煤礦監(jiān)控系統(tǒng)設計方案
隨著經(jīng)濟的發(fā)展煤炭是國家的基礎工業(yè)，尤其現(xiàn)在能源緊張的形式下，煤炭行業(yè)更是得到了人們的關注。同時由于煤礦井下環(huán)境復雜，也給生產(chǎn)帶來了巨大的困難，事故頻頻發(fā)生，給工人造成了身體的傷害；同時也給煤炭行業(yè)造成了不好的影響。于是，煤礦監(jiān)控開始出現(xiàn)并逐漸得到普及和發(fā)展。
煤礦監(jiān)控設計方案有哪些特點？包括哪些部分？各部分具有什么功能？本刊記者就此采訪了深圳市xx科技有限公司系統(tǒng)集成部經(jīng)理李先生、深圳xx科技有限公司總經(jīng)理張先生、深圳天xx科技有限公司聯(lián)網(wǎng)安全技術部高級工程師袁先生、深圳市xx安防工程有限公司技術部經(jīng)理林先生。
煤礦監(jiān)控的產(chǎn)生
據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年中國煤炭產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的35％，可事故傷亡人數(shù)卻占80％。在這些事故中，瓦斯爆炸又占絕大多數(shù)。這其中固然有很多因素，但各煤礦生產(chǎn)企業(yè)安全監(jiān)測不完備、管理手段落后也是造成事故頻發(fā)的重要原因之一。
在國內(nèi)頻繁發(fā)生的煤礦事故中，既有自然因素也有人為因素。國內(nèi)各有關方面為了提高產(chǎn)量、降低事故發(fā)生的概率，現(xiàn)代化的信息管理模式也就應運而生了，為了對井下情況有全面的了解，監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦監(jiān)控提供了良好的技術保障。
深圳xx科技有限公司總經(jīng)理張先生介紹說，目前，煤礦系統(tǒng)的監(jiān)控分為井下監(jiān)控系統(tǒng)和井上監(jiān)控系統(tǒng)兩大類。煤礦井下作業(yè)因為遠離地面，地形復雜，環(huán)境惡劣，所以容易發(fā)生事故。利用遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，地面監(jiān)控人員可以直接對井下情況進行實時監(jiān)控，不僅能直觀的監(jiān)視和記錄井下工作現(xiàn)場的安全生產(chǎn)情況，而且能及時發(fā)現(xiàn)事故苗子，防患于未然，也能為事后分析事故提供有關的第一手圖像資料。基于TCP/IP協(xié)議的IP網(wǎng)的應用得到廣泛普及，高速寬帶主干網(wǎng)的建成和各地區(qū)高速接入系統(tǒng)的迅速發(fā)展，促進了基于IP技術的各種視頻通信應用，如網(wǎng)絡遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。所以在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中引入現(xiàn)代網(wǎng)絡遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)將是一種趨勢。這也是本文要講述的重點。
井上監(jiān)控主要是針對地面運行設備和煤炭運銷系統(tǒng)，本文將不對此類方式展開敘述。
國務院安全生產(chǎn)委員會為此于2002年4月25日下發(fā)的“小煤礦安全生產(chǎn)基本條件”第十六條中規(guī)定：“高瓦斯礦井、煤(巖)與瓦斯突出礦井必須裝備礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)。……開采具有煤與瓦斯突出危險的煤層時，必須采取包括突出預測、突出防治、效果檢驗、安一體’綜合全防護等‘四位措施”。
煤礦監(jiān)控的特點
煤礦監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。煤礦井下作業(yè)因為遠離地面，地形復雜，環(huán)境惡劣。利用遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，地面監(jiān)控人員可以直接對井下情況進行實時監(jiān)控，不僅能直觀的監(jiān)視和記錄井下工作現(xiàn)場的安全生產(chǎn)情況，而且能及時發(fā)現(xiàn)事故苗子，防患于未然，也能為事后分析事故提供有關的第一手圖像資料。
