無極繩絞車無線視頻監控系統設計與實現

楊 宇

（山西西山煤電新產業有限公司，山西 太原 030053）

與傳統的多部絞車相比，無極繩絞車（也稱“變坡運輸系統”）憑借其輸出力矩大的優勢，在工作面順槽和采掘大巷運輸過程中，能夠完成對大型設備和材料的長距離運輸。調查顯示，現階段，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，極容易引發安全事故。因此，為方便礦井調度室監控無極繩絞車，解決以往視頻監控難的問題，本文結合以往對無極繩絞車無線視頻監控系統設計案例，設計一種無線視頻監控系統，對西山煤電五溝煤礦無極繩絞車運行進行監控，避免運輸事故的發生。

1 無極繩絞車無線視頻監控系統的設計方案

無極繩絞車無線視頻監控系統主要利用網絡攝像儀、CPE以及無線AP實現視頻傳輸功能。在絞車上固定網絡攝像儀和CPE的基礎上，采用無線形式完成與基站的連接，針對各個接入點，采取有線連接形式。利用CPE將網絡攝像儀采集到的數據傳送至節點AP，并借助于線纜向主基站傳輸，利用以太環網將視頻碼流傳送至地面調度室，通過解碼，實現實時監控。將絞車行進路線作為參考依據，對無線AP進行排列，實現對井下軌道無線網絡的全范圍覆蓋，為CPE在不同AP節點的切換提供方便。系統網絡拓撲圖見圖1。

圖1 系統網絡拓撲圖

2 系統總體構建

本研究設計的系統主要由隔爆型監視器、隔爆兼本安型無線AP、隔爆兼本安型不間斷電源箱以及CPE等構成。通過對無線AP進行級聯，形成總線型網絡拓撲建構，全面覆蓋井下巷道，拓展煤礦工業以太環網，構建科學的無線網絡通信系統。系統結構見圖2。

圖2 系統結構圖

3 設計實施方案

在無線AP基站的調試和安裝過程中，應充分考慮到五溝煤礦的地理環境因素。將1臺無線AP安裝在礦口軌道起始處，每隔200m安裝1臺，共計安裝11臺基站，實現對無極繩絞車運行全過程的監控。在絞車上分別安裝2臺網絡攝像儀和CPE，利用CPE完成對所采集視頻的無線發射。CPE與巷道的無線AP采用無線連接形式，無線AP在接收到無線數據后，利用以太環網將其傳送至地面調度室和上位機。

在無極繩絞車運行前，應對CPE、無線AP以及攝像儀的IP地址進行合理設置，并檢驗各部分是否連通。試驗人員跟隨無極繩絞車移動，以便能夠對CPE在AP子網間的漫游切換情況進行實時查看，完成各項數據記錄，并結合實測數據對相關參數進行調試和改進。在反復多次的調整后，方可進行實操試驗。

4 系統測試

4.1 地面測試

本次地面測試共涉及1臺主站和4臺分站，站與站之間的間隔為100m。將主站與顯示器、電腦進行連接，實現對各個分站的動態監視。在推車上設置網絡攝像儀、CPE和不間斷電源，推車自主站向分站運動，第1臺分站和最后1臺分站處分別設置2處90°的拐角。地面測試情況見表1。

4.2 井下測試

本次井下測試在井下斜巷進行布置，共設置1臺主站和10臺分站，站與站間隔100m，利用光纜完成連接。將不間斷電源、網絡攝像儀和CPE安裝在絞車上，主基站位于上車場，絞車沿下車場方向行駛。無線AP基站的連接測試情況和井下視頻傳輸測試情況分別如表2和表3所示。在地面調度室的監視器上能夠實現對井下視頻圖像以及上位機與井下基站連接情況的實時顯示。

4.3 結果分析與改進

表2結果表明：2臺無線AP基站的連接效果不理想。結合現場觀測情況分析，原因為第1臺和第2臺分站間存在變坡點。經測試，連接信號在變坡處發生中斷，重啟連接需耗時約10s，且第1臺和第2臺信號分別為-33dBm和-84dBm，第2臺趨近于斷裂的臨界點，據此可認為，信號在變坡處發生丟失。第9臺基站前后距離較遠，因而連接情況不理想。

通過對表3進行分析可知，與地面測試結果相比，井下各項測試指標效果較差，考慮原因可能與井下空間環境復雜有關。如井下煤層巖層具有導電性會影響到電磁波的傳輸。因此，為了提升無線視頻監控的可靠性，可通過增加無線接入點的排列密度進行優化。經過不斷調試和改進，無線視頻監控系統的視頻傳輸性能明顯提升，基本無延時現象發生，在較小變坡處的切換延時在可控范圍內，圖像傳輸質量良好，為邊坡運輸系統的安全運行提供了保障。

5 結論

（1）設計出一種無極繩絞車無線視頻監控系統，系統利用網絡攝像儀、CPE以及無線AP實現無極繩絞車運行狀態視頻傳輸功能，便于實時監控絞車的運行狀況。

（2）根據測試結果，增加無線接入點的排列密度對監控進行優化，提高了無線視頻監控的可靠性，經過不斷調試和改進，無線視頻監控系統的視頻傳輸性能明顯提升。

表2 無線AP基站的連接測試情況

表3 井下視頻傳輸測試情況