煤矿工业视频监控系统研究与运用

刘杰，邹劲松，周克荣，唐术成

（川煤华荣能源有限责任公司绿水洞煤矿，四川 广安 638601）

1 概述

煤矿工业视频监控系统随着科技的高速发展，技术不断更新，在矿井调度指挥中的应用显得越来越重要。绿水洞煤矿通过在地面及井下变电所、主要提升斜坡、架空人车、采煤工作面上下出口、各碛头作业点安装高清摄像仪，摄取各个监控区域的情况，实时地传输、集中显示在调度指挥中心大屏监视器上，同时，能够将工业视频系统各监控点图像等信息传输到上级企业信息网站和行业监管平台上。

同时，矿井还可以利用工业视频监控系统与皮带集控系统、采煤机控制系统等融合联动，及时地发现隐患苗头和提醒监控人员，监控人员通过观察现场运行情况并做好记录，通知维护人员对异常情况及时处理，并在事后进行分析，从而让绿水洞煤矿实现皮带自动化，为变电所无人值守提供了必要的条件。

2 系统设计

矿井工业视频监控系统主要产品根据煤矿安全生产的技术要求和国家安全标准进行专门设计，根据绿水洞煤矿实际满足数字化矿山安全生产的管理需求，同时，系统方案的设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本等原则。系统依托功能强大的视频监控数字处理平台为基础，所有视频信号通过视频工业以太环网全部接入视频监控平台，可同时实现网络摄像仪、模拟摄像仪的混合接入。在网络上的所有计算机均可通过的工业视频监控平台查阅、回放各监控点视频图像，还可通过矿井内部网络实现与矿井其他系统联网，按需求选取各系统提供的图形、图像。

3 系统组成

煤矿工业视频监控系统由工业视频监控平台、井下环网交换机、网络延长器、矿用本安型摄像仪、矿用防爆摄像仪及网络通信接口等设备组成。工业视频监控系统分为前端部分、传输部分、中心控制部分及显示终端部分组成。

3.1 前端设备

主要由矿用摄像机、设备供电电源组成，负责视频信号的采集。结合矿井实际情况需求，煤矿井下和地面重要生产作业场所、主要机房硐室及变电所等地方安设了像素不低于400 万像素的摄像仪，其他地点安设像素不低于200 万像素的摄像仪。

安设的摄像仪为防爆型和本安型，具有MA 标志，井下设备防护等级必须为IP54 及以上，支持移动侦测报警，支持自适应变焦，选用红外补光灯和LED 补光灯，且补光灯与摄像仪一体，能根据环境自动启停，有效投射距离不小于15m，在井下煤巷全黑环境下，能达到图像清晰，轮廓细致，层次分明，能有效分辨人脸、物体，能实时反映现场情况，非逆光任何光照条件下，图像都能达到前述效果。

摄像仪均配置有2 路光口及3 路网口，本安摄像仪同时还配置有VDSL 通信模块。同时支持摄像仪之间级联扩展使用（在保证正常使用及传输下，级联数不低于5 台），防爆摄像仪电源模块为内置，内置输入电源为AC127V，本安摄像仪采用127V/220V/380V/660V 矿用隔爆兼本安型直流稳压电源。

3.2 传输设备

传输设备主要由矿用隔爆兼本安直流稳压型电源、矿用本安型万兆环网交换机、矿用本安型千兆兆环网交换机、矿用网络延长器、矿用通信线缆和矿用网线、矿用光缆等组成的井下视频传输万兆工业环网。

主要实现各设备通信接口的转换，与矿井现有内部网络的连接，达到远距离通信传输等。

环网核心交换机设置于地面机房，方便用于视频传输提供接入工业视频环网的上传，以及矿井其他服务器及操作平台的接入，同时，核心网络通过安全措施与信息管理网络网、上级公司、政府监管平台互联。

