視頻信息融合技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

馬 勇 李 敏 高常華

（山東新河礦業(yè)有限公司，山東 濟寧 272400）

1 項目背景

煤礦是高危行業(yè)，安全監(jiān)控系統(tǒng)的使用顯得尤為重要。礦井現(xiàn)用監(jiān)控系統(tǒng)多數(shù)采用Windows中文平臺，監(jiān)控中心站配備2套監(jiān)控主機，1臺工作，1臺備用，井上下均采用以太網(wǎng)傳輸，數(shù)據(jù)觀測采用模擬量傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)、定義信息、歷史記錄、動態(tài)圖形等監(jiān)測數(shù)據(jù)的上傳及保存。

為提高煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確性、靈敏性、可靠性、穩(wěn)定性和易維護性，增強煤礦安全保障能力，國家煤礦安監(jiān)局組織制定了《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》，繼而山東省制定了《山東煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案實施標(biāo)準(zhǔn)》，《山東煤礦安全監(jiān)察局關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)國家煤礦安監(jiān)局煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案的通知》。通過促進安全監(jiān)測監(jiān)控新技術(shù)、新裝備的推廣應(yīng)用，安全監(jiān)測監(jiān)控多元融合和信息共享，促進安全監(jiān)控系統(tǒng)的有效使用，充分發(fā)揮安全監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的重要作用，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)性能和安全可靠性，實現(xiàn)安全監(jiān)測監(jiān)控信息的深度分析和綜合利用，提升井下日常安全生產(chǎn)技術(shù)保障水平，從而適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)的需要。

2 礦井基本情況

2.1 礦井交通位置、隸屬關(guān)系

新河礦業(yè)公司位于濟寧煤田唐口勘探區(qū)的西南部邊緣，井田中心西距嘉祥縣城約7.5km，東距濟寧市約10km，隸屬于淄博礦業(yè)集團有限責(zé)任公司。

2.2 礦井煤層概況

礦井工作區(qū)位于濟寧煤田唐口勘探區(qū)西南部。本井田含煤地層為山西組和太原組，平均總厚度222.68m，煤層平均總厚度16.23m，其中含可采煤層三層（3、16、17煤），平均總厚度10.13m。

2.3 礦井概況

礦井采用立井、暗斜井開拓方式，礦井開采水平位于-980m水平。礦井通風(fēng)方式采用中央并列抽出式，副井進風(fēng)、主井輔助進風(fēng)，回風(fēng)井回風(fēng)。地面主通風(fēng)機房裝備2臺GAF23.7-11.8-1型軸流式風(fēng)機，風(fēng)機的配套電機為560kW，轉(zhuǎn)速980r/min，礦井主通風(fēng)機運轉(zhuǎn)良好，風(fēng)量能夠滿足礦井需要。

2.4 礦井瓦斯、煤塵及其他災(zāi)害情況

新河礦業(yè)公司為低瓦斯礦井，瓦斯絕對涌出量3.04m3/min，瓦斯相對涌出量1.58m3/t，二氧化碳絕對涌出量4.05m3/min，二氧化碳相對涌出量2.11m3/min。

新河礦業(yè)公司所采3煤層抑制煤塵爆炸的最低巖份量為80%，火焰長度400mm，爆炸指數(shù)為38.33%，具有煤塵爆炸性。所采3煤層的自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬自燃煤層。自燃發(fā)火期為40d。

3 原安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)裝備情況

新河礦業(yè)公司2009年9月份裝備了KJ76N監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，地面設(shè)置了監(jiān)測監(jiān)控室，配備了監(jiān)測監(jiān)控主機（1用、1備）、打印機、錄音電話、聲光報警器，室內(nèi)安設(shè)了雙電源控制柜。井下各種傳感器設(shè)置齊全，并實現(xiàn)了24h在線連續(xù)檢測。礦井配置KJ76N-F型礦用傳輸分站共32臺，各類傳感器137臺，以及數(shù)萬米煤礦用通信阻燃電纜組成的集數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、控制、存儲于一體的礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，安全巡檢周期為20s左右。各種功能及技術(shù)參數(shù)均符合《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029-2007）標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 監(jiān)控系統(tǒng)改造方案

