采煤作业中视频系统功能的设计

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摘 要：掌握井内生产实况有助于采煤的宏观指导，新时期信息科技在煤炭生产中的应用更加广泛，以视频监控系统为支撑的高科技采煤模式正积极应用。分次了矿井视频监控系统的功能特定，介绍了应用模块设计的详细方法。

关键词：井内采煤；视频监控；视频编码技术；设计应用

为了保持煤炭供应链的持续运行，企业开始将露天开采转移至井内生产，进而更广泛地挖掘地下矿物资源。因矿井与地表的垂直深度较高，井内生产管理的难度较大，必须对采煤作业系统功能进行优化改造，保证地面与井内调度的协调性。那么，有效合理的视频系统功能的设计在采煤作业中起着至关重要的作用。

一、井内采煤作业存在的隐患

近年来地表资源存量不断地下降，原有露天煤矿已被开发40%以上，深度挖掘地下煤炭才能满足市场的资源需求。矿井开采属于地下作业，因所处的地质层相对特殊，其采煤生产面临着很大的困难。结合实际生产情况，井内采煤作业面临的隐患：

1、调度问题。井内采煤应以综合性的调度系统为平台，以维持井内人员与设备的协调作业。煤炭企业在拟定生产计划阶段对矿井调度缺少相关的分析，调度系统功能具有明显的局限性，无法适应高强度生产指标的要求。例如，井田分区作业过程中，区与区之间的调度信号不准，耽误了采煤指令的及时感应，延迟了煤炭采掘出的时间。

2、安全问题。我国中小型矿区的事故率5%-10%，大型矿区5%以内。生产事故频发是影响采煤生产的重要因素，这与井内施工流程及作业设施有着密切的关联。建立安全化生产体系是行业关注的焦点，也是实际采煤作业比较难控制的一点[1]。煤炭企业长期注重于生产收益的控制，对安全监察工作的力度不足，阻碍了井内采煤流程的自动化实施。

3、技术问题。对于煤炭生产而言，其存在的技术问题并非仅限于生产操作，也涉及到安全生产科技的改革创新。考虑到矿井采煤成本的控制，矿区生产方案多数围绕着产量指标进行，并没有对矿井拟定安防控制平台。比如，矿井内未设置安全警报系统，遇到瓦斯超标、岩体坍塌、煤层破坏等情况时，未能快速地发出告警信号，这是安全技术缺失的表现。

二、矿井视频监控系统的构成

井内采煤生产面临着诸多的未知因素，尤其是在地表500-1000m深度下，煤矿作业常会遇到各种地质方面的困境。为了更好地指导井内生产活动，实现人员与设备的最优化配置，应加强井内作业的监控力度。视频监控系统是基于信息科技的新模式，如图1，利用视频、图像、语音等三种设施，对井内生产流程进行自动化监控，减小了矿井作业危险事故的发生率。当前，普遍采用的视频监控系统，包括数据处理、图像切换、显示系统等。

1、数据处理。实时控制系统完成实时数据采集处理、传输、存储、反馈的功能，这样可以适应井内作业信息的自动化传输，提高了数据信息的人工智能化水平。面对复杂多变的采煤信息，可借助计算机平台实现对应的操作，并及时地传输至生产设备。视频监控系统配备了专用的数据库，用以对矿井、设备、人员等信息自动化处理，从而达到了全面监控的目的。

2、图像切换。监视系统完成对各个监控点的全天候的监视，能在多操作控制点上切换多路图像，直观地反映出矿井采煤的真实情况。一种比较先进的视频系统由分布式服务器组建而成，将多个子服务器设置在不同的采煤点，通过闭合电路连接各个服务器，及时地传递着井内的生产情况。服务器可对图像信息进一步处理，在显示屏上清晰地呈现。

3、管理系统。管理信息系统完成各类所需信息的采集、接收、传输、加工、处理，是整个系统的控制核心[2]。煤炭企业常建立矿井生产指挥中心，对井内采煤实施宏观性的调控，严格控制了各道工序的生产流程。大型矿井区内，管理系统由井内、地表等两大核心构成，借助无线网快速地传输视频信号，为矿区采掘生产给予准确的指导。

三、视频系统功能模块的详细设计

传统监控模式已经无法适应新煤矿生产方案的要求，选用信息技术为支撑的视频监控系统，能及时地反映井内采煤状况，为煤炭企业指导生产提供了可靠的依据。视频监控系统应用于采煤作业中，不仅方便了矿用机械设备信号的传输，也能为企业指挥中心工作提供有效的参考。伴随着煤炭生产的信息化改造，应用视频技术辅助井内监控是不可缺少的。本次视频系统设计的主要内容：

1、监控前端。用于采集被监控点的监控信息，并可以配备报警设备，在视频监控系统里具有重要的作用。监控前端包括：一是普通摄像头加上视频服务器，二是网络摄像头；前者是常规摄像装置与网络服务相互连接，后者直接设定于计算机网络进行监控[3]。由于井内生产的环境不同，可根据实际要求选用监控前端设施，保证对采煤作业实施正确的引导。

