基于Wi―Fi技术的无极绳绞车运输视频监控系统

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摘 要：文章介绍了一种基于wi-fi技术的无极绳绞车运输视频监控系统。利用Wi-Fi技术，无线摄像仪将采集的视频信号进行转换传输，不仅减少了布线，同时实现巷道内的实时视频监控，便于操作绞车的矿工对遇到的特殊情况及时处理，达到安全行车的目的。

关键词：无极绳绞车；Wi-Fi技术；视频监控

引言

矿用无极绳绞车运输系统[1]是一种矿井下使用较多的辅助运输系统，主要应用于工作面顺槽和采掘大巷，以循环钢丝绳牵引矿车、平板车等运输设备，采用无极绳轮系传动。由于斜巷坡度有的高达30°，距离长，环境复杂，现有的监控系统的需要布设摄像机的关键位置多，走线繁琐，同时摄像机不能移动，布控存在的死角不容易观察，带来的安全隐患导致监控难以到位，成为煤矿机电事故多发环节。据统计约有超过40%以上的机电事故是在该区域发生。因此，煤矿斜巷轨道运输成为煤矿安全生产隐患的重灾区之一，煤矿斜巷轨道运输综合安全监控已经成为一个迫切需要解决而又难以解决的难题。

为此，我们发明了基于Wi-Fi技术[2]的无极绳绞车运输视频监控系统，解决了现有系统所存在的问题。创设了一种新型结构的基于Wi-Fi技术的无极绳绞车运输视频监控系统及其方法，将监控视频用无线的Wi-Fi信号进行传输，不仅解决了矿井下绞车的实时监控问题，还能够改变井下监控的布线方式，大大减少了走线带来的成本和复杂性。

1 系统组成

本系统由三部分组成，视频图像采集系统，视频传输和接收系统，视频实时显示系统和供电系统。该系统的主要功能是对无极绳绞车运输过程中的全程监测，监控无极绳绞车的运行，对遇到的特殊情况，便于操作绞车的矿工及时处理。可从根本上保证运输时矿工人身安全，避免安全运输隐患和伤亡事故发生，提升了运输工作效率。其中供电系统包括隔爆蓄电池箱，隔爆蓄电池箱给无线摄像机提供12V的供电，给视频编码模块和视频解码分屏模块提供12V供电，给AP提供48V供电。

1.1 视频图像采集系统

视频图像采集系统包括固定在轨道机车上也设置有无线摄像机1（无线摄像机1为低照度的无线摄像机，当运输巷道内光的照度不足时，低照度的无线摄像机1在弱光的情况下也能提供清晰的还原图像。），视频编码模块和供电电源。可采用H.264视频压缩技术[3]，占用带宽低。视频图像采集系统主要用于巷道视频图像的采集和将采集到的模拟视频信号转换为可通过Wi-Fi网络传输的数字信号。

1.2 视频传输和接收系统

视频传输和接收系统由为无线AP（Access Point即无线接入点如图1中的2）和供电电源组成。无线AP的组网用到了无线AP的AP模式和AP客户端模式。AP模式是无线AP的基本工作模式，用于构建以无线AP为中心的集中控制式网络，所有通信都通过AP来转发，类似于有线网络中的交换机的功能。AP模式共有13信道，如果周围环境中还有其他的无线网络，尽量不要使用相同的频率段。AP客户端模式使设为客户端的AP可以通过无线的方式与设为AP模式的AP相连接传输数据。本系统中设为客户端模式的AP用于视频数据的发送，设为AP模式的AP则用于视频数据的接收。多个AP设置在轨道机车所在的运输巷道内，达到绞车运输范围的全覆盖，通过光纤将多个AP连接至网络交换机。其中AP与AP也可通过WDS技术实现无线连接，更能简化井下的布线。

1.3 视频实时显示系统

视频实时显示系统由网络交换机3、解码分屏器4和监视器5以及供电电源组成。网络交换机将从AP2所接收到视频信号经解码分屏器4的解码和分屏成监视示器能够显示的信号供监视器5显示。

2 系统特点

2.1 支持802.11n标准

Wi-Fi技术支持802.11a/b/g/n标准，其中802.11n标准不仅将数据速率提高了一个等级，传输带宽最高可达300Mbps，而且使射频（RF）信号更具弹性，稳定性和可靠性，使视频信号显示清晰、流畅、无延时，达到安全行车的目的。同时802.11n在功耗面进行了重大创新，保证井下在断电情况下，设备能工作更长的时间。

2.2 开放式无线网络

Wi-Fi网络可以作为井下开放式无线网络，便于井下其他监控系统接入到本系统中。

2.3 H.264视频压缩技术

H.264视频压缩技术在本系统中的使用，H.264[4]在编码框架上还是沿用以往的MC-DCT结构即运动补偿加变换编码的混合（hybrid）结构因此它保留了一些先前标准的特点如不受限制的运动矢量（unrestricted motion vectors）对运动矢量的中值预测（median Prediction）等，此外H.264 还具有很好的错误恢复能力（error resilience）和网络适应性（network adaptability ）。

2.4 地面实时监控

系统设置有数据传输的接口，视频数据可以由井下工业以太网传送到地面的监控中心，以便地面也能够同时实时地了解巷道及绞车运行的情况。

3 结束语

基于Wi-Fi技术的无极绳绞车运输视频监控系统及其方法，能够实时的监控运输的过程。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的无极绳绞车运输系统具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，成为一新颖、进步、实用的新设计。

参考文献

[1]姜汉军.矿用辅助运输设备[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.

[2]金纯，陈林星，杨吉云.IEEE 802.11无线局域网[M].电子工业出版社，2004.

[3]Editor's Proposed Draft Text Modifications for Joint Video Specification（ITU-TRec. H.264 | ISO/IEC 14496-10 AVC），Draft 2[Z].JVT Document：JVT-E022d2， October，2002.

[4]王涛，汪海鹰.H.264草案中的UVLC编码分析[J].计算机工程及应用，2004，2.

作者简介：杨诚（1983-），男，江苏常州人，本科，工程师，主要研究方向：煤矿井下有线/无线传输、信息的获取和融合。

许亮（1983-），男，江苏常州人，专科，助理工程师，主要研究方向：煤矿井下传感器数据采集、井下粉尘治理等。