒体技术的发展,开发出了防爆视频监视控制系统.
该系统通过视频捕捉卡将一路视频采集到计算机进行显示;以此为主,建立一套完善的软硬件结合的系统,将视频监视中采集到的声音、视频信号通过开发的图像分析处理系统软件进行分析处理,然后根据处理的数据与指定的控制数据相对照,根据结果操控井下的云台及镜头,自动或者人为地把控制等具体行动有机结合起来,使得煤矿井下防爆视频监控系统真正摆脱了只监视不控制的时代.
1.
3网络化的防爆视频监控系统随着电视技术、摄像技术、计算机技术的迅猛发展,尤其是1994年以后,网络技术的迅猛发展及通信技术的高速发展,为视频监控系统的完善和网络化提供了更加广泛的技术基础,因此,许多煤矿井下防爆监控设备都增加了网络接口,甚至是光纤接入功能,为煤矿井下监控网络提供了硬件设备.
后来随着煤矿信息化的发展,全矿井光纤环网的配置又为煤矿井下监控网络提供了传输设备,这样就逐步形成了视频监控网络系统.
该系统最大的特点是采用了网络技术构成监视网,方便了数据的传输与共享.
这样的监控网可以构成某一范围内的局域网实现有限范围内的监控(见图2),也可以进入Internet实现更大范围内的监视(见图3)[2-3].
图2基于局域网的煤矿井下视频监控系统结构图3基于Internet的煤矿井下视频监控系统结构现阶段视频监控系统的网络化相当普及,这主要是因为现阶段煤矿井下大多采用光纤采集井下各种信息,以及工作站点和各种网络构架的运用,使得井下数据采集、上传与控制信号的下传、反馈更加有效.
这不仅让视频监视与控制结合更加紧密,还使视频监控系统功能更全、稳定性更高.
1.
4防爆视频监控系统的无线移动化无线局域网络的运用是构建数字综合无线局域网络系统的无线通信平台的基础,而无线网络的优势是布线简单、成本低;信号通过微波传输,降低了系统成本和施工难度;信号抗干扰性强,不易失真;系统设备可以将高清晰的摄像头信号高保真地传送,其传输速度快,没有延时;采用2.
4GHz和5.
8GHz频率技术,可以在较远的范围内传输,而且可以添加放大器或者无线数字微波中继传输机以·108·工矿自动化2010年8月延长传输距离,监控距离可达数十千米;后期维护简单方便;系统结构简单,如果有新增节点加入不用重新布线,只需插入到主干电缆上即可,出现故障查找容易,维护方便,简单可靠.
现阶段主要用于煤矿井下无线接入的网络类型有GPRS、GSM、CDMA、WiFi、Zigbee技术等.
但基于井下复杂的环境与无线传输的局限性,煤矿井下监控系统的无线传输尤其是视频监控系统的无线传输技术还不成熟(见图4),因此,煤矿井下的防爆视频监控系统的无线灵活化还有待开发与研究.
而地面的无线监控不受这些影响,完全可以开发出更完善、更灵活的移动监控网[4].
2煤矿井下防爆视频监控系统的设计笔者设计了一套煤矿井下防爆视频监控系统,如图5所示.
该系统使得井下工作人员观察与操控图4煤矿井下无线移动视频监控系统结构可以相互挂钩,方便作业,也能在井下发生事故时起到"黑匣子"的作用,完善了煤矿井下防爆视频监控系统体系,提高了系统的安全性和可靠性.
图5煤矿井下防爆视频监控系统结构该系统在防爆区域使用标准防爆设备,在安全区域结合现代化监控的特点,综合了计算机技术、IP视频技术、视频数据的压缩及解压处理技术、互联网应用技术,实现了基于TCP/IP的点对点、点对多点、多点对多点等远程视频实时编码组播(广播)和监控、远程控制摄像机和云台的功能.
该典型防爆视频监控系统还可扩展至气体防爆、粉层防爆等各种危险环境的视频监控中.
在今后的开发过程中,如果将矩阵控制器、多画面分割器以及多媒体等设备放入井下,则会形成一套更加完善的系统;如果进一步研究开发对视频监控对象的控制功能,那么对煤矿安全监控系统的性能将是一个极大的提高.
3结语从煤矿井下防爆视频监控系统的发展历程出发,总结了现阶段煤矿井下防爆视频监控系统的不完善,尤其是矿用防爆视频监控设备开发的不全面.
研制了一种新型煤矿井下防爆视频监控系统,完善了井下防爆视频监控体系,有利于井下工作人员实行人机交互、进行实时控制、直接作业,提高了煤矿井下视频监控的效率.
但防爆视频监控系统的开发及利用还刚刚起步,还要再开发特殊环境应用的视频监控系统,对视频监控对象的控制功能也需要进一步研究开发.
参考文献:[1]周金良,陈亮.
防爆监视控制系统的发展及应用[J].
中国安防产品信息,2004(6):44-47.
[2]肖涛,马震,付吉奎,等.
一种面向中小型煤矿的视频监控系统设计[J].
工矿自动化,2009(10):107-109.
[3]黄欢,和卫星,吕继东,等.
基于无线局域网的煤矿视频监控系统[J].
工矿自动化,2008(2):45-48.
[4]刘艳兵,杨维,王曙光,等.
煤矿井下无线视频监控系统的设计与实现[J].
湖南科技大学学报:自然科学版,2009,24(4):16-20.
·109·2010年第8期宫贵家等:煤矿井下防爆视频监控系统的设计