毛家庄煤矿工作面无线音视频监控系统的设计与实现 |
| 2012-12-14 14:10 作者：胡恒岩 黄忠光 屈建平 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网文】据《硅谷》杂志2012年第19期刊文，针对目前毛家庄煤矿井下采煤工作面环境恶劣，煤尘污染严重，采煤机操作人员得不到人身安全保障等问题，设计一套工作面无线音视频监控系统。该系统采用无线传输，弥补有线传输不足，为煤矿安全生产、调度和决策指挥提供直观、可靠的观察手段。实现对采煤工作面的远程可视化监控，提升工作面作业的安全、高效水平。
1概述
毛家庄煤矿井下5101工作面由采煤机、运载机、支架、顶板、煤壁以及移动泵站等机械设备组成井下煤炭生产工艺，其中任何一个机械环节发生机械故障都容易造成生产事故。利用远程音视频监控系统，地面监控人员不仅能直观地监视和记录井下工作现场的生产情况，并提供语音对话功能，而且能及时发现事故苗头，防患于未然。因此，音视频监控是现代矿井安全生产监控系统的重要组成部分[1]，现在煤矿使用的音视频监控系统以有线监控系统为主，在音视频监测能力和使用灵活性等方面都有较大的不足。目前已有多种煤矿井下无线音视频监控方案被提出[2-4]，但现有的方案大都停留在设计阶段。为此，基于数字矿山综合无线局域网网络架构[5]开发了煤矿井下无线音视频监控系统，系统具有图像质量好、实时性高、扩容方便、多级远程访问等诸多优点。
2现有工作面音视频监控现状
毛家庄煤矿5101工作面只有音频监控，即工作面扩音电话系统。在工作面液压支架下面安装扩音电话，并和移动变电站的工作面集控连接使用，此系统也只是限于工作面使用，没有接入接入调度，更也没有与视频监控联动。
3无线音视频监控系统设计
实现对毛家庄煤矿5101工作面采煤机、运载机、支架、顶板、煤壁以及移动泵站等机械设备工作运行情况进行监测，是工作面安全生产的关键，最好的方式是采用无线音视频系统。在工作面端头过渡液压支架下及顺槽进皮带巷安装矿用隔爆兼本安型工业以太网交换机，构建无线传输通道。无线网络拓扑图如图1所示。
图1无线网络拓扑图
3.1系统方案
系统整体框架分三个方面。首先是视频系统，实现视频采集、传输；第二是显示系统，实现视频图像的地面显示、录像；第三是扩音对讲系统，实现广播及扩音对讲。
系统采用分布式结构。主要由矿用隔爆型网络摄像仪、矿用隔爆监视器、本安型扩播话机、矿用无线网络交换机、矿用综合接入网关、矿用光纤等组成。
在工作面端头过渡液压支架下安装1台矿用隔爆兼本安型工业以太网交换机（采用频率2.4G无线传输技术），顺槽皮带巷巷道内无线网络交换机的安装间隔为200-300m，相互之间采用无线传输，具体的安装数量根据斜巷轨道运输巷道的实际情况确定，构建无线传输通道。
液压支架下安装4台KBA116A矿用隔爆型网络摄像仪，摄像仪之间网线连接，摄像仪摄取工作面设备工作状态的视频，然后将视频信号通过网线发送到液压支架下的无线交换机上，无线交换机的传输通道将视频信号传输到移动变电站的隔爆监视器上，可就地观察采煤机等的运行位置及工作面的实时状况，并可通过煤矿已经建设的工业以太环网将视频图像上传到地面。在地面调度可监管工作面液压支架、顶板的状态，采煤机、镏子的运行状况等。
在采煤工作面布置扩音电话，根据现场情况确定扩音电话个数，扩音电话之间用通信电缆连接，再连接到综合接入网关，网关用阻燃网线连接到无线交换机。音频信号通过无线交换机的传输通道和工业以太环网传输地面调度平台。工作面移动设备工作状况可以第一时间反映调度室，使生产事故处理时间降低到最小。
系统连接如图2所示。
图2综采工作面无线音视频监控系统连接图
4系统功能实现
4.1音频监控
扩音电话具备如下功能及典型应用。
1）当出现紧急情况时，音频系统平台可通过各个通信子系统向全矿区（含井上井下）及时发出紧急广播。
2）系统可按煤矿设置的播放时间表，通过自动播放软件，在全网、指定线路或指定区域，自动播放背景音乐、安全守则、领导讲话、语音宣传等预置内容。
4.2视频监控
系统采用无线加有线的方式，既解决了工作面布线的困难，又可实现图像远距离传输。系统的主要功能：1）在顺槽就地实现对工作面的监视大大提高了监督效率，及时发现生产过程中存在的违规现象，及时纠正，降低重大生产事故发生的可能性。2）在地面实现对工作面的监视，并可进行录像记录可在地面通过软件实现摄像仪云台控制、焦距远近、光圈大小、视频录像等功能设置，从而实现网络摄像机的监控报警，视频会议等功能。实现对工作面的全景可视化监管。通过录像，便于事故发生后快速明确事故责任，找出事故发生的原因，避免今后类似事件的重演。
4.3现场视频实时画面
5结束语
工作面故障应急音视频分析系统诊断系统可监管液压支架、顶板的状态，采煤机、镏子的运行状态，及时发现作业过程中的违规现象，为煤矿安全生产、调度和决策指挥提供直观、可靠的观察手段。生产事故一旦发生，音视频监控系统立刻提供井下事故视频场景，并提供语音对话功能，减少或取消不必要的下井看现场实际，使生产事故处理时间降低到最小，提高煤矿的采煤生产效率。因此，对煤矿井下生产，特别是在处理生产事故，减少工作面故障实际和延长工作面连续运转时间，更多的提高煤矿生产效率有着十分重要的意义。
基金项目：江苏省科技成果转化资金项（BA2010058）
作者简介：
胡恒岩（1981-），男，江苏徐州人，专科，助理工程师，现供职于徐州中矿大华洋通信设备有限公司，研究方向：从事矿井综合自动化、信息化的研究与应用工作。 |
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