煤礦安全自動智能視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李陽陽

（晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院， 山西 晉城 048000）

引言

目前，煤礦所應(yīng)用的電視監(jiān)控系統(tǒng)大多沒有復(fù)雜的設(shè)計(jì)及功能，僅僅可以對監(jiān)控位置的圖像進(jìn)行傳送及存儲，不能對視頻信息進(jìn)行有效的分析、處理。對于現(xiàn)場中人員所實(shí)施的一系列操作，僅僅可以依據(jù)“看”和“存”的需求來進(jìn)行處理，但是對于“管”的需求并沒有得到較好的處理。紅慶梁煤礦所安裝的智能視頻系統(tǒng)可以將礦井生產(chǎn)的安全性與智能視頻技術(shù)形成較好的結(jié)合，并與聲光等技術(shù)進(jìn)行有效的融合，以人員現(xiàn)場的行為管理為核心，再與安全管理的實(shí)際需求相結(jié)合，研發(fā)出安全智能視頻系統(tǒng)[1]。

1 系統(tǒng)概況

目前，晉煤集團(tuán)某礦井中各個作業(yè)面已完成了光纖通信，該傳輸作業(yè)的實(shí)現(xiàn)具有較好的條件及環(huán)境，而為了生產(chǎn)所建立的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以應(yīng)用已有信息系統(tǒng)中的主干傳輸網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)。

系統(tǒng)所具有的功能主要包含：堆煤檢測預(yù)警、空頂作業(yè)預(yù)警、超循環(huán)作業(yè)預(yù)警、違規(guī)抓拍、違規(guī)人員及車輛的關(guān)聯(lián)性分析等[2]。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

1）安全性。在設(shè)計(jì)的過程中必須嚴(yán)格遵循這一原則，系統(tǒng)所采取的設(shè)備必須與礦井下的安全要求相吻合，并且通過MA 認(rèn)證。在安全性的基礎(chǔ)上來提升系統(tǒng)所具有的性能。

2）簡單易用。軟件的操作頁面較為清晰明確，具有較強(qiáng)的簡便性，操作人員只需要進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)就可以實(shí)施操作。系統(tǒng)的安裝也極為簡單，安裝及維護(hù)都十分方便。所運(yùn)用的數(shù)據(jù)庫及操作系統(tǒng)具有十分簡單的維護(hù)性；應(yīng)用軟件的安裝及使用較為簡便。系統(tǒng)內(nèi)部所安裝的軟件、硬件及相關(guān)設(shè)備都進(jìn)行了模塊化處理，前端使用了嵌入式設(shè)備，可以以系統(tǒng)的需求來添加及更換板塊，確保系統(tǒng)具備較強(qiáng)的可維護(hù)性。具有較多的優(yōu)勢，如較強(qiáng)的可操性、簡單的界面等，促使數(shù)據(jù)的處理更為簡便、迅速。業(yè)務(wù)有著明確的流程，與日常業(yè)務(wù)的處理相符合；系統(tǒng)的數(shù)據(jù)易于維護(hù)，可以開展自動化備份，數(shù)據(jù)的恢復(fù)較為迅速[3]。

3）拓展性。系統(tǒng)所運(yùn)用的接口為標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP，硬件平臺具有較強(qiáng)的拓展性，當(dāng)產(chǎn)生新業(yè)務(wù)的時候，利用預(yù)先所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)來拓展業(yè)務(wù)范圍。確保業(yè)務(wù)添加時，不需要對系統(tǒng)的框架進(jìn)行改良，確保系統(tǒng)可以開展靈活的拓展。對日后的發(fā)展及改良進(jìn)行綜合考慮，在產(chǎn)品類型的選擇、管理的容量等各個方面都可以實(shí)現(xiàn)換代及擴(kuò)展。因此，從產(chǎn)品及技術(shù)的角度上講，該系統(tǒng)具備較強(qiáng)的兼容性[4]。

4）可靠性。該原則要求在設(shè)計(jì)的過程中必須盡可能降低風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)的抵抗能力。在選擇設(shè)備及設(shè)計(jì)方案的時候應(yīng)當(dāng)保證系統(tǒng)可以持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，盡可能降低故障的發(fā)生概率。確保該系統(tǒng)具備持續(xù)運(yùn)行及容錯的能力。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 設(shè)備構(gòu)成

智能視頻系統(tǒng)的硬件構(gòu)成主要有井下及機(jī)房兩部分。井下所運(yùn)用的設(shè)備主要包含了：ZB127-Z 聲光報(bào)警器、無線發(fā)射器、天線等；機(jī)房內(nèi)所安裝的設(shè)備主要有：網(wǎng)絡(luò)儲存主機(jī)、視頻綜合平臺等；該系統(tǒng)中的所有通信設(shè)備都需要借助于井下環(huán)網(wǎng)[5]。