隨著現(xiàn)代通信技術與測試測量技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸時代已經(jīng)到來。采用微波通信技術、數(shù)字視頻處理技術、CDMA/GPRS通訊技術、IP通信技術和光纖通信技術等先進通信技術的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時觀測煤礦的運行情況，為安全生產(chǎn)提供了直觀的圖像信息，同時可以改善觀測、測量工作人員的工作環(huán)境，減少工作人員，做到無人值守、少人值班。
李經(jīng)理表示，煤礦監(jiān)控達到的管理目標是，通過監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)測煤礦的工作情況；
工作人員在礦井生產(chǎn)時，需要通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視煤礦環(huán)境變化情況；在某些環(huán)境下，如煤礦的進出口等地方，大部分時間屬于無人值守狀態(tài)，需要設置監(jiān)控攝像機實時監(jiān)控；監(jiān)測礦井、礦區(qū)的周邊環(huán)境；通過一套監(jiān)控系統(tǒng)能及時了解礦井口周邊的情況；礦工進入礦井時需要通過監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視礦井的出入情況；監(jiān)測礦上安全，對礦井安全隱患及時清理保證煤礦安全運作。
該煤炭企業(yè)對安全監(jiān)控有以下要求：實現(xiàn)公司局域網(wǎng)內(nèi)，管理人員工作電腦平臺管理和監(jiān)控各個監(jiān)控點的情況，最終實現(xiàn)一體化的企業(yè)安防集約化控制化管理模式；公司的視頻資源統(tǒng)一集中在公司指定的計算機中，可實現(xiàn)公司所有視頻資料的本地化在線授權查詢服務；攝像機工作環(huán)境的照度比較低，需要防爆、防塵、防磁性；通信線路要求遠距離的傳輸采用光纖方式；辦公樓、礦井內(nèi)部、供銷部的局域網(wǎng)內(nèi)使用雙絞線聯(lián)網(wǎng)；攝像機拍攝的圖形效果要求清晰、速度較快；部分監(jiān)控區(qū)對高速移動物體成像要求清晰可辨；一段時間內(nèi)全實時錄像存儲功能，并要支持方便于顯示、存儲、檢索和回放；高清晰實時監(jiān)視顯示和易于輪巡切換；圖像資源共享，加強各級部門之間協(xié)調(diào)，并支持從礦務局、市安監(jiān)局、省安監(jiān)局進行遠程監(jiān)控、遠程管理；支持與原煤礦自動化控制系統(tǒng)的無縫集成，管理人員可以在原工作站上統(tǒng)一管理。
根據(jù)煤礦項目和煤礦行業(yè)特點，對于煤礦、礦井等重要設施的監(jiān)控項目，往往涉及的地理范圍比較廣，監(jiān)控點比較多，需要監(jiān)控點距離比較遠、相對分散，而且，對于大規(guī)模的監(jiān)控項目對于系統(tǒng)穩(wěn)定性要求非常高，需要盡量減少日后的設備維護工作。
煤礦監(jiān)控的設計原則
開放性原則：設計的現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)是開放性系統(tǒng)，實現(xiàn)與未來設備的更多互連和互操作，且能方便地融于城市信息網(wǎng)絡中。
先進性：煤礦監(jiān)控系統(tǒng)應盡量采用先進技術產(chǎn)品設備，只有采用先進技術設備，才能保證系統(tǒng)先進性。
可靠性：系統(tǒng)的可靠性是第一位的，在方案設計中必須充分考慮系統(tǒng)的安全，依照安全國家標準采取安全管理措施，保證監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠運行。
經(jīng)濟性：系統(tǒng)的經(jīng)濟性是一個重要因素，使系統(tǒng)具有良好的性能價格比是共纜監(jiān)控系統(tǒng)設計的一個重要原則。
可擴展性：在系統(tǒng)需要擴展時，前端設備數(shù)量將靈活增加，不改變系統(tǒng)的運行方式，以保證用戶的投資安全。
實用性：采用高科技手段，進行智能化設計，盡量減少系統(tǒng)操作的復雜性，并做到系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，維護簡單；軟件使用界面友好，完全達到智能化控制。
