视频监控系统在佛子冲矿的建设与应用

罗俊，蒙少明，赵利坤，程贵海

（1.广西大学，南宁530004；2.武汉理工大学，武汉430070）

佛子冲铅锌矿至今已拥有40多年开采历史，经过几十年的发展，在其井下形成了比较复杂的巷道开拓系统。据2009年广西区域地质调查研究院提供的勘察数据资料显示，自2006年以来，该矿平均年产量为32.2万t，2009年新探明矿产资源量为758.83万t，新探明的资源量预计可延长矿山服务年限15年［1］。基于矿山服务年限延长，为了加大对所属矿山的安全管理力度，实现矿山的远程网络视频监控已成为一种必然趋势。本文主要从视频监控系统的功能结构特点、复杂矿井条件下系统网络设备的选型使用等方面进行了介绍和探讨。

1 系统硬件架构

本视频监控系统主要由前端设备（摄像机）、视频光端收／接发机、数据传输介质（铠装光缆）、视频分配器、矩阵切换器、硬盘录像机（存储服务器）、设备防雷装置以及地面主控中心监视器等组成（如图1）。

1.1 系统设计原理

前端设备（摄像机）采集视频信号，编码器将视频信号转变为模拟信号并传输给光端发射机，发射机对模拟信号进行编码，将视频信号进行电—光转变，光信号基于光缆为传输介质进行传输，在地面监控中心，光端接收机对光信号进行解码，即进行光—电转变。模拟信号进入视频分配器，视频分配器将每路模拟信号均分为两路：一路直接输入硬盘录像机进行录像备份后，直接输出到监控中心多屏幕显示监视器；一路则输入矩阵切换器系统中的单片机中进行实时处理，一旦接收到上位机的各种控制命令，即可输出到监视器放大显示，解决了监控人员对所需查看监控点进行视频切换的问题，实现了单个放大显示的功能［2－3］。

1.2 系统硬件功能介绍

前端设备（摄像机）是一种视频输入设备，主要负责对井下重要区域进行实时监视。

视频光端机分为光端发射机及光端接收机［4］。发射机主要用于系统前端，负责编码及传输视频信号。接收机主要用于系统终端，负责视频信号的接收及解码，即完成光—电信号转变，还原出模拟信号。

图1 视频监控系统硬件设备网络连接图Fig.1 Diagram of video monitoring hardware

视频分配器［5］可以实现一路视频输入、多路视频输出的功能，使之可在无清晰度损失或无扭曲情况下观察视频输出。通常视频分配器除了提供多路独立视频输出外，兼具视频信号放大功能，故也称为视频分配放大器。视频分配器以独立和隔离的互补晶体管或由独立的视频放大器集成电路提供4～6路独立的75欧负载能力，包括具备兼容性和一个较宽的频率响应范围，视频输入和输出均为BNC端子。

矩阵切换器是一类切换多路信号的输出设备，该系列产品可广泛应用于大屏幕投影显示工程等。矩阵切换器的功能是在多路信号输入的情况下，可独立地根据需要选择多路（包括单路）信号进行输出，完成信号的选择。

硬盘录像机（DVR）（监控存储服务器）［6］是一套进行图像存储处理的计算机存储服务系统，具有对语音／图像进行长时间录音、录像、远程监视和控制的功能。

2 终端系统软件功能模块

2.1 网络视频监控系统软件模块

远程办公端网络监控系统软件主要包括以下功能模块：预览、回放、地图、日志、配置等。其功能结构如图2所示。

图2 视频监控软件功能模块Fig.2 Function blocks of video monitoring software

系统软件主要安装在个人计算机上，实现对矿山的远程监控。基于系统完善的模块功能，远程客户端可对任意的视频资料进行截图、录像、回放、储存等系列操作处理。缺点是：高清彩照图像画面的远程传输需要占用较大的带宽；一般客户机的存储空间比较小，难以满足长时间大容量的录像资料储存。

2.2 数字化硬盘录像机功能

本系统所采用的硬盘录像机（DVR）具有图像任意分割和组合显示、视频切换、图像录像、视频储存、录像回放、录像截取导出、云台镜头控制、报警联动控制和远程网络传输控制等功能［7］。有自己的网络及USB接口等，只要使用普通的鼠标输入设备，勿需登陆计算机，即可完成所有的功能操作。比较适合于本地监控。当然也存在自身的缺点，主要表现为在进行远程监控时，传输图像质量不高；如果进行24小时循环录像，则使用寿命比较短；对PC机的配置要求比较高、维护不便等。

