煤矿监控系统设计方案

　　随着经济的发展煤炭是国家的基础工业，尤其现在能源紧张的形式下，煤炭行业更是得到了人们的关注。同时由于煤矿井下环境复杂，也给生产带来了巨大的困难，事故频频发生，给工人造成了身体的伤害;同时也给煤炭行业造成了不好的影响。于是，煤矿监控开始出现并逐渐得到普及和发展。

　　煤矿监控的产生

　　据不完全统计，2003年中国煤炭产量占世界产量的35%，可事故伤亡人数却占80%。在这些事故中，瓦斯爆炸又占绝大多数。这其中固然有很多因素，但各煤矿生产企业安全监测不完备、管理手段落后也是造成事故频发的重要原因之一。

　　在国内频繁发生的煤矿事故中，既有自然因素也有人为因素。国内各有关方面为了提高产量、降低事故发生的概率，现代化的信息管理模式也就应运而生了，为了对井下情况有全面的了解，监控系统为煤矿监控提供了良好的技术保障。

　　深圳xx科技有限公司总经理张先生介绍说，目前，煤矿系统的监控分为井下监控系统和井上监控系统两大类。煤矿井下作业因为远离地面，地形复杂，环境恶劣，所以容易发生事故。利用远程视频监控系统，地面监控人员可以直接对井下情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，而且能及时发现事故苗子，防患于未然，也能为事后分析事故提供有关的第一手图像资料。基于TCP/IP协议的IP网的应用得到广泛普及，高速宽带主干网的建成和各地区高速接入系统的迅速发展，促进了基于IP技术的各种视频通信应用，如网络远程视频监控系统的发展。所以在煤矿监控系统中引入现代网络远程视频监控系统将是一种趋势。这也是本文要讲述的重点。

　　井上监控主要是针对地面运行设备和煤炭运销系统，本文将不对此类方式展开叙述。

　　国务院安全生产委员会为此于2002年4月25日下发的“小煤矿安全生产基本条件”第十六条中规定：“高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯突出矿井必须装备矿井安全监控系统。……开采具有煤与瓦斯突出危险的煤层时，必须采取包括突出预测、突出防治、效果检验、安一体’综合全防护等‘四位措施”。

　　煤矿监控的特点

　　煤矿监控系统是煤矿安全生产综合监控系统的重要组成部分。煤矿井下作业因为远离地面，地形复杂，环境恶劣。利用远程视频监控系统，地面监控人员可以直接对井下情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，而且能及时发现事故苗子，防患于未然，也能为事后分析事故提供有关的第一手图像资料。

　　随着现代通信技术与测试测量技术的发展，数据传输时代已经到来。采用微波通信技术、数字视频处理技术、CDMA/GPRS通讯技术、IP通信技术和光纤通信技术等先进通信技术的远程视频监控系统，可以实时观测煤矿的运行情况，为安全生产提供了直观的图像信息，同时可以改善观测、测量工作人员的工作环境，减少工作人员，做到无人值守、少人值班。

　　李经理表示，煤矿监控达到的管理目标是，通过监控系统可监测煤矿的工作情况;

　　工作人员在矿井生产时，需要通过视频监控系统监视煤矿环境变化情况;在某些环境下，如煤矿的进出口等地方，大部分时间属于无人值守状态，需要设置监控摄像机实时监控;监测矿井、矿区的周边环境;通过一套监控系统能及时了解矿井口周边的情况;矿工进入矿井时需要通过监控系统监视矿井的出入情况;监测矿上安全，对矿井安全隐患及时清理保证煤矿安全运作。

　　该煤炭企业对安全监控有以下要求：实现公司局域网内，管理人员工作电脑平台管理和监控各个监控点的情况，最终实现一体化的企业安防集约化控制化管理模式;公司的视频资源统一集中在公司指定的计算机中，可实现公司所有视频资料的本地化在线授权查询服务;摄像机工作环境的照度比较低，需要防爆、防尘、防磁性;通信线路要求远距离的传输采用光纤方式;办公楼、矿井内部、供销部的局域网内使用双绞线联网;摄像机拍摄的图形效果要求清晰、速度较快;部分监控区对高速移动物体成像要求清晰可辨;一段时间内全实时录像存储功能，并要支持方便于显示、存储、检索和回放;高清晰实时监视显示和易于轮巡切换;图像资源共享，加强各级部门之间协调，并支持从矿务局、市安监局、省安监局进行远程监控、远程管理;支持与原煤矿自动化控制系统的无缝集成，管理人员可以在原工作站上统一管理。

　　根据煤矿项目和煤矿行业特点，对于煤矿、矿井等重要设施的监控项目，往往涉及的地理范围比较广，监控点比较多，需要监控点距离比较远、相对分散，而且，对于大规模的监控项目对于系统稳定性要求非常高，需要尽量减少日后的设备维护工作。