根據(jù)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)建設的要求和國家有關法規(guī)，煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的建設方案要具有性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟實用等特點，具有方便擴展、與數(shù)字電子信息系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接，為實現(xiàn)高科技可視化安防系統(tǒng)的管理奠定了基礎。
依據(jù)相關規(guī)范包括 :
1.《工業(yè)通訊設計規(guī)范》（GBJ42-81）
2.《工業(yè)電視系統(tǒng)工程設計規(guī)范》（GBJ115-87）
3.《工業(yè)通訊接地設計規(guī)范》（GBJ79-85）
4.《建筑電器設計規(guī)范》（IGI16-83）
5.《中華人民共和國公共安全行業(yè)標準》（GA/T 74-94）
6.《工業(yè)與民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術規(guī)范》（GB50198-94）
7.《安全防范系統(tǒng)工程程序與要求》（GA/T75-94）
8.《電氣設備安全設計導則》GB4064
9.《電氣設備抗干擾特性》GB4890
10.《電氣設備雷擊保護導則》GB7450
11.《電力設施抗震設計與規(guī)范》GB50260-96
12.《中華人民共和國公共安全行業(yè)標準》（GA/T 74-94）
13.《中華人民共和國安全防范工程技術規(guī)范》（GB50348-2004）
煤礦監(jiān)控的組成
煤礦監(jiān)控的系統(tǒng)組成包括監(jiān)控前端、傳輸方式、監(jiān)控中心、監(jiān)控終端等部分。此外，根據(jù)監(jiān)控傳輸方式的不同，還可以分為有線監(jiān)控和無線監(jiān)控。
監(jiān)控前端
監(jiān)控前端包括防爆攝像機、模擬攝像機、視頻編碼器、網(wǎng)絡攝像機、報警輸入/輸出設備等。還可以根據(jù)用戶及環(huán)境的不同需求，另外加配護罩等。
正常工作時，攝像機將采集的圖像信號進入視頻服務器進行模擬信號，數(shù)字信號轉(zhuǎn)換及壓縮（MPEG-4格式），然后從視頻服務器口進入[RO-2400T/R網(wǎng)絡連接器/天線一體機]直接發(fā)射。各發(fā)射點的[網(wǎng)絡連接器]的帶寬為11Mbps，云臺控制信號通過解碼器傳遞給云臺以控制轉(zhuǎn)動方向。或者攝像機的視頻輸出通過BNC連接到多路視頻服務器，然后通過RJ45接頭將視頻服務器連接到網(wǎng)絡，再為視頻服務器設置一個IP地址，就可以依托已有的快速局域網(wǎng)或無線局域網(wǎng)，實現(xiàn)在局域網(wǎng)的任何地方，授權用戶都可以利用瀏覽器來觀看井下的工作情況。
視頻服務器一般都包含一個內(nèi)置的WEB服務器，它可以增強傳統(tǒng)監(jiān)視系統(tǒng)的性能，并為在一個安全的內(nèi)部網(wǎng)甚至互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布監(jiān)控圖像提供了網(wǎng)絡連通性。視頻攝像機的管理、配置和監(jiān)控——所有的這些都只需通過Microsoft IE的標準WEB瀏覽器來完成。
此外，還可以將其他礦井安全監(jiān)測設備如：瓦斯傳感器、通風檢測設備、報警設備等通過輔助的輸入設備連接到視頻服務器上?！?br />
從某種角度上說，視頻服務器可以看作是不帶鏡頭的網(wǎng)絡攝像機、或是不帶硬盤的DVR，視頻服務器除了可以達到與網(wǎng)絡攝像機相同功能外，在設備的配置上更靈活。網(wǎng)絡攝像機通常受到本身鏡頭和機身功能的限制，而視頻服務器除了可以和普通的傳統(tǒng)攝像機連接外，還可以和一些特殊功能的攝像機連接，如：低照度、高靈敏度的紅外攝像機等。MPEG4硬壓縮方式在于解決低帶寬音視頻的傳輸問題，在164KHZ的帶寬上，MPEG4平均可傳5-7幀/秒。MPEG4的最高分辨率可以達到720 x 576，接近DVD畫面效果，基于圖像壓縮的模式?jīng)Q定了它對運動物體可以保證有良好的清晰度。