ZB127-Z 聲光報(bào)警器的功能在于完成現(xiàn)場的語音提示及燈光提示；KBA127 礦用隔爆冷光源網(wǎng)絡(luò)攝像頭主要安裝在空頂作業(yè)、超循環(huán)作業(yè)及堆煤的預(yù)警、抓拍系統(tǒng)；KDW660/12B UPS 電源所發(fā)揮的作用在于為礦井中的攝影器提供持續(xù)的12 V 電源，確保系統(tǒng)維持穩(wěn)定的運(yùn)行。

3.2 軟件系統(tǒng)架構(gòu)

軟件系統(tǒng)的構(gòu)成主要包含了后臺服務(wù)軟件、數(shù)據(jù)系統(tǒng)及用戶界面。

1）對系統(tǒng)而言，服務(wù)軟件是其最關(guān)鍵的部分，所有開展智能化分析的代碼都需要在這個平臺進(jìn)行集成。軟件中主要涵蓋了6 個核心的智能視頻識別單元，分別為空頂作業(yè)識別、抓拍識別等

2）數(shù)據(jù)庫主要運(yùn)用了SQL Server 2012 企業(yè)級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)為新型的數(shù)據(jù)平臺產(chǎn)品，不僅可以對現(xiàn)存的數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行有效的拓展，而且可以適用于云技術(shù)及平臺，同時可以迅速制定出有效的處理方案，確保私有云及公有云之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的拓展及應(yīng)用的遷移。該系統(tǒng)可以為企業(yè)的基礎(chǔ)框架提供最大的支持，主要對核心業(yè)務(wù)的各項(xiàng)功能及解決方法提供最好的性能及可行性。該系統(tǒng)不僅可以對各種智能化視頻的實(shí)時及歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，而且可以對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘及處理[6]。

3）界面軟件所運(yùn)用的系統(tǒng)為B/S，對目前所流行的各個核心瀏覽器都有著支持作用，具有多個功能，如開展實(shí)時地監(jiān)控及報(bào)警、對報(bào)表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)等。

4 系統(tǒng)的核心功能

4.1 帶式輸送機(jī)膠帶的堆煤預(yù)警功能

目前，主要運(yùn)用絆線檢測技術(shù)來檢測帶式輸送機(jī)膠帶出現(xiàn)的堆煤問題，該技術(shù)指的是對隨意一個視頻，可以基于實(shí)際需求來在圖像中設(shè)置多個絆線，并規(guī)定其不能穿越方向，當(dāng)有物料超越了這個警戒線的時候，就可以做出報(bào)警。在該設(shè)備尾部堆煤的視頻中設(shè)置一個二級報(bào)警裝置，使輸送機(jī)的尾部及破碎機(jī)的周圍可以做出堆煤預(yù)警。根據(jù)堆煤的程度來進(jìn)行劃分，主要有兩種等級，分別為緊急與提醒，告警閥值可以手動輸入到系統(tǒng)內(nèi)。這兩種等級的告警都應(yīng)當(dāng)具備聲光報(bào)警功能，提醒、緊急告警的顏色分別為黃色與紅色，當(dāng)發(fā)生緊急告警的時候，可以發(fā)送停機(jī)信號[7]。

4.2 空頂作業(yè)預(yù)警功能

本次預(yù)警所采取的技術(shù)主要為模型及人體兩種識別技術(shù)，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)與人員定位、聲光報(bào)警等系統(tǒng)相互聯(lián)動，確保人員在進(jìn)到空頂區(qū)域之時做出報(bào)警，與該區(qū)域之間的距離較小時做出預(yù)警。與人員定位系統(tǒng)內(nèi)所形成的各個數(shù)據(jù)形成有效的關(guān)聯(lián)，通過運(yùn)用定位系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫來有效辨別出人員的信息，只有支護(hù)人員進(jìn)入到空頂區(qū)域才不會發(fā)生報(bào)警，而其他人員一旦進(jìn)入就會做出報(bào)警。在發(fā)生預(yù)警的時候，現(xiàn)場會出現(xiàn)紅色聲光報(bào)警，地面監(jiān)控平臺出現(xiàn)報(bào)警并進(jìn)行截圖記錄。

4.3 超循環(huán)作業(yè)預(yù)警功能

這類預(yù)警不僅采取了拌線檢測技術(shù)，還采用了環(huán)境智能識別技術(shù)，該技術(shù)指的是通過對背景的轉(zhuǎn)變進(jìn)行智能化識別，以有效檢測出某個物體運(yùn)行的軌跡及方向，通過運(yùn)用智能化的分析方法，依靠一些標(biāo)定，通過對固定視頻范圍中的各個條件進(jìn)行檢測，確保兩條直巷及聯(lián)巷形成連通的時候可以實(shí)現(xiàn)超循環(huán)作業(yè)預(yù)警。如果超出了規(guī)定的距離，現(xiàn)場就會做出紅色的聲光報(bào)警，地面監(jiān)控中心也會呈現(xiàn)出相應(yīng)的畫面，并且對其進(jìn)行截圖及儲存，在出現(xiàn)預(yù)警的時候可以及時發(fā)送停機(jī)信號。在系統(tǒng)之中，循環(huán)進(jìn)度可以基于作業(yè)章程來進(jìn)行設(shè)置，超循環(huán)作業(yè)應(yīng)當(dāng)維持1～30 m 的識別距離，其偏差應(yīng)當(dāng)?shù)陀? m。