新河礦業(yè)公司監(jiān)控系統(tǒng)升級改造主要包括傳輸接口升級改造、監(jiān)控服務(wù)器雙機熱備平臺升級（主備機）、基于SQL Server的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)平臺升級改造，共三個子系統(tǒng)。傳輸介質(zhì)除了將副井底到地面中心站的通訊電纜改造成光纜傳輸外，其他監(jiān)控分站與網(wǎng)絡(luò)傳輸接口以及傳感器到監(jiān)控分站之間的數(shù)據(jù)傳輸仍使用現(xiàn)有的通訊電纜。

4.1 地面部分改造

現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)使用2臺研華科技610L型監(jiān)控主機（一用一備），升級改造采用四核高性能專用監(jiān)控服務(wù)器，滿足以太網(wǎng)平臺高性能的數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計需求。采用SQL Server專用數(shù)據(jù)庫存儲瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)，設(shè)計通用的數(shù)據(jù)庫接口為綜合自動化平臺提供數(shù)據(jù)。

4.2 井下部分改造方案

在現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增設(shè)網(wǎng)絡(luò)傳輸接口和網(wǎng)絡(luò)交換機。將主通訊電纜改造成光纜傳輸，解決原有系統(tǒng)存在系統(tǒng)反應(yīng)慢、巡檢周期長、誤報警不能自動分析處理的問題。

5 視頻信息融合

5.1 視頻信息融合意義

在現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增設(shè)網(wǎng)絡(luò)傳輸接口和網(wǎng)絡(luò)交換機。將通訊電纜改造成光纜傳輸，加強饋電狀態(tài)監(jiān)測，在饋電開關(guān)處安設(shè)紅外高清攝像頭，通過井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機數(shù)據(jù)上傳至硬盤錄像機，在地面統(tǒng)一平臺上進行系統(tǒng)融合。通過安全監(jiān)測監(jiān)控與視頻信息融合，實現(xiàn)視頻信息共享，促進安全監(jiān)控系統(tǒng)的有效使用，充分發(fā)揮安全監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的重要作用。

5.2 視頻信息傳輸

視頻監(jiān)控攝像機安設(shè)于需要加強觀測的饋電開關(guān)處，攝像機采用黑白1/3CCD感光器件，攝像頭CCD圖像傳感器將鏡頭采集到的實時高清晰圖像信號傳送到網(wǎng)絡(luò)模塊，網(wǎng)絡(luò)模塊將圖像信號轉(zhuǎn)換為基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)包。通過網(wǎng)線直連方式或光纜傳輸，視頻服務(wù)器與光端機將視頻信號轉(zhuǎn)換為1Vp-p全電視視頻信號傳送井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機，然后傳輸至硬盤錄像機，傳送到網(wǎng)絡(luò)中的信號經(jīng)過視頻監(jiān)控終端的計算機解碼還原后，將攝像儀采集到的視頻圖像進行存儲、顯示從而實現(xiàn)監(jiān)控場所狀態(tài)的實時監(jiān)控，繼而實現(xiàn)安全監(jiān)測監(jiān)控與視頻信息融合，實現(xiàn)視頻信息共享，使監(jiān)控系統(tǒng)主（備）機能夠成為實現(xiàn)實時觀測視頻錄像及監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的平臺。視頻攝像頭傳輸原理圖如圖1所示。

圖1 視頻攝像頭傳輸原理圖

5.3 視頻攝像頭裝備效果

在饋電開關(guān)處等礦井重點關(guān)注單元、部位及主要設(shè)備處安設(shè)高清視頻攝像頭，利用光纜傳輸數(shù)據(jù)至交換機，通過并網(wǎng)運行控制策略，使視頻傳輸數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺，實現(xiàn)對井下重點部位的實時監(jiān)控。視頻傳輸圖像如圖2所示。

圖2 視頻傳輸圖像

視頻傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)平臺后，將視頻信息與監(jiān)控系統(tǒng)進行信息融合，實現(xiàn)視頻、監(jiān)測傳感器多參數(shù)、多數(shù)據(jù)觀測。視頻信息融合圖像如圖3所示。

圖3 視頻信息融合圖像

6 結(jié)語

本文主要介紹了監(jiān)控系統(tǒng)升級改造，打造多網(wǎng)、多系統(tǒng)、多元化信息系統(tǒng)平臺的一種應(yīng)用。在礦井重點關(guān)注單元設(shè)置紅外高清攝像頭，使視頻數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控主機并實現(xiàn)系統(tǒng)融合與視頻信息共享，促進安全監(jiān)控系統(tǒng)的有效使用，充分發(fā)揮安全監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的重要作用，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)性能和安全可靠性。