網(wǎng)絡通信平臺
網(wǎng)絡通信平臺由路由器、交換機、無線網(wǎng)橋、防火墻、通信線路等設備組成。通信線路可以采用多種方式：雙絞線、光纖、有線電纜、專線、幀中繼、xDSL、無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星、微波、GPRS、CDMA等。
一般的傳輸方式如線纜傳輸，其優(yōu)點是不會產(chǎn)生電磁干擾，相對于其他傳輸方式，也不會產(chǎn)生電火花，避免了可能引發(fā)的瓦斯爆炸。但也有缺點，包括有的礦井長達幾公里，傳統(tǒng)的布線方式無法滿足；布線困難，如果按著傳統(tǒng)布線方式，有幾路監(jiān)測點，就要拉幾條視頻線，在井上尚且困難，在井下就會更加困難。
采用光纖傳輸，可以使布線方便，傳輸?shù)穆窋?shù)多，不會造成傳輸信號堵塞。其缺點是煤礦井下環(huán)境特殊，不允許在井下進行融接，所以必須在井上融接好后再到井下，這無疑增加了施工的難度；井下會有各種突發(fā)事故發(fā)生，如果光纖斷裂，就需要將所有監(jiān)測點光纖拉到井上重新進行融接，這無疑又會增加額外的人力、物力、財力，同時也會造成監(jiān)控的盲區(qū)；由于光端機成本很高，這無疑會增加工程的成本；后期增加監(jiān)控點不容易。
張總經(jīng)理說，近年來，煤礦監(jiān)控又推出了一種新的傳輸模式：無線監(jiān)控。它的布線簡單，成本低：信號通過微波傳輸，降低了系統(tǒng)成本和施工難度；信號抗干擾性強，不易失真，傳輸無延時；系統(tǒng)設備可以將800線的攝像頭信號高保真地傳送，其傳輸速度快，沒有延時；采用頻率2.4G和5.8G技術，可以在較遠的范圍內(nèi)傳輸，而且可以添加放大器或者無線數(shù)字微波中繼傳輸機以延長傳輸距離，監(jiān)控距離可達數(shù)十公里；后期維護簡單方便：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，如果有新增節(jié)點加入不用重新布線，只需插入到主干電纜上即可，出現(xiàn)故障查找容易，維護方便，簡單可靠。
煤礦企業(yè)多數(shù)都建有一套閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，采用的是模擬視頻信號，具有很大的局限性：首先，有線模擬視頻信號的傳輸對距離十分敏感，當傳輸距離大于800米時，信號容易產(chǎn)生衰耗、 畸變、群延時，并且易受干擾，使圖像質(zhì)量下降，當用于井下復雜的工作現(xiàn)場時，效果不好；其次，有線模擬視頻監(jiān)控無法聯(lián)網(wǎng)，只能以點對點的方式監(jiān)視現(xiàn)場，并且使得布線工程量極大，不便于系統(tǒng)的維護和升級；最后，有線模擬視頻信號數(shù)據(jù)的存儲會耗費大量的存儲介質(zhì)(如錄像帶)，查詢?nèi)∽C時十分繁瑣。
以xx網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品的數(shù)字化視頻監(jiān)控為例，它的優(yōu)點正好克服了模擬閉路電視監(jiān)控的局限性：首先，數(shù)字化視頻可以在計算機網(wǎng)絡(局域網(wǎng)或廣域網(wǎng))上傳輸圖像數(shù)據(jù)，基本上不受距離限制，信號不易受干擾，可大幅度提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性；其次，數(shù)字視頻可利用計算機網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡帶寬可復用，無需重復布線；另外，數(shù)字化存儲成為可能，經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲在磁盤陣列中或保存在光盤中，查詢十分簡便快捷。
監(jiān)視系統(tǒng)由監(jiān)控終端和顯示系統(tǒng)組成。監(jiān)控終端可采用普通的PC機，無需安裝客戶端軟件，只要使用標準瀏覽器訪問監(jiān)控管理服務器。用戶登錄“TYL—NMS”智能安全聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，根據(jù)管理的權限使用系統(tǒng)功能。對于中心監(jiān)控室，通常會配置高性能的PC機作為監(jiān)控工作站，并建立電視墻系統(tǒng)。
