安太堡露天矿爆破远程监控与预警系统

张荣江

（中煤平朔集团有限公司 安太堡矿，山西 朔州 036000）

信息化、智能化产业是当今科技发展的前沿产业，这一产业的高速发展正日益改变着人类目前的生活、生产模式。许多传统产业由于信息化智能化的出现都受到了较大的冲击，同时也带来了新的发展模式和机遇，煤炭产业正是其中之一。煤炭产业作为我国的基础能源支柱产业，多年来为国民经济发展做出了重要贡献，同时也饱受产业模式落后、环境污染严重等问题的困扰。因此，加快我国煤炭工业生产模式的绿色低碳转型，走高科技、高效益、低污染的新型道路势在必行，而信息化、智能化则为其提供了一种新的发展思路[1]。

推进煤矿智能化建设，推动智能化产业与煤炭产业融合发展，既是新时代煤炭企业发展的必然趋势，也是响应国家发展战略与号召所应承担的社会责任，是建设本质安全矿山，实现矿山高质量高效益发展的重要途径。平朔公司作为中煤集团所属的大型煤炭生产企业，高度重视智能化矿山的建设，多年来在智能调度、边坡稳定监测和预警、设备状态监测等方面的建设都取得了良好的成绩，建设了成熟的系统，同时在设备远程操控、卡车无人驾驶等方面进行了大胆的尝试；未来还将在更多的矿山领域进行智能化的探索。基于此，介绍了平朔公司智能化项目之安太堡露天矿爆破远程监控与预警系统。

1 系统建设背景

爆破作业是露天矿生产作业的重要环节，也是安全问题的易发环节，更是一旦发生事故容易造成群死群伤的危险环节，因此做好爆破环节的管理工作，控制降低各种爆破有害效应以达到实现安全爆破的目的就显得尤为重要[2]。

安太堡露天矿坑东西宽2.6 km，推进方向为向北，1315 平盘至11＃煤底板共计13 个剥离平盘和3个采煤平盘需实施爆破工程，一般单次爆破范围不超过（南北方向）40 m×（东西方向）500 m。为做好爆破工程管理，全程掌握爆破区域关键环节和现场工况，安太堡露天矿计划筹建此监控预警系统，以实现对全矿范围内爆破警戒区域的远程监控和预警。

2 系统介绍

2.1 系统功能

安太堡矿计划在矿坑东西帮较高位置处各部署2 路超高清超长焦距云台枪机[3]，与1 台搭载高分辨率摄像机的巡航无人机[4]配合，监控范围覆盖爆破警戒区域[5]，监控视频由信息中心统一搭建的骨干光纤网络回传至矿新调度室机房服务器，通过视频画面人形侦测和移动检测算法判定是否有人或者移动设备进入警戒区域，一旦触发警戒则通过声光报警以及客户端画面强制弹出对话框的形式提醒调度员预警信息，实现爆破警戒区域的远程监控和预警功能[6]。同时，系统预留相关接口，支持导入其他增值服务向现场爆破管理人员及时推送预警信息[7]。

2.2 系统组成

系统主要由前端部分、后台部分及传输部分3部分组成。

1）前端部分。前端部分由超高清超长焦距云台枪机套装、搭载高分辨率摄像机的巡航无人机套装及其附属无线发射接收装置、入网交换机及固定支架等相关辅材等组成。在矿坑南帮和北帮分别部署1 台云台枪机，架设在端帮固定基站铁塔上，利用基站电源实现供电，视频信号接入附近光纤网络。巡航无人机为单体设备，搭载的高分辨率摄像机视频信号通过无线发射接收装置传输至附近地面监控终端。

2）后台部分。后台部分由1 台视频存储服务器及配套的视频监控平台，后台视频平台由1 台调度台客户端PC、2 台声光报警器等组成。服务器部署于新调度室机房，客户端PC 和报警器部署于调度室操作台。

3）传输部分。视频信号传输使用信息中心统一搭建的骨干光纤网络，项目不再新增视频信号传输设备设施。

2.3 系统主要部件功能指标

系统的主要部件是部署于端帮的超高清超长焦距云台枪机及与之配合的搭载高分辨率摄像机的巡航无人机，它们的功能指标可以达到以下标准：

1）云台枪机监控。①具有双光谱云台部署功能，能够实现全天候的辅助监控，可通过1 个IP 同时预览热成像视频通道及可见光视频通道视频图像，并可通过客户端软件或IE 浏览器同时对2 路通道进行控制；②可根据预置点位手动实现自定义警戒区域警戒时间的功能；③具有热成像视频区域入侵、越界入侵、进入区域、离开区域功能；④具有人形检测和移动车辆检测功能，视频图像可对监控画面中出现的尺寸超过设定阈值的人形和车辆进行检测和框选；⑤具有自定义警戒区域的功能，可通过IE 浏览器在热成像视频画面上设置点、线段、矩形、多边形、圆、椭圆测温规则，可设置多个点、多个区域、多条线规则，可显示点、线段、区域内的最高温度和最低温度；⑥具有自动巡航功能，可设置多个预置位，可按照所设置的预置位完成巡航路径，支持1 000 条以上的巡航线，每条最大可设置不少于256 个预置点；在IE 浏览器下，具有一键巡航控制按钮，并支持一键巡航操作；⑦具有透雾功能，并且可设置选项，透雾等级多段可调；⑧支持自动增益控制功能，图像细节增强；⑨云台由精密电机驱动，反应灵敏，运转平稳，精度偏差少于0.01°，理想环境条件中在任何速度下图像无抖动；⑩支持3D定位功能，配合客户端软件或IE 浏览器可实现点击放大；11○支持断电状态记忆功能，上电后自动回到断电前的云台和镜头状态；12○与安太堡露天矿现有管理平台相融合衔接。