3 系统建设及应用

3.1 地面主控中心的建设及应用

在佛子冲矿地面主控中心，安装电视墙并容纳4台55英寸的液晶监视器，最多可容纳接入64个监控点。其中的3台监视器各显示16路视频画面，第四台监视器则用来单屏循环放大显示48路视频图像。拥有3台（DVR）硬盘录像机，每台可容纳16路视频／音频信号的输入。拥有用户使用权限的管理人员经过系统身份认证后即可快速实现对权限范围内的参数进行设置及修改，实现录像快速查询及回放功能，且可以方便地对回放录像进行快进／快退播放，录像回放的同时不影响录像机的录制存储进程；拥有直接面对用户的USB接口等，用户只需将U盘等存储设备与其接口对接，即可截取导出所需的事故录像等重要资料。矩阵切换器具有手动切换、自动顺序切换、报警切换及分组同步切换等功能。当操作者按下任意的数码键盘时，系统即可转入手动状态，可根据操作者的需要直接切取所需放大观看的画面，当按下自动键（AUTO）时，矩阵切换器系统即转入自动循环切换视频信号状态，实现48路视频信号图像的依次循环显示，直到进入手动状态［5］。基于佛子冲矿井下呈多阶段开拓布置，在每一阶段都有多个监控点，为了突出显示某阶段的视频录像，通过矩阵分组同步切换功能即可实现。借助本系统的光缆传输介质网路、网络传输设备等，实现了井下办公点访问互联网的功能，达到了地面及地下共同实时监控的效果。

3.2 地面、地下分控点建设应用

根据需要，分控点可设在行政办公区的矿长办公室、生产副矿长办公室、总工程师办公室、保卫处，所属公司总部等，可通过铺设光缆或租用电信部门现有线路（通过互联网观看）等进行联接，用办公电脑可对监控点进行实时观看监控。

目前，佛子冲矿在地面及井下都设有值班室，井下值班室是井下发生事故时的第一应急处理指挥中心，所以井下值班人员对井下的实时监控也尤为重要。井下监控功能的实现主要依赖于建立起的监控网络将因特网、地面主控中心服务器及井下值班室有机地联接。具体方法：采用一对网络交换机及一对光收发器，把存储服务器连接到监控网络中，借助光缆等传输介质，在井下值班中心计算机组上安装网络视频监控软件，通过对监控网络IP地址进行设置后，即可访问地面监控中心存储服务器，完成井下分控点的建设并能付诸应用；同时借助网络监控系统成功实现井下值班中心访问互联网的功能（如图3所示），大大提高井下值班人员对井下的管理水平和办公效率。

图3 主控中心与分控中心网路连接图Fig.3 Diagram of main monitoring centers and secondary monitoring centers

3.3 系统集成

在监控系统的光纤网络建成后，可以将原有的斜井监控一起并入新建的视频监控系统，实行统一管理。还可以与井下人员定位、通信联络系统（广播对讲及电话系统）、监测系统进行网络集成，实现网络资源共享使用。随着矿山各类系统的建成使用，多系统的集成研究应用将是未来矿山发展的必然趋势，意义重大。

4 系统运行中出现的问题及解决方法

监控系统在矿山建成运行后，大大加快了矿山信息化管理建设的步伐。同时在运行过程中，系统出现了以下一系列问题：

1）前端设备采集得到的部分视频信号传输至监控中心监视器显示时，雪花噪点较为明显（主因2个：在传输过程中受强电磁场干扰严重；视频线传输线路过于冗长，模拟信号损耗严重）。

