礦用智能視頻監(jiān)控平臺(tái)的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)

天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司　劉　冬

礦用智能視頻監(jiān)控平臺(tái)的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)

天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司劉冬

本文設(shè)計(jì)了適用于煤礦的智能視頻監(jiān)控軟硬件平臺(tái)，針對(duì)煤礦特定需求進(jìn)行視頻圖像的智能分析、報(bào)警，并與井下其他的安全系統(tǒng)實(shí)施連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間聯(lián)動(dòng)管理和智能預(yù)警功能，解決了傳統(tǒng)視頻視頻監(jiān)控?zé)o人實(shí)施監(jiān)管的難題。

煤礦；視頻監(jiān)控；智能視頻分析

0　引言

當(dāng)前煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于視頻采集點(diǎn)眾多，視頻監(jiān)控除了事后查證的作用，平時(shí)基本處于無人查看的狀態(tài)，且視頻錄像占用大量硬盤空間卻無法通過機(jī)器獲取有用信息；同時(shí)在井下惡劣環(huán)境中，部分傳統(tǒng)傳感器容易因環(huán)境影響、電磁干擾、安裝局限等原因，容易出現(xiàn)不報(bào)警或誤報(bào)警。智能視頻監(jiān)控［1，2］由于采用了非接觸式遠(yuǎn)距離光學(xué)偵測，具有不受電磁干擾、傳感頭不宜損壞等優(yōu)點(diǎn)，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(jiān)控平臺(tái)，采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、模擬攝像機(jī)加DVR等作為前端視頻圖像，利用煤礦井下已建成的工業(yè)環(huán)網(wǎng)作為傳輸網(wǎng)絡(luò)將視頻圖像上傳至地面，智能視頻分析服務(wù)器對(duì)井下特定區(qū)域的視頻監(jiān)控圖像進(jìn)行設(shè)置并分析，分析的結(jié)果可直接輸出圖像展示、大屏幕推送，并連接井下報(bào)警設(shè)備和其它安全預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間聯(lián)動(dòng)管理，建設(shè)成高效、智能、可靠的綜合化智能視頻管理平臺(tái)。該智能視頻監(jiān)控平臺(tái)通過在山西某礦現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)中，獲得了較好的用戶評(píng)價(jià)。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)

本文介紹的智能視頻平臺(tái)基于目前煤礦最常用的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻［3］進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(tái)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(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，或者模擬攝像機(jī)加上視頻服務(wù)器的模式。由于井下光照環(huán)境差，通常需要選用低照度效果較好的攝像機(jī)，同時(shí)為了提高視頻成像效果，選擇自帶紅外補(bǔ)光的礦用攝像機(jī)，或者另外配上紅外補(bǔ)光燈或普通射燈則更佳。

b）傳輸網(wǎng)絡(luò)

傳輸網(wǎng)絡(luò)是視頻傳輸中至關(guān)重要的通道，因此網(wǎng)絡(luò)選擇的原則在于安全可靠、數(shù)據(jù)傳輸流暢。通常選用的礦用傳輸網(wǎng)絡(luò)是礦用環(huán)網(wǎng)接入器，或者是帶冗余功能的礦用GPON網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率至少要求是百兆以上，如果是千兆或萬兆網(wǎng)絡(luò)則更佳。

c）視頻分析平臺(tái)

地面視頻分析平臺(tái)是整個(gè)系統(tǒng)的大腦和轉(zhuǎn)發(fā)中心，因此在監(jiān)控中心配置了智能視頻分析服務(wù)器1臺(tái)（通常選用計(jì)算量和存儲(chǔ)量較大的服務(wù)器來擔(dān)當(dāng)），用于實(shí)時(shí)分析井下重要及危險(xiǎn)生產(chǎn)場所視頻圖像，同時(shí)配置網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備1臺(tái)，用于視頻監(jiān)控圖像的長期保存。

1.2軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)

為使系統(tǒng)的使用方便、維護(hù)簡單、擴(kuò)充靈活，系統(tǒng)軟件采用B/S架構(gòu)，軟件平臺(tái)采用了模塊化設(shè)計(jì)。智能視頻分析平臺(tái)軟件主要由用戶權(quán)限及帳戶管理模塊、解碼模塊、算法分析及相關(guān)配置模塊、代理轉(zhuǎn)發(fā)模塊、報(bào)警錄像模塊、報(bào)警截圖模塊、屏幕彈出模塊、web頁面發(fā)布模塊、數(shù)據(jù)服務(wù)及算法調(diào)度模塊、數(shù)據(jù)庫模和通訊模塊等組成。這些模塊共同協(xié)同工作，完成了智能視頻分析平臺(tái)的視頻設(shè)置、解碼、分析、推送、轉(zhuǎn)發(fā)、錄像等各種功能。

圖1　智能視頻服務(wù)器軟件模塊架構(gòu)

平臺(tái)軟件中最核心的技術(shù)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(xù)圖像幀，單幀圖像進(jìn)入緩沖隊(duì)列，由算法調(diào)度模塊選擇不同的算法，由算法執(zhí)行模塊對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)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(yīng)用

通過大量的調(diào)研及用戶需求整理后，本文主要介紹智能視頻在煤礦應(yīng)用中需求較為迫切的兩種應(yīng)用——人員越界檢測和皮帶煤流檢測。其中人員越界報(bào)警功能主要針對(duì)煤礦生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，可減少礦井中監(jiān)控人員數(shù)量，提高煤礦安全生產(chǎn)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(diào)速系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)皮帶轉(zhuǎn)速來解決皮帶全速空轉(zhuǎn)耗能問題，為煤礦企業(yè)節(jié)能減排和降低企業(yè)的運(yùn)營成本的工作做數(shù)據(jù)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(tái)在2015年6月山西某礦應(yīng)用后，通過選用礦上皮帶巷及火藥庫、中央變電所的視頻進(jìn)行視頻的布局及智能分析，對(duì)于人員越界的檢測準(zhǔn)確率達(dá)到80%以上，對(duì)于皮帶煤流的準(zhǔn)確率實(shí)測達(dá)到90%以上，極大了降低了監(jiān)控人員的監(jiān)控強(qiáng)度，獲得了煤礦用戶的一致好評(píng)。

3　結(jié)束語

當(dāng)前煤礦經(jīng)濟(jì)低迷的大環(huán)境中需要建設(shè)高效現(xiàn)代化礦井，而礦井高產(chǎn)高效的關(guān)鍵在于提高技術(shù)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(chǎn)的安全性和高效性。本文將智能視頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到礦井生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)人員越界檢測和皮帶負(fù)載檢測，有效彌補(bǔ)現(xiàn)有工業(yè)電視系統(tǒng)和某些傳感器存在的不足，降低煤礦安全生產(chǎn)事故發(fā)生率，指導(dǎo)皮帶運(yùn)輸?shù)墓?jié)能控制，對(duì)于煤礦具有非常重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］吳文臻.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦井下的應(yīng)用研究［J］.煤礦技術(shù)，2016，35：271-273.

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

［3］董向華，楊勇.基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.通信技術(shù)，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(jìn)人，工程師，主要研究方向?yàn)槊旱V工業(yè)電視。

項(xiàng)目來源：天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司（15SY003-03）。