2）无人机巡航监控。①具有可见光、热成像画面实时监控功能；②地面站具有接收显示飞行数据和图像功能；③具有自动飞行控制、手动飞行控制、云台操控功能，支持智能飞行控制（智能航迹规划、一键起飞/降落、一键返航、指点飞行、热点环绕），预置常用航点，智能规划航迹；④具有飞行位置实时定位功能；⑤机身具有较强的防尘防水能力，有较强的环境适应能力，抗风能力不少于7 级；⑥具有低电量保护、异常情况报警、链路中断返航等安全机制；⑦支持通过热成像功能实现人、车检索报警功能；⑧有较强的透雾能力，在有雾的天气环境中能够实现巡航路线中发现人车并报警至地面站；⑨与安太堡露天矿现有管理平台相融合衔接。

2.4 系统主要部件性能参数

系统主要部件的性能参数如下：

1）云台枪机。①最大图像尺寸：640 mm×12 mm；②热成像镜头焦距：23～230 mm；③最大焦距时参照物大小不大于：人形1.8 m×0.5 m、车辆1.4 m×4.0 m；④人员最远报警距离（周界报警）2 300 m；⑤车辆最远报警距离（周界报警）6 900 m；⑥视场角2.8°×2.3°～26.6°×21.4°；⑦可见光镜头：16.7～1 000 mm；⑧可见光最大图像分辨率：200 万；⑨云台角度范围：水平方向360°连续旋转，垂直方向-45°～+45°；⑩支持光学透雾；1○支持激光补光，有效补光距离不小于3 km；12○电源：DC48 V±25%；13○压缩标准：支持H.265/Smart265/H.264/MJPEG；14○工作温度和湿度：温度为40～65 ℃，湿度＜90%；15○防护等级：不低于IP67。

2）无人机套装。①无人机：采用一体化碳纤维机体，重量轻，动力性能强劲，折叠式设计，方便收纳携带，内置GPS 模块，对角线轴距小于1 500 mm，满电续航时间不少于60 min，最大平飞速度不少于54 km/h，机身自重不超过7.5 kg，抗风能力不小于7级；②红外热成像相机：录像分辨率不小于640×512，支持不少于8 倍数字变焦，不少于14 种伪彩，压缩标准支持H.264，支持最高点测温、区域测温，测温范围-20～150 ℃，支持TF 卡存储；③可见光相机：最大分辨率不低于1 080 P，支持30 倍光学变倍，压缩标准支持H.264/H.265，具有3D 降噪功能，支持TF 卡存储；④云台：俯仰-90°～＋30°，横滚±45°，航向360°，工作模式为跟随模式或独立模式；⑤地面站：支持自动飞行控制、手动飞行控制、云台操控，具有接收显示飞行数据和图像功能，内置触控显示屏（屏幕尺寸不小于8 寸），最大传输控制距离不小于5 km；视频接口为Micro HDMI；网络支持移动、联通、电信4G、RJ45、Wi-fi AP 等；支持TF 卡存储；内置充电电池。

3）声光报警器。支持USB 或者485 通讯接口，可自定义报警声音分贝，最大分贝不低于100 dB，电压220 VAC，报警颜色可选红、黄、蓝、绿，发光方式为LED 频闪发光。

4）后台设备。数据服务器使用信息中心统一搭建的数据中心超融合服务器，客户端PC 采用信息中心统一配置的新调度室操作台客户端。前端设备配套的系统及预警平台须与信息中心统一搭建的数据中心服务器相适配，并开放数据接口，使数据可接入信息集成平台[8]。

3 结语

安太堡矿爆破过程监控与预警系统可实现对全矿爆破区域关键环节和现场工况的实时监测，被监测点的状况可以在调度室操作台实时显示，也可在公司局域网的终端进行实时浏览。系统支持区域入侵侦测、热成像和可见光联动智能跟踪、多场景巡航跟踪功能，一旦发现任何问题可以通过网络方式发出报警，及时通知相关人员进行处理，并对报警事件进行拍照和录像。这样就大大减少了警戒区域的人工巡查成本，也有效弥补了人工巡查可能存在未发现问题的缺陷，提高了问题发现能力和处理效率。该系统与安太堡矿原有管控一体化平台的融合有效提升了矿日常监管的精细化、信息化和智能化水平，对于安太堡矿打造本质安全型智能化矿山、实现高质量高效益发展有着较大的助益。