煤礦工業視頻監控系統研究與運用

劉杰，鄒勁松，周克榮，唐術成

（川煤華榮能源有限責任公司綠水洞煤礦，四川 廣安 638601）

1 概述

煤礦工業視頻監控系統隨著科技的高速發展，技術不斷更新，在礦井調度指揮中的應用顯得越來越重要。綠水洞煤礦通過在地面及井下變電所、主要提升斜坡、架空人車、采煤工作面上下出口、各磧頭作業點安裝高清攝像儀，攝取各個監控區域的情況，實時地傳輸、集中顯示在調度指揮中心大屏監視器上，同時，能夠將工業視頻系統各監控點圖像等信息傳輸到上級企業信息網站和行業監管平臺上。

同時，礦井還可以利用工業視頻監控系統與皮帶集控系統、采煤機控制系統等融合聯動，及時地發現隱患苗頭和提醒監控人員，監控人員通過觀察現場運行情況并做好記錄，通知維護人員對異常情況及時處理，并在事后進行分析，從而讓綠水洞煤礦實現皮帶自動化，為變電所無人值守提供了必要的條件。

2 系統設計

礦井工業視頻監控系統主要產品根據煤礦安全生產的技術要求和國家安全標準進行專門設計，根據綠水洞煤礦實際滿足數字化礦山安全生產的管理需求，同時，系統方案的設計遵循技術先進、功能齊全、性能穩定、節約成本等原則。系統依托功能強大的視頻監控數字處理平臺為基礎，所有視頻信號通過視頻工業以太環網全部接入視頻監控平臺，可同時實現網絡攝像儀、模擬攝像儀的混合接入。在網絡上的所有計算機均可通過的工業視頻監控平臺查閱、回放各監控點視頻圖像，還可通過礦井內部網絡實現與礦井其他系統聯網，按需求選取各系統提供的圖形、圖像。

3 系統組成

煤礦工業視頻監控系統由工業視頻監控平臺、井下環網交換機、網絡延長器、礦用本安型攝像儀、礦用防爆攝像儀及網絡通信接口等設備組成。工業視頻監控系統分為前端部分、傳輸部分、中心控制部分及顯示終端部分組成。

3.1 前端設備

主要由礦用攝像機、設備供電電源組成，負責視頻信號的采集。結合礦井實際情況需求，煤礦井下和地面重要生產作業場所、主要機房硐室及變電所等地方安設了像素不低于400 萬像素的攝像儀，其他地點安設像素不低于200 萬像素的攝像儀。

安設的攝像儀為防爆型和本安型，具有MA 標志，井下設備防護等級必須為IP54 及以上，支持移動偵測報警，支持自適應變焦，選用紅外補光燈和LED 補光燈，且補光燈與攝像儀一體，能根據環境自動啟停，有效投射距離不小于15m，在井下煤巷全黑環境下，能達到圖像清晰，輪廓細致，層次分明，能有效分辨人臉、物體，能實時反映現場情況，非逆光任何光照條件下，圖像都能達到前述效果。

攝像儀均配置有2 路光口及3 路網口，本安攝像儀同時還配置有VDSL 通信模塊。同時支持攝像儀之間級聯擴展使用（在保證正常使用及傳輸下，級聯數不低于5 臺），防爆攝像儀電源模塊為內置，內置輸入電源為AC127V，本安攝像儀采用127V/220V/380V/660V 礦用隔爆兼本安型直流穩壓電源。

3.2 傳輸設備

傳輸設備主要由礦用隔爆兼本安直流穩壓型電源、礦用本安型萬兆環網交換機、礦用本安型千兆兆環網交換機、礦用網絡延長器、礦用通信線纜和礦用網線、礦用光纜等組成的井下視頻傳輸萬兆工業環網。

主要實現各設備通信接口的轉換，與礦井現有內部網絡的連接，達到遠距離通信傳輸等。

環網核心交換機設置于地面機房，方便用于視頻傳輸提供接入工業視頻環網的上傳，以及礦井其他服務器及操作平臺的接入，同時，核心網絡通過安全措施與信息管理網絡網、上級公司、政府監管平臺互聯。

