視頻信息融合技術在監控系統中的應用

馬 勇 李 敏 高常華

（山東新河礦業有限公司，山東 濟寧 272400）

1 項目背景

煤礦是高危行業，安全監控系統的使用顯得尤為重要。礦井現用監控系統多數采用Windows中文平臺，監控中心站配備2套監控主機，1臺工作，1臺備用，井上下均采用以太網傳輸，數據觀測采用模擬量傳感器，能夠實現監測數據、定義信息、歷史記錄、動態圖形等監測數據的上傳及保存。

為提高煤礦安全監控系統準確性、靈敏性、可靠性、穩定性和易維護性，增強煤礦安全保障能力，國家煤礦安監局組織制定了《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》，繼而山東省制定了《山東煤礦安全監控系統升級改造技術方案實施標準》，《山東煤礦安全監察局關于轉發國家煤礦安監局煤礦安全監控系統升級改造技術方案的通知》。通過促進安全監測監控新技術、新裝備的推廣應用，安全監測監控多元融合和信息共享，促進安全監控系統的有效使用，充分發揮安全監控系統在煤礦安全生產中的重要作用，提高安全監控系統技術性能和安全可靠性，實現安全監測監控信息的深度分析和綜合利用，提升井下日常安全生產技術保障水平，從而適應煤礦安全生產的需要。

2 礦井基本情況

2.1 礦井交通位置、隸屬關系

新河礦業公司位于濟寧煤田唐口勘探區的西南部邊緣，井田中心西距嘉祥縣城約7.5km，東距濟寧市約10km，隸屬于淄博礦業集團有限責任公司。

2.2 礦井煤層概況

礦井工作區位于濟寧煤田唐口勘探區西南部。本井田含煤地層為山西組和太原組，平均總厚度222.68m，煤層平均總厚度16.23m，其中含可采煤層三層（3、16、17煤），平均總厚度10.13m。

2.3 礦井概況

礦井采用立井、暗斜井開拓方式，礦井開采水平位于-980m水平。礦井通風方式采用中央并列抽出式，副井進風、主井輔助進風，回風井回風。地面主通風機房裝備2臺GAF23.7-11.8-1型軸流式風機，風機的配套電機為560kW，轉速980r/min，礦井主通風機運轉良好，風量能夠滿足礦井需要。

2.4 礦井瓦斯、煤塵及其他災害情況

新河礦業公司為低瓦斯礦井，瓦斯絕對涌出量3.04m3/min，瓦斯相對涌出量1.58m3/t，二氧化碳絕對涌出量4.05m3/min，二氧化碳相對涌出量2.11m3/min。

新河礦業公司所采3煤層抑制煤塵爆炸的最低巖份量為80%，火焰長度400mm，爆炸指數為38.33%，具有煤塵爆炸性。所采3煤層的自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬自燃煤層。自燃發火期為40d。

3 原安全監測監控系統裝備情況

新河礦業公司2009年9月份裝備了KJ76N監測監控系統，地面設置了監測監控室，配備了監測監控主機（1用、1備）、打印機、錄音電話、聲光報警器，室內安設了雙電源控制柜。井下各種傳感器設置齊全，并實現了24h在線連續檢測。礦井配置KJ76N-F型礦用傳輸分站共32臺，各類傳感器137臺，以及數萬米煤礦用通信阻燃電纜組成的集數據采集、傳輸、分析、控制、存儲于一體的礦井安全監測監控系統，安全巡檢周期為20s左右。各種功能及技術參數均符合《煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范》（AQ1029-2007）標準要求。

4 監控系統改造方案

新河礦業公司監控系統升級改造主要包括傳輸接口升級改造、監控服務器雙機熱備平臺升級（主備機）、基于SQL Server的瓦斯監控系統平臺升級改造，共三個子系統。傳輸介質除了將副井底到地面中心站的通訊電纜改造成光纜傳輸外，其他監控分站與網絡傳輸接口以及傳感器到監控分站之間的數據傳輸仍使用現有的通訊電纜。

4.1 地面部分改造

現安全監控系統使用2臺研華科技610L型監控主機（一用一備），升級改造采用四核高性能專用監控服務器，滿足以太網平臺高性能的數據查詢和統計需求。采用SQL Server專用數據庫存儲瓦斯監測數據，設計通用的數據庫接口為綜合自動化平臺提供數據。

4.2 井下部分改造方案

在現有安全監控系統基礎上，增設網絡傳輸接口和網絡交換機。將主通訊電纜改造成光纜傳輸，解決原有系統存在系統反應慢、巡檢周期長、誤報警不能自動分析處理的問題。

5 視頻信息融合

5.1 視頻信息融合意義

在現有安全監控系統基礎上，增設網絡傳輸接口和網絡交換機。將通訊電纜改造成光纜傳輸，加強饋電狀態監測，在饋電開關處安設紅外高清攝像頭，通過井下工業環網交換機數據上傳至硬盤錄像機，在地面統一平臺上進行系統融合。通過安全監測監控與視頻信息融合，實現視頻信息共享，促進安全監控系統的有效使用，充分發揮安全監控系統在煤礦安全生產中的重要作用。

5.2 視頻信息傳輸

視頻監控攝像機安設于需要加強觀測的饋電開關處，攝像機采用黑白1/3CCD感光器件，攝像頭CCD圖像傳感器將鏡頭采集到的實時高清晰圖像信號傳送到網絡模塊，網絡模塊將圖像信號轉換為基于TCP/IP網絡標準的數據包。通過網線直連方式或光纜傳輸，視頻服務器與光端機將視頻信號轉換為1Vp-p全電視視頻信號傳送井下工業環網交換機，然后傳輸至硬盤錄像機，傳送到網絡中的信號經過視頻監控終端的計算機解碼還原后，將攝像儀采集到的視頻圖像進行存儲、顯示從而實現監控場所狀態的實時監控，繼而實現安全監測監控與視頻信息融合，實現視頻信息共享，使監控系統主（備）機能夠成為實現實時觀測視頻錄像及監控系統數據的平臺。視頻攝像頭傳輸原理圖如圖1所示。

圖1 視頻攝像頭傳輸原理圖

5.3 視頻攝像頭裝備效果

在饋電開關處等礦井重點關注單元、部位及主要設備處安設高清視頻攝像頭，利用光纜傳輸數據至交換機，通過并網運行控制策略，使視頻傳輸數據上傳至監測監控系統管理平臺，實現對井下重點部位的實時監控。視頻傳輸圖像如圖2所示。

圖2 視頻傳輸圖像

視頻傳輸至監控系統平臺后，將視頻信息與監控系統進行信息融合，實現視頻、監測傳感器多參數、多數據觀測。視頻信息融合圖像如圖3所示。

圖3 視頻信息融合圖像

6 結語

本文主要介紹了監控系統升級改造，打造多網、多系統、多元化信息系統平臺的一種應用。在礦井重點關注單元設置紅外高清攝像頭，使視頻數據上傳至監控主機并實現系統融合與視頻信息共享，促進安全監控系統的有效使用，充分發揮安全監控系統在煤礦安全生產中的重要作用，提高安全監控系統技術性能和安全可靠性。