2）监视器画面上出现白杠并缓慢上下移动（主因3个：光端机光功率不达标；光端机电源不达标；前终端设备接地不当发生的电位差）。

3）监控端无视频显示（主因2个：跳线节点过多，超过8个；节点处信号损耗严重，或视频信号线与其屏蔽线串通联接发生短路）。

4）监视器上出现斜纹干扰、跳动干扰、图像严重扭曲、无法分辨（主因2个：视频屏蔽线质量太差，传输信号受周围电磁干扰严重；光端机光功率不达标）［8］。

5）光端机发生间歇性病症（除了本身质量问题外，受环境因素影响也比较大）。

基于这些已找出的主因以及其他可能会影响视频质量的隐形因素，在进行监控系统安装建设时需采取一定的防护措施：1）井下铺设视频线不宜过长（不超过600m）且尽量远离易产生强电磁场的高压线路等；2）光缆弯曲半径不宜过小（不宜小于15 cm）；3）光纤跳线节点不宜过多（不超过7个点）；4）视频线的拼接节点尽量少，且应采取焊锡熔接技术进行处理，保证良好永久的接触；5）需严格控制熔纤允许误差值（误差不超过0.02db），针对光端机受环境影响而发生间歇性故障问题，在机柜中通过安装一定功率的灯泡进行不间断烘烤等措施，即需做好防潮、防尘等措施；6）设备防雷接地电阻不宜过大（不超过4欧姆）并要注意接地方式；7）除此之外，设备购置选型时质量检验认证也很重要。

5 总结与展望

视频监控系统在矿山建设并投入运行使用以来，取得了非常好的效益，主要表现在：

1）通过在运输岔道口处及运输主干道部署多个监控点，大大方便了生产调度室对井下运输车动向的实时掌握，较好地杜绝了以前因调度失误而经常导致的井下撞车事故。针对极少数司机不遵守规则导致的撞车事故，监控系统能完全地进行录制并保存，为事故的查证等起到了非常好的辅助作用。

2）以监控传输网络为介质，实现了如井下值班室等多个点访问因特网的功能，目前下井人员可以在井下多个点进行网上办公，大大方便了井下与地面之间的网络通讯联系，井下办公效率明显提高。

3）通过租借电信网络，所属公司总部完全可以对矿山总体情况进行实时远程监控，大大提高了矿山领导对矿山的远程指挥控制能力。

4）加大了对水仓、空压机房，配电室等重要场所的实时监控，确保了重要设备免遭人为破坏。尤其是该矿山后续将计划以监控系统传输网络为介质建立的监测系统、远程控制设备开停系统、广播系统及人员定位系统等，将使监控系统的功能作用得到大大地挖掘利用。如通过监控系统对井下水仓水位进行远程实时监控，根据监控的结果，通过远程控制设备开停系统可对水泵电机等重要电器设备进行开停控制，通过监测系统可以直接检测设备的运行状态，最终代替目前仍然用多个工人轮流全天24小时现场看守控制的原始方法。广播系统与视频监控系统的综合应用将提高对井下系列违规操作的监控，并能及时通过广播喊话制止事态的进一步发展。借助监控系统网络建立的广播系统，可以播放音乐、安全知识、新闻广播等，可大大丰富井下工作人员枯燥的工作生活。

总之，视频监控系统在佛子冲矿山建成运行以后，各类安全事故、偷盗现象锐减，井下办公效率大大提高，实现了集团公司对矿山的远程监控指挥。本文还对视频监控系统的硬件设备及软件模块功能进行了介绍；在矿山复杂环境条件下如何进行设备选型和维护进行了探讨；对系统建成运行后所遇到的问题进行了汇总和解决。为同类项目工程提供一个参考。

［1］ 陈国章，莫达飞.广西佛子冲铅锌矿延寿15年，矿山外围新增资源量达大型矿床规模［N／OL］.［2009－12－22］ http：／／www.gxdlr.gov.cn／Newscentre／NewsShow.aspx？NewsId＝5620.

［2］ 罗世伟.视频监控系统原理及维护［M］.北京：电子工业出版社，2004：90－124.

［3］ 陈玉生.CCD摄像机原理［J］.影视技术，1997（6）：27－31.

［4］ 杨佳.如何采购选用光端机［J］.安防科技，2003（7）：34－35.

［5］ 杨佳.矩阵切换主机与工作原理［J］.安防科技，2002（2）：17－19.

［6］ 彭 赞，蒋外文，罗安，等.基于图像智能识别技术的远程视频监控系统［J］.桂林电子工业学院学报，2004（10）：23－26.

［7］ 龚 强，莫国庆.数字硬盘录像系统录像功能模块的设计与实现［J］.现代电子技术，2007（9）：23－27.

［8］ 刘嘉宁，刘 放.视频信号干扰的解决办法［J］.珠江水运，2009（8）：51－52.