礦用智能視頻監控平臺的應用及實現

天地（常州）自動化股份有限公司　劉　冬

礦用智能視頻監控平臺的應用及實現

天地（常州）自動化股份有限公司劉冬

本文設計了適用于煤礦的智能視頻監控軟硬件平臺，針對煤礦特定需求進行視頻圖像的智能分析、報警，并與井下其他的安全系統實施連接，實現系統之間聯動管理和智能預警功能，解決了傳統視頻視頻監控無人實施監管的難題。

煤礦；視頻監控；智能視頻分析

0　引言

當前煤礦視頻監控系統由于視頻采集點眾多，視頻監控除了事后查證的作用，平時基本處于無人查看的狀態，且視頻錄像占用大量硬盤空間卻無法通過機器獲取有用信息；同時在井下惡劣環境中，部分傳統傳感器容易因環境影響、電磁干擾、安裝局限等原因，容易出現不報警或誤報警。智能視頻監控［1，2］由于采用了非接觸式遠距離光學偵測，具有不受電磁干擾、傳感頭不宜損壞等優點，可作為工礦場合信息采集的有效手段之一。

本文介紹一種礦用智能視頻監控平臺，采用網絡攝像機、模擬攝像機加DVR等作為前端視頻圖像，利用煤礦井下已建成的工業環網作為傳輸網絡將視頻圖像上傳至地面，智能視頻分析服務器對井下特定區域的視頻監控圖像進行設置并分析，分析的結果可直接輸出圖像展示、大屏幕推送，并連接井下報警設備和其它安全預警系統，實現系統之間聯動管理，建設成高效、智能、可靠的綜合化智能視頻管理平臺。該智能視頻監控平臺通過在山西某礦現場工業性試驗中，獲得了較好的用戶評價。

1　系統結構設計

1.1硬件平臺的設計

本文介紹的智能視頻平臺基于目前煤礦最常用的數字網絡視頻［3］進行設計，硬件部分主要由前端視頻采集部分、傳輸部分和視頻分析平臺3大塊組成。

a）前端視頻采集裝置

前端視頻采集裝置通常采用礦用網絡攝像機，或者模擬攝像機加上視頻服務器的模式。由于井下光照環境差，通常需要選用低照度效果較好的攝像機，同時為了提高視頻成像效果，選擇自帶紅外補光的礦用攝像機，或者另外配上紅外補光燈或普通射燈則更佳。

b）傳輸網絡

傳輸網絡是視頻傳輸中至關重要的通道，因此網絡選擇的原則在于安全可靠、數據傳輸流暢。通常選用的礦用傳輸網絡是礦用環網接入器，或者是帶冗余功能的礦用GPON網絡，網絡的傳輸速率至少要求是百兆以上，如果是千兆或萬兆網絡則更佳。

c）視頻分析平臺

地面視頻分析平臺是整個系統的大腦和轉發中心，因此在監控中心配置了智能視頻分析服務器1臺（通常選用計算量和存儲量較大的服務器來擔當），用于實時分析井下重要及危險生產場所視頻圖像，同時配置網絡存儲設備1臺，用于視頻監控圖像的長期保存。

1.2軟件平臺的設計

為使系統的使用方便、維護簡單、擴充靈活，系統軟件采用B/S架構，軟件平臺采用了模塊化設計。智能視頻分析平臺軟件主要由用戶權限及帳戶管理模塊、解碼模塊、算法分析及相關配置模塊、代理轉發模塊、報警錄像模塊、報警截圖模塊、屏幕彈出模塊、web頁面發布模塊、數據服務及算法調度模塊、數據庫模和通訊模塊等組成。這些模塊共同協同工作，完成了智能視頻分析平臺的視頻設置、解碼、分析、推送、轉發、錄像等各種功能。

圖1　智能視頻服務器軟件模塊架構

平臺軟件中最核心的技術視頻分析的功能。其中視頻分析的具體流程是先將流媒體視頻解碼成連續圖像幀，單幀圖像進入緩沖隊列，由算法調度模塊選擇不同的算法，由算法執行模塊對圖像數據進行分析。具體流程如圖2所示。

圖2　智能視頻軟件處理流程

本組件包括的功能模塊如表1所示：

表1　智能視頻軟件處理模塊簡表

圖3　煤流檢測算法流程圖

圖4　　行人越界檢測算法流程圖

2　智能視頻的應用

通過大量的調研及用戶需求整理后，本文主要介紹智能視頻在煤礦應用中需求較為迫切的兩種應用——人員越界檢測和皮帶煤流檢測。其中人員越界報警功能主要針對煤礦生產中的人員安全問題，采用視頻這一最直接方式來替代人眼實現實時監控，可減少礦井中監控人員數量，提高煤礦安全生產的水平；皮帶煤流檢測功能主要檢測煤礦皮帶上煤量的多少，最后反饋給皮帶調速系統，通過調節皮帶轉速來解決皮帶全速空轉耗能問題，為煤礦企業節能減排和降低企業的運營成本的工作做數據支撐。其中煤流檢測算法流程如圖3所示。

行人越界檢測算法流程（圖4）。

該智能視頻分析平臺在2015年6月山西某礦應用后，通過選用礦上皮帶巷及火藥庫、中央變電所的視頻進行視頻的布局及智能分析，對于人員越界的檢測準確率達到80%以上，對于皮帶煤流的準確率實測達到90%以上，極大了降低了監控人員的監控強度，獲得了煤礦用戶的一致好評。

3　結束語

當前煤礦經濟低迷的大環境中需要建設高效現代化礦井，而礦井高產高效的關鍵在于提高技術水平、管理水平，最大限度地減少人工投入，從而提高礦井生產的安全性和高效性。本文將智能視頻識別技術應用到礦井生產中，實現人員越界檢測和皮帶負載檢測，有效彌補現有工業電視系統和某些傳感器存在的不足，降低煤礦安全生產事故發生率，指導皮帶運輸的節能控制，對于煤礦具有非常重要的經濟效益和社會效益。

［1］吳文臻.智能視頻監控系統在煤礦井下的應用研究［J］.煤礦技術，2016，35：271-273.

［2］張謝華，張申，方帥 等.煤礦智能視頻監控中霧塵圖像的清晰化研究［J］.煤炭學報，2014，39（1）：198-204.

［3］董向華，楊勇.基于網絡的視頻監控系統的設計與實現［J］.通信技術，2013，46（2）：64-66.

In this paper，the intelligent video surveillance software and hardware platform is designed to apply to coal mine.The platform analysis video and alarm according to the specific needs of the coal mine，connects to other security system，implements linkage management and Intelligent early warning between other systems，solve the problem of unmanned supervision in traditional video surveillance.

Coal mine；Video surveillance；Intelligent video analysis

劉冬（1981—），男，江蘇武進人，工程師，主要研究方向為煤礦工業電視。

項目來源：天地（常州）自動化股份有限公司（15SY003-03）。