數字視頻技術在自動化工作面的應用探析

張崴 中國電子科技集團公司第三十八研究所/安徽博微廣成信息科技有限公司 馬恒哲 華北電力大學/伊利諾伊理工大學

李陽 安徽博微廣成信息科技有限公司

近年來，在煤礦開采技術領域，無人工作面一直是研究的重點，通過遠程操控各項機械設備進行生產，包括采煤、運輸、移架以及推溜等各項工作，而數字視頻技術就是無人工作面中的重要構成部分。

1 數字視頻技術在自動化工作面的應用

將數字視頻技術應用在自動化工作面中可以實時顯示工作面的生產情況，這種開采方式不僅能做到工作面少人化，同時也有效避免安全事故的發生，并且也能降低煤礦在人力資源方面的投入，促進了煤礦經濟效益的提升。

在自動化工作面應用數字視頻技術需要合理的布置數字視頻系統，通過礦井網絡實現視頻攝像頭與服務器的連接，在工作面外設置監視器以及計算機，工作人員通過監視器可以完整的看到工作面的情況，實現機械自動化生產。

2 自動化工作面的在工作系統構成

自動化工作面的工作系統主要由三部分構成，分別是采集裝置、視頻監測裝置以及采煤機遠程控制裝置，通過三種裝置的協調配合實現機械自動化生產。

2.1 視頻采集裝置

視頻采集裝置使用硬編碼方式，采用TMS320 與DM6446 雙DSP 核心架構，視頻編碼采用H.264，系統處理時間約300ms。通過這種設置可以實現信號的模數轉化，調度人員可以通過服務器查看工作面實時情況。

視頻采集裝置的設計關鍵在于攝像頭的布置，監控工作面的所有情況，就要保障相鄰攝像頭拍攝的畫面有一定的重疊，需要合理的規劃位置和視頻點的密度。由于拍攝角度固定，因此，攝像頭與工作面的距離越遠，則視場角越大，所需的攝像頭越少，投入成本就越低。此外，控制攝像頭與工作面距離的前提是要保證拍攝畫面的清晰。

為了確保布置方案可行，我們在現場進行實踐，首先，考慮到后期維護的便捷性，計劃將攝像頭布置在工作面支架的下方，如圖一所示。

圖一 支架示意圖

經過嚴格的論證分析，將攝像頭布置在H 點，攝像頭到工作面的距離約與JK 之間的距離一致，相鄰兩個支架之間的間距不超過1.5m；經過實地驗證，每3 個支架布置一個攝像頭最佳，既可保證畫面的清晰度，又能保證最大拍攝視場角。據此作出的布置方案如圖二所示，攝像頭布置A 點和B點，以A 點的攝像頭為例，其朝向為CD 的中點，可觀測區域為CD 之間的區域，恰好與相鄰攝像頭拍攝的畫面實現重合，確保工作人員可以完整的觀測工作面的情況。

圖二 攝像頭布置方案

2.2 視頻顯示裝置設計

視頻采集系統的主要功能是采集視頻信息并轉化成數字信號，通過礦井網絡完成信號傳輸，而視頻顯示裝置的主要功能就是接受傳輸的信號，并完成視頻解碼，實現畫面顯示和記錄。

在整個工作面自動化工作系統中，計算機是系統控制的核心，而視頻解碼工作也由計算機完成，包括后續的畫面顯示、分析、記錄都通過計算機進行處理[4]。計算機的工作流程如下：（1）根據工作面支架變化選擇對應的IP 地址；（2）根據IP 地址向相應的攝像頭拉取視頻信息，并等待攝像頭反應；（3）如果攝像頭正常反應則計算機正常接收數字信號；如果視頻攝像頭沒有正常反應，則需要立即啟動故障診斷，并盡快修復；（4）完成數字信號解碼，實時顯示工作面的畫面；（5）截取其中有效的視頻畫面，并保存相關視頻資料，以備后續查詢。

在實踐過程中，視頻顯示系統可以根據采煤機的實時工作位置連接不同位置的攝像頭，這樣工作人員就可以實現對采煤機的有效控制，并實時掌握工作面的情況。

2.3 采煤機遠程控制裝置設計

采煤機遠程控制裝置的控制核心也是計算機，通過礦井網絡實現與采煤機的連接，實現對采煤機的有效控制。計算機通過實時通訊采集采煤機運行過程中的各項數據，同時對采煤機的運行實施遠程控制。遠程控制裝置具備急停、閉鎖、控制搖臂升降、控制牽引加減速等控制功能。

采煤機在運行過程中，每次切割的情況可能會略有差異，預定的運行軌跡也可能與實際情況存在差異。因此，工作人員通過計算機實施監測，獲取采煤機的工作狀態，根據采煤機運行過程中的各項數據對采煤機進行遠程干預，避免出現誤操作或者誤動作。

3 結語

我國的煤炭開采技術經歷了由人力開挖到機械輔助到自動化機械開采的漫長過程中，通過自動化生產可以達到少人化的目的，有效滿足市場對于煤炭資源的需求。將數字視頻技術應用在自動化工作面中，可以實現對工作面的實時監測，從而使工作人員可以完成對開采工作的遠程控制。