设计核心环网采用6 台万兆交换机，设置于各井下变电所，采用模块化设计，端口密度高，外观紧凑，便于故障维护，在保持工业产品的高度灵活性和可靠性的同时提供了更为强大的处理能力。采用矿用隔爆兼本安直流稳压型电源供电，后备电源可保证设备在电网掉电情况下正常运行4 小时以上，且安装方便，适合大规模工业网络的应用。

3.3 中心控制设备

中心控制采用了视频综合管理平台、存储平台和解码器等设备，配备有磁盘阵列、网络硬盘录像机、视频存储管理服务器等，用于视频录像和数据存储以及视频的管理。其主要功能是对摄像仪的视频、语音及图片信号进行处理、显示、回放和存储，完成视频监控、摄像仪控制、信息记录等功能。

3.4 显示终端

工业视频监控系统终端显示既可采用硬盘录像机实时显示，又可采用独立显示系统添加解码器接入电视墙进行综合实时显示，还可以通过网络在个人PC 端和移动手机上实时查看，还调阅回放权限范围内的视频资料。

4 系统主要功能

4.1 实时监控

矿井工业视频监控平台具有多级管理功能，可随时调用任意的网络摄像仪图像，采用前端摄像机所能支持的分辨率、压缩格式和帧率进行全程实时录像，具备流媒体转发功能。用户在局域网或英特网上，可通过WEB网页、PC 用户端或者移动APP 上随时调用任意的摄像仪图像。

4.2 视频管理

工业视频监控系统为用户提供多种视频图像信号格式，同时兼容矿井的在线管理功能，可选择接入矿井调度指挥中心现有的LED 电视墙，做到视频多路显示、全屏显示、画面分割、轮巡显示等多种管理功能。

4.3 前端设备管理

利用专业工具软件可实现对各视频监控设备按名称、物理地址、IP 地址等进行管理，查看摄像仪实时在线情况，支持对网络摄像仪进行批量的设置。可对摄像仪IP 地址、视音频信息、图像信息、校时、重启等功能的远程管理。

4.4 监控软件功能

操作人员设定存储图片路径后，可抓拍实时图片、也可以抓拍回放图片。可把图像另作证据，文档素材，打印等用途；可以灵活设置多画面轮巡、各个画面轮巡及单画面轮巡的摄像仪数量，设定画面切换间隔的时间；设定预置位，设定巡航轨迹、位置、轨迹；通过软件系统可对本地、远程摄像机产品控制，可远程控制云台、镜头和其他外部设备进行操作控制。告警设备的电平信号触发；系统可实现多画面实时监视，各状态下均可切换全屏监视。

4.5 用户管理

权限分配机制（权限分配机制），可以对操作摄像机的用户进行分级权限验证，实现不同权限的操作功能。

4.6 实时录像

系统具有手动录像、定时录像、视频运动侦测报警录像。分配磁盘容量录像文件流水方式存储，录像文件循环覆盖存储。

4.7 语音对讲

矿井在安设带有语音功能的摄像仪监控点，可以拾取监控现场的声音及图像，直接与现场作业人员实现对讲功能，还具有与视频图像同步读取、回放语音功能。

5 煤矿工业视频监控系统的应用

5.1 远程监管

矿用工业视频监控系统服务器与上级公司、省市级、国家级行业主管部门监管平台联网，实现各级平台远程对矿井视频监控点的监控管理，随时了解煤矿生产运营状况，使上级监控人员能及时发现作业中违法违规行为，及时通知煤矿职能部门加以阻止，有效地促进了矿井安全生产管理能力。

5.2 设备监控

对工业广场、矸石山、各运输系统、通风机、变电所等重要车间设备运行和检修状况进行实时监控，加强矿井各类设备的规范管理。可及时发现各类设备出现的一些异常现象，例如，皮带运行、电机振动异常等。一旦发现事故征兆，可以通过矿井调度电话或应急广播直接通知有关人员及时维护或撤离，从而保证生产安全。

