淺談井筒無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

【摘要】根據(jù)國(guó)家智慧礦山技術(shù)規(guī)范，我國(guó)智能化礦山建設(shè)正式啟動(dòng)，無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)以無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置為基礎(chǔ)，無(wú)線(xiàn)信號(hào)為載體，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷的圖像傳輸，縮短故障處理時(shí)間，提高巡檢人員安全系數(shù)，有效的提高了豎井提升系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，將成為今后煤礦安全運(yùn)轉(zhuǎn)不可或缺的一部分。

【關(guān)鍵詞】井筒;無(wú)線(xiàn)視頻;監(jiān)控;無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸;智慧礦山

0 引言

2018年5月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》正式頒布實(shí)施，我國(guó)智能化礦山建設(shè)正式啟動(dòng)。礦山生產(chǎn)模式不斷更新，采礦工業(yè)向規(guī)模化、集約化、協(xié)同化方向發(fā)展，采礦工程邁入遙控化、智能化乃至無(wú)人化階段。井筒作為礦山生產(chǎn)的咽喉，擔(dān)負(fù)著全礦人員上下、設(shè)備與物料升回及原煤提升任務(wù)，根據(jù)規(guī)定每周需安排巡檢人員站在箕斗或罐籠頂部巡檢井筒，存在很大的安全隱患;在人員、設(shè)備與物料升回、原煤提升過(guò)程中，如提升機(jī)突發(fā)故障緊急停車(chē)，司機(jī)不能掌握箕斗或罐籠內(nèi)情況，致使故障不能及時(shí)排除，影響礦井安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)。為此設(shè)計(jì)一套安全穩(wěn)定的無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)勢(shì)在必行。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

井筒無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由礦用本安型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置，礦用隔爆型攝像儀，礦用隔爆型電池箱，監(jiān)控主機(jī)與顯示器等部分構(gòu)成。

礦用隔爆型電池箱直接為礦用本安型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置供電，罐籠每層安裝一個(gè)礦用隔爆型攝像儀，頂部安裝兩臺(tái)礦用隔爆型攝像儀，礦用隔爆型攝像儀由礦用阻燃通訊電纜接入礦用本安型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置通過(guò)POE端口在傳輸音視頻信號(hào)的同時(shí)為攝像儀供電;井口井架上與兩碼罐籠頂部各安裝一臺(tái)礦用本安型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置，組件橋接網(wǎng)絡(luò);井口無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)直接接入車(chē)房硬盤(pán)錄像機(jī)，將罐籠上視頻傳至車(chē)房顯示圖像。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 罐籠音、視頻監(jiān)控終端

在罐籠內(nèi)每層安裝一個(gè)隔爆型攝像儀，罐籠頂部安裝兩個(gè)隔爆型攝像儀，各攝像儀通過(guò)礦用阻燃網(wǎng)線(xiàn)與礦用本安型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置相連，各攝像儀通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置POE端口為攝像儀供電，礦用隔爆型電池箱直接為礦用本安型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置供電。

2.2 井筒無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)

在兩碼罐籠（箕斗）頂部分別安裝一個(gè)礦用本安型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置，與井口井架上安裝的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置天線(xiàn)面板相對(duì)，組成一對(duì)二橋接網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)井筒無(wú)線(xiàn)全覆蓋。

2.3 地面音、視頻監(jiān)控系統(tǒng)

地面音、視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括地面工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控主機(jī)和顯示器。監(jiān)控主機(jī)通過(guò)地面工業(yè)以太網(wǎng)、井筒無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)與罐籠音、視頻監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)橋接，終端畫(huà)面接入監(jiān)控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的不間斷連續(xù)顯示。可實(shí)時(shí)觀察井筒內(nèi)設(shè)備與井筒井壁情況，在發(fā)生故障緊急停車(chē)時(shí)，還地面可通過(guò)監(jiān)控主機(jī)觀察罐籠內(nèi)人員設(shè)備情況，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話(huà)，提高故障排除速度，提高安全系數(shù)。

3 系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

3.1 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置是一臺(tái)基于802.11N，5.8G頻段的無(wú)線(xiàn)寬帶接入和傳輸產(chǎn)品，支持802.11a/n， TDMA工作協(xié)議，最大功耗小于8W，采用雙極化（水平+垂直）天線(xiàn)，方向角為水平30度，仰角15度。

該無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置內(nèi)置XTrans無(wú)線(xiàn)技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了業(yè)界領(lǐng)先的核心技術(shù)，具有傳輸距離遠(yuǎn)，無(wú)線(xiàn)傳輸吞吐率高，無(wú)線(xiàn)傳輸速率穩(wěn)定，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)接入數(shù)目多、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)帶寬分配均勻，抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。