这里值得说明的是，普通模拟摄象机最多能做的D1图像，理论上像素最多只有40多万。网络数码摄像机可以很容易地做到百万甚至千万像素，而且图像质量清晰，对照度要求低，宽动态，智能性好，同时可以设置独立的IP地址，可以通过LAN连接、光电收发器以及无线网络或者以太网直接连接，实现视频数据的实时传输和控制管理资源的合理共享。

其还运用当今有先进的H.264视频编码技术，引入先进的压缩标准，使视频具有很高的数据压缩比，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5倍以上，同时对信道延时的适应性强，采用了“网络友好”的结构和语法，提高了解码器的差错恢复能力。

该视频编码技术，较好的解决了音视频文件传输容量大，处理难的技术要求。在一个相对较低的速率的带宽（如384kbit/s）显著提高了音视频质量，便于操作人员合理有效地利用现有的通信基础设施，更容易部署的视频系统，适用于大容量的音频，视频，图像编码传输和存储。

随着摄像机的应用范围也越来越广泛，要求越来越高，这种新技术型的低照度、高效的的网络数码摄像机将取代传统的模拟摄像机也成为了监控市场的主流。

2、管理中心。承担所有前端设备的管理、控制、报警处理、录像、录像回放、用户管理等工作，如图2。各部分功能分别由专门的服务器各司其职。现场需设计数字化监控中心，用于集中对所辖区域进行监控，包括电视墙、监控客户终端群组成。一般情况下，矿区作业面积的大小不一，视频系统中可以有一个或多个监控中心，从不同的角度监控着井内生产。

其中录像和录像回放部分，一般有多台监视器、以及数字硬盘录像机等设备组成。在管理控制中心，对通过网络传输回来的多台摄像机的信号，通常是通过硬盘录像机把他们合成叠加显示在一台较大屏幕的监视器上，并通过技术手段讲大屏幕分成面积相等的小画面，一般是4屏、6屏、9屏。每个小屏分别显示各路摄像机传送回来的视频信号，并且通过数字硬盘录像机进行存储。随着网络技术和多媒体视频技术的日新月异，显示方式也变得多样化了，监控人员可以通过网络随时随地使用电脑、平板电脑、手机等电子设备，查看授权范围内的录像资料。

对摄像机传输回来的视频我们需要保存在系统里，便于查看回放。由于视频信号的数据量大，需要海量的存储设备，目前常用的是磁盘阵列。磁盘阵列多以T为存储单位，1T=1024G，存储量大，而且现阶段，单个硬盘的容量不断提高，而单价也不断下降，

3、PC客户端。在监控中心之外，也可以由PC机接到网络上进行远程监控，为指挥中心与煤矿井内建立广阔的传输平台。视频系统应用PC客户端加快了信息传递的速率，维持了发送端与接收端之间的信息传输。例如，通过无线网桥，可以将IP网上的监控信息传至无线终端，也可以将无线终端的控制指令传给IP网上的视频监控管理系统[4]。

四、视频系统应用需注意的问题

传统的视频监控一般是在小范围内进行，而用户普遍要求访问地点不受地域限制，能随时随地访问被监控地点。网络化使得传统的本地录像功能可以转移到远程服务器上来实现，使得海量数据存储成为可能。同时，也要求系统具备更强的存储、检索和备份等功能。笔者认为，由于井内采煤模式的特殊性，企业在设定视频监控系统时还要注意多方面的问题。具体包括：一是安全方面，系统复杂化，用户的多元化，加上视频监控本身的业务特点必然要求对系统对信息安全提供有力的保证；二是智能方面，未来的视频监控系统将不仅仅局限于被动地提供视频画面，智能视频监控还可以应用在多种非安全相关的场景。

结论

从资源储藏量分析，地下矿物资源远超于地表层的存有量，一般是地表的2-5倍，具有很大的资源开发空间。考虑到传统采煤生产系统的缺陷，应设计与矿区作业相匹配的视频监控系统，将视频、语音、图像、数字等信号融合起来应用，加快了数据信息的自动化传输。未来煤炭企业应增加采煤设备的投资额度，引入以高科技为核心的视频监控平台，帮助企业解决实际生产中遇到的相关问题。■

参考文献

[1]武可文.传统井内采煤模式的缺陷及改造对策[J].煤炭技术，2010，16（5）：32-35.

[2]朱克昌.视频监控系统应用于采煤作业指导的研究[J].煤矿开采，2009，21（9）：14-16.

[3]钱林彬.现代煤炭采掘系统的信息化发展趋势[J].中国煤炭经济，2010，15（11）：7-9.

[4]徐清.矿用视频监控系统的功能模块与设计方法[J].中小企业管理，2009，17（4）：8-11.

[5]倪春盛.高速公路视频联网监控方案的研究与实现[J].广东公路交通，2013，3（4）：53-56.

[6] 张亦逸. 浅析视频技术的现状及其行业应用[J].机电信息，2013，3（2）：167-168.