4.4 人員及車輛的抓拍功能

各巷道存在的三岔口及風(fēng)門部位常常會產(chǎn)生因人員不當(dāng)?shù)牟僮餍袨槎霈F(xiàn)風(fēng)門受損、車輛相碰撞等問題，如果破碎機(jī)、梭車等設(shè)備沒有停止運(yùn)行，系統(tǒng)將會作出危險(xiǎn)區(qū)域的預(yù)警，并在破碎機(jī)周圍進(jìn)行報(bào)警及語音提示。抓拍系統(tǒng)的目的對操作人員出現(xiàn)的違規(guī)操作進(jìn)行抓拍，并指導(dǎo)人員按照規(guī)定操作。危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)警還可以分布在巷道三岔口及風(fēng)門等部位。

4.5 查詢、統(tǒng)計(jì)、語言提示、數(shù)據(jù)備份及報(bào)表打印功能

對于智能視頻系統(tǒng)及其他物聯(lián)網(wǎng)傳感器系統(tǒng)所形成的大數(shù)據(jù)，可以借助智能視頻分析軟件來對其進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)及挖掘，對各種類型的報(bào)警信息進(jìn)行匯總，并形成相關(guān)的分析報(bào)告，針對高危區(qū)域，操作人員列出排行榜。系統(tǒng)具有報(bào)表查詢及統(tǒng)計(jì)的功能。

系統(tǒng)可以與人員定位、其他物聯(lián)網(wǎng)傳感系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)相連接，嚴(yán)格核查違章人員及車輛的信息，形成違章報(bào)表的查詢及儲存，針對特定范圍內(nèi)的人員進(jìn)入做出管理與預(yù)警。用戶可以依據(jù)使用限制狀況來設(shè)置各類預(yù)警及報(bào)警的條件，當(dāng)智能監(jiān)控觸及到該條件的時候，系統(tǒng)可以對大屏幕內(nèi)將預(yù)警畫面進(jìn)行實(shí)時顯示及儲存，并且設(shè)有語音提示功能。當(dāng)有預(yù)警或報(bào)警產(chǎn)生之后，在大屏幕中可以實(shí)時顯示告警信息，并彈出現(xiàn)場的畫面。

各個子系統(tǒng)所包含的信息，如地址、門禁、報(bào)警圖形等都可以儲存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)。同時，系統(tǒng)為用戶提供了簡單、有效的方式，有助于他們對以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行更好的檢索及查閱。并且可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行備份及對報(bào)表進(jìn)行打印的功能。可以通過時間、地質(zhì)等各個信息來查詢以往的數(shù)據(jù)。

5 系統(tǒng)的應(yīng)用

目前，晉煤集團(tuán)某礦井中已設(shè)置了2 臺堆煤預(yù)警攝像機(jī)、8 臺空頂作業(yè)預(yù)警裝置、8 臺超循環(huán)作業(yè)預(yù)警裝置、7 臺抓拍裝置。

堆煤預(yù)警主要涵蓋了主帶式輸送機(jī)頭和主運(yùn)巷道帶式輸送機(jī)的相連部位；超循環(huán)作業(yè)的預(yù)警主要涵蓋11306、11301 及3-1 回風(fēng)大巷掘進(jìn)頭、11301和3-1 帶式輸送機(jī)運(yùn)輸大巷及輔運(yùn)大巷的掘進(jìn)頭、2-2 中輔助運(yùn)輸斜巷的掘進(jìn)頭。空頂作業(yè)的預(yù)警主要涵蓋11306、11301 和3-1 回風(fēng)大巷的掘進(jìn)頭、11301 和3-1 帶式輸送機(jī)運(yùn)輸大巷的掘進(jìn)頭、3-1 和11301 輔運(yùn)大巷的掘進(jìn)頭、2-2 中輔助運(yùn)輸斜巷的掘進(jìn)頭。抓拍預(yù)警應(yīng)當(dāng)設(shè)置在礦井中各個需要檢測的區(qū)域，其主要包含了輔回1、2 聯(lián)巷風(fēng)門、11306 回風(fēng)大巷的機(jī)頭等[8]。

6 結(jié)語

自從該礦井選用智能視頻系統(tǒng)之后，堆煤事故的停機(jī)時間得到了極大降低，操作人員進(jìn)行空頂作業(yè)的違規(guī)現(xiàn)象也得到極大避免，超循環(huán)作業(yè)的流程得到規(guī)范，同時也極大降低了操作人員的違規(guī)行為，避免了損失。因此，該系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以保證工作人員及礦井的安全，而且可以提高相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。