設計核心環網采用6 臺萬兆交換機，設置于各井下變電所，采用模塊化設計，端口密度高，外觀緊湊，便于故障維護，在保持工業產品的高度靈活性和可靠性的同時提供了更為強大的處理能力。采用礦用隔爆兼本安直流穩壓型電源供電，后備電源可保證設備在電網掉電情況下正常運行4 小時以上，且安裝方便，適合大規模工業網絡的應用。

3.3 中心控制設備

中心控制采用了視頻綜合管理平臺、存儲平臺和解碼器等設備，配備有磁盤陣列、網絡硬盤錄像機、視頻存儲管理服務器等，用于視頻錄像和數據存儲以及視頻的管理。其主要功能是對攝像儀的視頻、語音及圖片信號進行處理、顯示、回放和存儲，完成視頻監控、攝像儀控制、信息記錄等功能。

3.4 顯示終端

工業視頻監控系統終端顯示既可采用硬盤錄像機實時顯示，又可采用獨立顯示系統添加解碼器接入電視墻進行綜合實時顯示，還可以通過網絡在個人PC 端和移動手機上實時查看，還調閱回放權限范圍內的視頻資料。

4 系統主要功能

4.1 實時監控

礦井工業視頻監控平臺具有多級管理功能，可隨時調用任意的網絡攝像儀圖像，采用前端攝像機所能支持的分辨率、壓縮格式和幀率進行全程實時錄像，具備流媒體轉發功能。用戶在局域網或英特網上，可通過WEB網頁、PC 用戶端或者移動APP 上隨時調用任意的攝像儀圖像。

4.2 視頻管理

工業視頻監控系統為用戶提供多種視頻圖像信號格式，同時兼容礦井的在線管理功能，可選擇接入礦井調度指揮中心現有的LED 電視墻，做到視頻多路顯示、全屏顯示、畫面分割、輪巡顯示等多種管理功能。

4.3 前端設備管理

利用專業工具軟件可實現對各視頻監控設備按名稱、物理地址、IP 地址等進行管理，查看攝像儀實時在線情況，支持對網絡攝像儀進行批量的設置。可對攝像儀IP 地址、視音頻信息、圖像信息、校時、重啟等功能的遠程管理。

4.4 監控軟件功能

操作人員設定存儲圖片路徑后，可抓拍實時圖片、也可以抓拍回放圖片。可把圖像另作證據，文檔素材，打印等用途；可以靈活設置多畫面輪巡、各個畫面輪巡及單畫面輪巡的攝像儀數量，設定畫面切換間隔的時間；設定預置位，設定巡航軌跡、位置、軌跡；通過軟件系統可對本地、遠程攝像機產品控制，可遠程控制云臺、鏡頭和其他外部設備進行操作控制。告警設備的電平信號觸發；系統可實現多畫面實時監視，各狀態下均可切換全屏監視。

4.5 用戶管理

權限分配機制（權限分配機制），可以對操作攝像機的用戶進行分級權限驗證，實現不同權限的操作功能。

4.6 實時錄像

系統具有手動錄像、定時錄像、視頻運動偵測報警錄像。分配磁盤容量錄像文件流水方式存儲，錄像文件循環覆蓋存儲。

4.7 語音對講

礦井在安設帶有語音功能的攝像儀監控點，可以拾取監控現場的聲音及圖像，直接與現場作業人員實現對講功能，還具有與視頻圖像同步讀取、回放語音功能。

5 煤礦工業視頻監控系統的應用

5.1 遠程監管

礦用工業視頻監控系統服務器與上級公司、省市級、國家級行業主管部門監管平臺聯網，實現各級平臺遠程對礦井視頻監控點的監控管理，隨時了解煤礦生產運營狀況，使上級監控人員能及時發現作業中違法違規行為，及時通知煤礦職能部門加以阻止，有效地促進了礦井安全生產管理能力。

5.2 設備監控

對工業廣場、矸石山、各運輸系統、通風機、變電所等重要車間設備運行和檢修狀況進行實時監控，加強礦井各類設備的規范管理。可及時發現各類設備出現的一些異常現象，例如，皮帶運行、電機振動異常等。一旦發現事故征兆，可以通過礦井調度電話或應急廣播直接通知有關人員及時維護或撤離，從而保證生產安全。