5.8G頻段克服了傳統(tǒng)2.4G只能傳輸幾百米的限制，XTrans技術(shù)使得每臺(tái)設(shè)備在設(shè)定的時(shí)隙工作優(yōu)化點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信;“背靠背”中繼可以使多臺(tái)設(shè)備構(gòu)建一個(gè)多跳鏈路，克服了市面上很多設(shè)備點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸需要無(wú)遮擋環(huán)境的缺點(diǎn)，更加適用于更加復(fù)雜的室外環(huán)境。

該裝置最佳傳輸距離為0～3公里，最大傳輸速率達(dá)到300Mbps，并且具有優(yōu)異的遠(yuǎn)距離傳輸性能，可傳輸多路高清視頻。它可以作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)遠(yuǎn)程接入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置，無(wú)線(xiàn)寬帶最后1公里接入，遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)監(jiān)控。

3.2音、視頻監(jiān)控終端

作為音視頻監(jiān)控終端的礦用隔爆型攝像儀，可選擇支持“Smart265”視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)攝像儀，支持POE供電，最好功耗12W。

POE供電實(shí)現(xiàn)攝像儀供電與數(shù)據(jù)傳輸僅用一根礦用阻燃通訊電纜即可，使系統(tǒng)配置更加簡(jiǎn)單靈活可靠。

“Smart265”是海康威視研究院自主研發(fā)的基于視頻編解碼應(yīng)用的技術(shù)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景的特點(diǎn)而研發(fā)，可在H.265編碼的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升壓縮率，有效節(jié)約網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)資源。在分辨率1080P，幀率25fps，推薦碼率下，5單個(gè)攝像頭分別以H.264、H.265、Smart265編碼類(lèi)型存儲(chǔ)時(shí)，占用帶寬約為5.8Mbps、2.9Mbps、1.5Mbps。

使用網(wǎng)絡(luò)攝像儀組網(wǎng)更方便，有利于提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)充性。

3.3礦用隔爆型電池箱

礦用隔爆型電池箱產(chǎn)品形式為箱式設(shè)備，內(nèi)部由蓄電池組組成，輸出電壓為直流24V（額定），可給井下設(shè)備提供后備電源。礦用隔爆型電池箱外殼為隔爆設(shè)計(jì)。電池容量：24 V/9 Ah。

4 應(yīng)用效果

在實(shí)際使用中，得益于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置優(yōu)異的遠(yuǎn)距離傳輸性能，和礦用隔爆型攝像儀先進(jìn)的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，該無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有較大的靈活性，只要在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，罐籠在各種工況速度下運(yùn)行，均能保證視頻圖像清晰連續(xù)可靠的上傳至地面監(jiān)控主站，通過(guò)地面監(jiān)控主站還可根據(jù)需要自由設(shè)置圖像參數(shù)，具有較高的可操作性。

雖然該監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中，畫(huà)面穩(wěn)定可靠，但是在使用的過(guò)程中也暴露一個(gè)缺陷，就是電池箱容量小，充一次電，安裝1個(gè)攝像儀的情況下，理論使用時(shí)間也僅有10.8h，如果要提高使用時(shí)間，就必須增加電池容量，但是增加容量，也會(huì)增加設(shè)備空間與重量。

鑒于實(shí)際使用中電池箱存在的情況，如果礦用隔爆電池箱可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)充電，那么將會(huì)彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，將會(huì)大大提高井筒無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)用性和推廣性。且今后可以以無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)與無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步發(fā)展罐內(nèi)阻、電動(dòng)罐鏈門(mén)等裝置，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)罐道梁、井筒井壁、井壁光、電纜及井筒設(shè)備和罐道罐耳實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等功能，打造智能罐籠，智能箕斗，實(shí)現(xiàn)井筒作業(yè)的智能化，大大提高系統(tǒng)的安全系數(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)以無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置為基礎(chǔ)，無(wú)線(xiàn)信號(hào)為載體，將移動(dòng)的罐籠與地面監(jiān)控主站聯(lián)系，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷的圖像傳輸，縮短故障處理時(shí)間，提高巡檢人員安全系數(shù)，有效的提高了豎井提升系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，將成為今后煤礦安全運(yùn)轉(zhuǎn)不可或缺的一部分。

個(gè)人簡(jiǎn)介：劉江坡（1987.4-），男，河北工業(yè)大學(xué)電子信息工程專(zhuān)業(yè)學(xué)士學(xué)位，電氣工程師，煤礦機(jī)電。

參考文獻(xiàn)：

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