基于Wi—Fi技術的無極繩絞車運輸視頻監控系統

摘 要：文章介紹了一種基于Wi-Fi技術的無極繩絞車運輸視頻監控系統。利用Wi-Fi技術，無線攝像儀將采集的視頻信號進行轉換傳輸，不僅減少了布線，同時實現巷道內的實時視頻監控，便于操作絞車的礦工對遇到的特殊情況及時處理，達到安全行車的目的。

關鍵詞：無極繩絞車；Wi-Fi技術；視頻監控

引言

礦用無極繩絞車運輸系統[1]是一種礦井下使用較多的輔助運輸系統，主要應用于工作面順槽和采掘大巷，以循環鋼絲繩牽引礦車、平板車等運輸設備，采用無極繩輪系傳動。由于斜巷坡度有的高達30°，距離長，環境復雜，現有的監控系統的需要布設攝像機的關鍵位置多，走線繁瑣，同時攝像機不能移動，布控存在的死角不容易觀察，帶來的安全隱患導致監控難以到位，成為煤礦機電事故多發環節。據統計約有超過40%以上的機電事故是在該區域發生。因此，煤礦斜巷軌道運輸成為煤礦安全生產隱患的重災區之一，煤礦斜巷軌道運輸綜合安全監控已經成為一個迫切需要解決而又難以解決的難題。

為此，我們發明了基于Wi-Fi技術[2]的無極繩絞車運輸視頻監控系統，解決了現有系統所存在的問題。創設了一種新型結構的基于Wi-Fi技術的無極繩絞車運輸視頻監控系統及其方法，將監控視頻用無線的Wi-Fi信號進行傳輸，不僅解決了礦井下絞車的實時監控問題，還能夠改變井下監控的布線方式，大大減少了走線帶來的成本和復雜性。

1 系統組成

本系統由三部分組成，視頻圖像采集系統，視頻傳輸和接收系統，視頻實時顯示系統和供電系統。該系統的主要功能是對無極繩絞車運輸過程中的全程監測，監控無極繩絞車的運行，對遇到的特殊情況，便于操作絞車的礦工及時處理。可從根本上保證運輸時礦工人身安全，避免安全運輸隱患和傷亡事故發生，提升了運輸工作效率。其中供電系統包括隔爆蓄電池箱，隔爆蓄電池箱給無線攝像機提供12V的供電，給視頻編碼模塊和視頻解碼分屏模塊提供12V供電，給AP提供48V供電。

1.1 視頻圖像采集系統

視頻圖像采集系統包括固定在軌道機車上也設置有無線攝像機1（無線攝像機1為低照度的無線攝像機，當運輸巷道內光的照度不足時，低照度的無線攝像機1在弱光的情況下也能提供清晰的還原圖像。），視頻編碼模塊和供電電源。可采用H.264視頻壓縮技術[3]，占用帶寬低。視頻圖像采集系統主要用于巷道視頻圖像的采集和將采集到的模擬視頻信號轉換為可通過Wi-Fi網絡傳輸的數字信號。

1.2 視頻傳輸和接收系統

視頻傳輸和接收系統由為無線AP（Access Point即無線接入點如圖1中的2）和供電電源組成。無線AP的組網用到了無線AP的AP模式和AP客戶端模式。AP模式是無線AP的基本工作模式，用于構建以無線AP為中心的集中控制式網絡，所有通信都通過AP來轉發，類似于有線網絡中的交換機的功能。AP模式共有13信道，如果周圍環境中還有其他的無線網絡，盡量不要使用相同的頻率段。AP客戶端模式使設為客戶端的AP可以通過無線的方式與設為AP模式的AP相連接傳輸數據。本系統中設為客戶端模式的AP用于視頻數據的發送，設為AP模式的AP則用于視頻數據的接收。多個AP設置在軌道機車所在的運輸巷道內，達到絞車運輸范圍的全覆蓋，通過光纖將多個AP連接至網絡交換機。其中AP與AP也可通過WDS技術實現無線連接，更能簡化井下的布線。

1.3 視頻實時顯示系統

視頻實時顯示系統由網絡交換機3、解碼分屏器4和監視器5以及供電電源組成。網絡交換機將從AP2所接收到視頻信號經解碼分屏器4的解碼和分屏成監視示器能夠顯示的信號供監視器5顯示。

2 系統特點

2.1 支持802.11n標準

Wi-Fi技術支持802.11a/b/g/n標準，其中802.11n標準不僅將數據速率提高了一個等級，傳輸帶寬最高可達300Mbps，而且使射頻（RF）信號更具彈性，穩定性和可靠性，使視頻信號顯示清晰、流暢、無延時，達到安全行車的目的。同時802.11n在功耗面進行了重大創新，保證井下在斷電情況下，設備能工作更長的時間。

2.2 開放式無線網絡

Wi-Fi網絡可以作為井下開放式無線網絡，便于井下其他監控系統接入到本系統中。

2.3 H.264視頻壓縮技術

H.264視頻壓縮技術在本系統中的使用，H.264[4]在編碼框架上還是沿用以往的MC-DCT結構即運動補償加變換編碼的混合（hybrid）結構因此它保留了一些先前標準的特點如不受限制的運動矢量（unrestricted motion vectors）對運動矢量的中值預測（median Prediction）等，此外H.264 還具有很好的錯誤恢復能力（error resilience）和網絡適應性（network adaptability ）。

2.4 地面實時監控

系統設置有數據傳輸的接口，視頻數據可以由井下工業以太網傳送到地面的監控中心，以便地面也能夠同時實時地了解巷道及絞車運行的情況。

3 結束語

基于Wi-Fi技術的無極繩絞車運輸視頻監控系統及其方法，能夠實時的監控運輸的過程。其具有上述諸多的優點及實用價值，并在同類產品中未見有類似的結構設計公開發表或使用而確屬創新，其不論在結構上或功能上皆有較大的改進，在技術上有較大的進步，并產生了好用及實用的效果，且較現有的無極繩絞車運輸系統具有增進的多項功效，從而更加適于實用，而具有產業的廣泛利用價值，成為一新穎、進步、實用的新設計。

參考文獻

[1]姜漢軍.礦用輔助運輸設備[M].徐州：中國礦業大學出版社，2008.

[2]金純，陳林星，楊吉云.IEEE 802.11無線局域網[M].電子工業出版社，2004.

[3]Editor's Proposed Draft Text Modifications for Joint Video Specification（ITU-TRec. H.264 | ISO/IEC 14496-10 AVC），Draft 2[Z].JVT Document：JVT-E022d2， October，2002.

[4]王濤，汪海鷹.H.264草案中的UVLC編碼分析[J].計算機工程及應用，2004，2.

作者簡介：楊誠（1983-），男，江蘇常州人，本科，工程師，主要研究方向：煤礦井下有線/無線傳輸、信息的獲取和融合。

許亮（1983-），男，江蘇常州人，專科，助理工程師，主要研究方向：煤礦井下傳感器數據采集、井下粉塵治理等。