5.3 機電硐室無人值守

通過與礦井電力監控系統聯動，應用在井下各個機電硐室，配備具有云臺控制功能的攝像儀，利用其移動偵測、動態分析、區域入侵偵測等功能，實現對動態場景中運動物體的定位、識別和跟蹤，并在此基礎上分析和判斷運動物體的行為，以監控和確定現場發生的情況，通過與綜合自動化平臺聯動，實現實時彈窗預警，集控人員可以及時發現設備的不正常工作狀況和無關人員的不安全行為，盡快地消除安全隱患。

5.4 出入井人員監控

在入井口處，安裝人員定位系統唯一性檢測設備，通過人員視頻信息采集，利用智能分析裝置，對人員出、入井情況進行智能識別，將數據進行存儲用于后期的查看和取證。

5.5 貨運車輛出入監控

在煤礦運煤車輛出入口安裝攝像儀，可利用智能分析裝置，對常用的貨運車輛進行樣本采集和訓練，使智能分析裝置通過深度學習機制可以自動識別出礦的貨運車輛，將數據進行存儲用于后期的查看和取證。

5.6 關鍵崗位監控

在煤礦關鍵崗位安裝攝像儀，可利用智能分析裝置的方式，在攝像儀畫面中標定關鍵崗位人員工作區域，當識別到空崗時，觸發報警信號。

5.7 職工行為糾偏

在煤礦井下，員工違規操作是造成礦井安全事故的關鍵因素。以前，工人的不規范行為多是通過現場安全監察人員發現，但是卻不能每時每刻做到監管職工行為，導致職工無人監管時安全規章制度形同虛設，極大地增加了安全事故發生的可能性。通過視頻監控系統對礦井地面工業廣場、井下各作業點的作業人員全過程的視頻監控，可對安全生產進行全過程、全方位把控。監管人員通過視頻監控遠程查看職工的行為，及時規范職工的不當行為，及時糾正并規范作業。

同時，還可以對地面治安事件、井上下安全事故調查及“三違”行為查處、重大隱患責任分析等提供圖像依據，對違章作業的職工采取相應的教育，做到有效對違章行為進行糾正，讓職工行為習慣時刻符合規范，讓規范成為職工行為習慣，從而有效地降低安全事故的發生，保證礦井生產安全。

5.8 鉆孔施工規范化

為保證礦井的安全生產，需要提前施工如探水孔、瓦斯抽放孔等。通過作業現場安設的視頻監控，地面監控人員就可以對鉆孔的施工過程進行全過程、全方面地實時監控以及事后回放查閱，以及對鉆孔施工質量驗收（通過鉆桿數量計算）。督促作業人員按照施工設計保質保量地完成施工任務，從而減少施工不達標造成的安全隱患。杜絕出現諸如鉆孔施工的深度不夠、方位角度與設計出現較大偏差等現象。

5.9 井下救援

礦井工業視頻監控系統與煤礦安全監控系統、通信系統、廣播系統及人員定位系統等進行融合聯動，形成融合圖像、聲音及數據為一體的綜合型礦井安全生產調度指揮系統，將視頻信息反饋到調度指揮中心，并經過數據分析啟用應急方案，大大降低事故發生的危險程度。

在遇到突發災害事故時，對事故現場的情況了解對于礦山應急救援非常關鍵。以前，礦井災害事故發生后，往往需要救援隊伍進入災害現場，通過現在狀況來制定現場救援方案，這樣就會影響及時救援時間，增加被救人員的危險。應急救援人員可通過視頻監控系統及時制定應急救援措施，如對井下事故現場的了解、遇害人員的救援等，對各重點區域進行分析排查，為正確決策提供依據，有效降低事故的危險程度，為保障煤礦安全生產提供了有力的保障。

6 結語

綠水洞煤礦工業視頻監控系統的投入與運用，全面打造了一個“可視化”礦山。采用礦山“互聯網+監管”的新模式，充分發揮信息化作用，為防范和化解煤礦重大安全風險，為及時糾查違法違規行為，常態化開展“反三違”工作，保證煤礦生產安全，為搶險救災、安全救護工作的高效運作提供了有利保障。可為類似礦井提供借鑒，具有重要的理論意義和工程應用價值。