監(jiān)控中心
監(jiān)控中心主要由監(jiān)控服務器、監(jiān)控客戶終端等組成。主要完成礦區(qū)現(xiàn)場圖像接收與顯示，用戶登錄管理，優(yōu)先權的分配，控制信號的協(xié)調(diào)，圖像的實時監(jiān)控，錄像的存儲、檢索、回放、備份、恢復等。
在廠區(qū)網(wǎng)絡上配置一臺監(jiān)控服務器，安裝中心服務器監(jiān)控軟件，中心服務器前端對各變電站的攝像機、視頻服務器進行管理，后端對所有的上網(wǎng)用戶進行管理，同時擔負錄像報警等眾多功能。在值班室安裝一到數(shù)臺監(jiān)控客戶機，監(jiān)控用戶首先登陸監(jiān)控服務器，輸入用戶名密碼，獲得相應的授權后，即能訪問到前端的攝像機，同時也可以安裝一臺大屏幕顯示器，在大屏幕上同時顯示出前端攝像機所拍攝的畫面。系統(tǒng)也可以采用常規(guī)的電視墻顯示方式。
監(jiān)控服務器功能強大，可以同時管理數(shù)十個礦區(qū)系統(tǒng)和數(shù)十個甚至是上百個在線用戶，在以后礦區(qū)擴容時，調(diào)度中心無需增加硬件設備投入。
管理服務器由監(jiān)控管理軟件、服務器硬件、存儲服務器等組成。廣角監(jiān)控管理軟件提供了完整的監(jiān)控中心管理、錄像管理、報警管理、用戶認證和權限管理、服務器集群管理等功能。廣角監(jiān)控管理軟件基于擁有專利的流媒體分布式處理技術，能夠在復雜網(wǎng)絡環(huán)境中優(yōu)化視頻流的傳輸控制，提供大容量、高質(zhì)量的網(wǎng)絡視頻傳輸和處理。
監(jiān)控終端
系統(tǒng)采用成熟WEB技術，系統(tǒng)為用戶提供了良好的人機界面，客戶端通過瀏覽器方式訪問系統(tǒng)。網(wǎng)絡上的任何一臺微機/筆記本電腦只要安裝了監(jiān)控系統(tǒng)的客戶端圖像控件之后，即可成為一個功能完備的監(jiān)控客戶終端?？蛻艨梢噪S時隨地查看所需要的現(xiàn)場圖像和地磅數(shù)據(jù)。一般來說，該系統(tǒng)應該具有如下的基本功能：
多路畫面實時錄像: 具有多畫面實時錄像功能，具有三種錄像觸發(fā)模式:手動錄像、定時錄像、報警錄像，定時錄像時間可以設置。
多路畫面實時顯示: 具有1-16路畫面實時顯示功能， 具有多種顯示方式: 1路顯示、4路5路6路9路或16路同時顯示，實時顯示滯后時間不大于0.2秒，滿足前端控制要求。
圖像壓縮質(zhì)量設置: 視頻采集率、圖像壓縮質(zhì)量及幀率可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。
視頻移動報警聯(lián)動錄像: 具有視頻圖像動態(tài)檢測功能， 每路圖像可設置多種不同的檢測區(qū)域， 檢測靈敏度可調(diào)。如果有人入侵或物體位置挪動導致這些點的圖像亮度變化，就能產(chǎn)生報警并聯(lián)動錄像。
查詢及回放: 可按日期時間迅速找到欲查對象，查詢手段方便簡單，在查詢回放時，錄像機能快進、快退、單幀進、單幀圖像存儲及打印功能。
視頻參數(shù)設置: 可對每路視頻的亮度、對比度、飽和度和色調(diào)進行設置。
遠程圖像顯示: 通過網(wǎng)絡可實現(xiàn)遠程圖像顯示錄像回放功能。
實時監(jiān)控: 網(wǎng)絡快球?qū)⒉杉降囊粢曨l信號壓縮編碼，通過IP網(wǎng)絡實時傳輸?shù)奖O(jiān)控播放終端解壓播放；監(jiān)控播放終端也可通過網(wǎng)絡來控制網(wǎng)絡球機的鏡頭，進行全面且全方位的監(jiān)控。
遠程監(jiān)控:在世界上的任何地點，只要能接入INTERNET，就可以看到實時的監(jiān)控圖像。
錄像存儲: 網(wǎng)絡快球?qū)⒉杉降囊粢曨l信號數(shù)字化壓縮后通過微波實時傳輸?shù)街付ǖ谋O(jiān)控中心，進行實時監(jiān)控或存儲。
定時錄像: 系統(tǒng)按照用戶預先設定的定時時間表，把網(wǎng)絡快球采集的音視頻信號壓縮后通過微波實時傳輸?shù)街付ǖ谋O(jiān)控中心，進行存儲。
告警錄像: 系統(tǒng)按照用戶預先設定的報警外理方案，把告警發(fā)生時段的圖像存儲下來。
用戶管理: 安全性能好， 具有用戶安全密碼保護功能，有效防止無關人員操作。對操作系統(tǒng)的用戶進行權限驗證和管理，系統(tǒng)中的任何操作都只能由允許的用戶來操作，用戶也可以設置一些不需要權限限制的操作。