5.3 机电硐室无人值守

通过与矿井电力监控系统联动，应用在井下各个机电硐室，配备具有云台控制功能的摄像仪，利用其移动侦测、动态分析、区域入侵侦测等功能，实现对动态场景中运动物体的定位、识别和跟踪，并在此基础上分析和判断运动物体的行为，以监控和确定现场发生的情况，通过与综合自动化平台联动，实现实时弹窗预警，集控人员可以及时发现设备的不正常工作状况和无关人员的不安全行为，尽快地消除安全隐患。

5.4 出入井人员监控

在入井口处，安装人员定位系统唯一性检测设备，通过人员视频信息采集，利用智能分析装置，对人员出、入井情况进行智能识别，将数据进行存储用于后期的查看和取证。

5.5 货运车辆出入监控

在煤矿运煤车辆出入口安装摄像仪，可利用智能分析装置，对常用的货运车辆进行样本采集和训练，使智能分析装置通过深度学习机制可以自动识别出矿的货运车辆，将数据进行存储用于后期的查看和取证。

5.6 关键岗位监控

在煤矿关键岗位安装摄像仪，可利用智能分析装置的方式，在摄像仪画面中标定关键岗位人员工作区域，当识别到空岗时，触发报警信号。

5.7 职工行为纠偏

在煤矿井下，员工违规操作是造成矿井安全事故的关键因素。以前，工人的不规范行为多是通过现场安全监察人员发现，但是却不能每时每刻做到监管职工行为，导致职工无人监管时安全规章制度形同虚设，极大地增加了安全事故发生的可能性。通过视频监控系统对矿井地面工业广场、井下各作业点的作业人员全过程的视频监控，可对安全生产进行全过程、全方位把控。监管人员通过视频监控远程查看职工的行为，及时规范职工的不当行为，及时纠正并规范作业。

同时，还可以对地面治安事件、井上下安全事故调查及“三违”行为查处、重大隐患责任分析等提供图像依据，对违章作业的职工采取相应的教育，做到有效对违章行为进行纠正，让职工行为习惯时刻符合规范，让规范成为职工行为习惯，从而有效地降低安全事故的发生，保证矿井生产安全。

5.8 钻孔施工规范化

为保证矿井的安全生产，需要提前施工如探水孔、瓦斯抽放孔等。通过作业现场安设的视频监控，地面监控人员就可以对钻孔的施工过程进行全过程、全方面地实时监控以及事后回放查阅，以及对钻孔施工质量验收（通过钻杆数量计算）。督促作业人员按照施工设计保质保量地完成施工任务，从而减少施工不达标造成的安全隐患。杜绝出现诸如钻孔施工的深度不够、方位角度与设计出现较大偏差等现象。

5.9 井下救援

矿井工业视频监控系统与煤矿安全监控系统、通信系统、广播系统及人员定位系统等进行融合联动，形成融合图像、声音及数据为一体的综合型矿井安全生产调度指挥系统，将视频信息反馈到调度指挥中心，并经过数据分析启用应急方案，大大降低事故发生的危险程度。

在遇到突发灾害事故时，对事故现场的情况了解对于矿山应急救援非常关键。以前，矿井灾害事故发生后，往往需要救援队伍进入灾害现场，通过现在状况来制定现场救援方案，这样就会影响及时救援时间，增加被救人员的危险。应急救援人员可通过视频监控系统及时制定应急救援措施，如对井下事故现场的了解、遇害人员的救援等，对各重点区域进行分析排查，为正确决策提供依据，有效降低事故的危险程度，为保障煤矿安全生产提供了有力的保障。

6 结语

绿水洞煤矿工业视频监控系统的投入与运用，全面打造了一个“可视化”矿山。采用矿山“互联网+监管”的新模式，充分发挥信息化作用，为防范和化解煤矿重大安全风险，为及时纠查违法违规行为，常态化开展“反三违”工作，保证煤矿生产安全，为抢险救灾、安全救护工作的高效运作提供了有利保障。可为类似矿井提供借鉴，具有重要的理论意义和工程应用价值。