数字视频技术在自动化工作面的应用探析

张崴 中国电子科技集团公司第三十八研究所/安徽博微广成信息科技有限公司 马恒哲 华北电力大学/伊利诺伊理工大学

李阳 安徽博微广成信息科技有限公司

近年来，在煤矿开采技术领域，无人工作面一直是研究的重点，通过远程操控各项机械设备进行生产，包括采煤、运输、移架以及推溜等各项工作，而数字视频技术就是无人工作面中的重要构成部分。

1 数字视频技术在自动化工作面的应用

将数字视频技术应用在自动化工作面中可以实时显示工作面的生产情况，这种开采方式不仅能做到工作面少人化，同时也有效避免安全事故的发生，并且也能降低煤矿在人力资源方面的投入，促进了煤矿经济效益的提升。

在自动化工作面应用数字视频技术需要合理的布置数字视频系统，通过矿井网络实现视频摄像头与服务器的连接，在工作面外设置监视器以及计算机，工作人员通过监视器可以完整的看到工作面的情况，实现机械自动化生产。

2 自动化工作面的在工作系统构成

自动化工作面的工作系统主要由三部分构成，分别是采集装置、视频监测装置以及采煤机远程控制装置，通过三种装置的协调配合实现机械自动化生产。

2.1 视频采集装置

视频采集装置使用硬编码方式，采用TMS320 与DM6446 双DSP 核心架构，视频编码采用H.264，系统处理时间约300ms。通过这种设置可以实现信号的模数转化，调度人员可以通过服务器查看工作面实时情况。

视频采集装置的设计关键在于摄像头的布置，监控工作面的所有情况，就要保障相邻摄像头拍摄的画面有一定的重叠，需要合理的规划位置和视频点的密度。由于拍摄角度固定，因此，摄像头与工作面的距离越远，则视场角越大，所需的摄像头越少，投入成本就越低。此外，控制摄像头与工作面距离的前提是要保证拍摄画面的清晰。

为了确保布置方案可行，我们在现场进行实践，首先，考虑到后期维护的便捷性，计划将摄像头布置在工作面支架的下方，如图一所示。

图一 支架示意图

经过严格的论证分析，将摄像头布置在H 点，摄像头到工作面的距离约与JK 之间的距离一致，相邻两个支架之间的间距不超过1.5m；经过实地验证，每3 个支架布置一个摄像头最佳，既可保证画面的清晰度，又能保证最大拍摄视场角。据此作出的布置方案如图二所示，摄像头布置A 点和B点，以A 点的摄像头为例，其朝向为CD 的中点，可观测区域为CD 之间的区域，恰好与相邻摄像头拍摄的画面实现重合，确保工作人员可以完整的观测工作面的情况。

图二 摄像头布置方案

2.2 视频显示装置设计

视频采集系统的主要功能是采集视频信息并转化成数字信号，通过矿井网络完成信号传输，而视频显示装置的主要功能就是接受传输的信号，并完成视频解码，实现画面显示和记录。

在整个工作面自动化工作系统中，计算机是系统控制的核心，而视频解码工作也由计算机完成，包括后续的画面显示、分析、记录都通过计算机进行处理[4]。计算机的工作流程如下：（1）根据工作面支架变化选择对应的IP 地址；（2）根据IP 地址向相应的摄像头拉取视频信息，并等待摄像头反应；（3）如果摄像头正常反应则计算机正常接收数字信号；如果视频摄像头没有正常反应，则需要立即启动故障诊断，并尽快修复；（4）完成数字信号解码，实时显示工作面的画面；（5）截取其中有效的视频画面，并保存相关视频资料，以备后续查询。

在实践过程中，视频显示系统可以根据采煤机的实时工作位置连接不同位置的摄像头，这样工作人员就可以实现对采煤机的有效控制，并实时掌握工作面的情况。

2.3 采煤机远程控制装置设计

采煤机远程控制装置的控制核心也是计算机，通过矿井网络实现与采煤机的连接，实现对采煤机的有效控制。计算机通过实时通讯采集采煤机运行过程中的各项数据，同时对采煤机的运行实施远程控制。远程控制装置具备急停、闭锁、控制摇臂升降、控制牵引加减速等控制功能。

采煤机在运行过程中，每次切割的情况可能会略有差异，预定的运行轨迹也可能与实际情况存在差异。因此，工作人员通过计算机实施监测，获取采煤机的工作状态，根据采煤机运行过程中的各项数据对采煤机进行远程干预，避免出现误操作或者误动作。

3 结语

我国的煤炭开采技术经历了由人力开挖到机械辅助到自动化机械开采的漫长过程中，通过自动化生产可以达到少人化的目的，有效满足市场对于煤炭资源的需求。将数字视频技术应用在自动化工作面中，可以实现对工作面的实时监测，从而使工作人员可以完成对开采工作的远程控制。