　　煤矿监控的设计原则

　　开放性原则：设计的现场总线结构是开放性系统，实现与未来设备的更多互连和互操作，且能方便地融于城市信息网络中。

　　先进性：煤矿监控系统应尽量采用先进技术产品设备，只有采用先进技术设备，才能保证系统先进性。

　　可靠性：系统的可靠性是第一位的，在方案设计中必须充分考虑系统的安全，依照安全国家标准采取安全管理措施，保证监控系统安全可靠运行。

　　经济性：系统的经济性是一个重要因素，使系统具有良好的性能价格比是共缆监控系统设计的一个重要原则。

　　可扩展性：在系统需要扩展时，前端设备数量将灵活增加，不改变系统的运行方式，以保证用户的投资安全。

　　实用性：采用高科技手段，进行智能化设计，尽量减少系统操作的复杂性，并做到系统工作稳定可靠，维护简单;软件使用界面友好，完全达到智能化控制。

　　根据煤矿监控系统建设的要求和国家有关法规，煤矿监控系统的建设方案要具有性能稳定、质量可靠、经济实用等特点，具有方便扩展、与数字电子信息系统实现无缝连接，为实现高科技可视化安防系统的管理奠定了基础。

　　依据相关规范包括 ：

　　1.《工业通讯设计规范》(GBJ42-81)

　　2.《工业电视系统工程设计规范》(GBJ115-87)

　　3.《工业通讯接地设计规范》(GBJ79-85)

　　4.《建筑电器设计规范》(IGI16-83)

　　5.《中华人民共和国公共安全行业标准》(GA/T 74-94)

　　6.《工业与民用闭路监视电视系统工程技术规范》(GB50198-94)

　　7.《安全防范系统工程程序与要求》(GA/T75-94)

　　8.《电气设备安全设计导则》GB4064

　　9.《电气设备抗干扰特性》GB4890

　　10.《电气设备雷击保护导则》GB7450

　　11.《电力设施抗震设计与规范》GB50260-96

　　12.《中华人民共和国公共安全行业标准》(GA/T 74-94)

　　13.《中华人民共和国安全防范工程技术规范》(GB50348-2004)

　　煤矿监控的组成

　　煤矿监控的系统组成包括监控前端、传输方式、监控中心、监控终端等部分。此外，根据监控传输方式的不同，还可以分为有线监控和无线监控。

　　监控前端

　　监控前端包括防爆摄像机、模拟摄像机、视频编码器、网络摄像机、报警输入/输出设备等。还可以根据用户及环境的不同需求，另外加配护罩等。

　　正常工作时，摄像机将采集的图像信号进入视频服务器进行模拟信号，数字信号转换及压缩(MPEG-4格式)，然后从视频服务器口进入[RO-2400T/R网络连接器/天线一体机]直接发射。各发射点的[网络连接器]的带宽为11Mbps，云台控制信号通过解码器传递给云台以控制转动方向。或者摄像机的视频输出通过BNC连接到多路视频服务器，然后通过RJ45接头将视频服务器连接到网络，再为视频服务器设置一个IP地址，就可以依托已有的快速局域网或无线局域网，实现在局域网的任何地方，授权用户都可以利用浏览器来观看井下的工作情况。

　　视频服务器一般都包含一个内置的WEB服务器，它可以增强传统监视系统的性能，并为在一个安全的内部网甚至互联网上发布监控图像提供了网络连通性。视频摄像机的管理、配置和监控――所有的这些都只需通过Microsoft IE的标准WEB浏览器来完成。

　　此外，还可以将其他矿井安全监测设备如：瓦斯传感器、通风检测设备、报警设备等通过辅助的输入设备连接到视频服务器上。

　　从某种角度上说，视频服务器可以看作是不带镜头的网络摄像机、或是不带硬盘的DVR，视频服务器除了可以达到与网络摄像机相同功能外，在设备的配置上更灵活。网络摄像机通常受到本身镜头和机身功能的限制，而视频服务器除了可以和普通的传统摄像机连接外，还可以和一些特殊功能的摄像机连接，如：低照度、高灵敏度的红外摄像机等。MPEG4硬压缩方式在于解决低带宽音视频的传输问题，在164KHZ的带宽上，MPEG4平均可传5-7帧/秒。MPEG4的最高分辨率可以达到720 x 576，接近DVD画面效果，基于图像压缩的模式决定了它对运动物体可以保证有良好的清晰度。

　　网络通信平台

　　网络通信平台由路由器、交换机、无线网桥、防火墙、通信线路等设备组成。通信线路可以采用多种方式：双绞线、光纤、有线电缆、专线、帧中继、xDSL、无线局域网、卫星、微波、GPRS、CDMA等。

　　一般的传输方式如线缆传输，其优点是不会产生电磁干扰，相对于其他传输方式，也不会产生电火花，避免了可能引发的瓦斯爆炸。但也有缺点，包括有的矿井长达几公里，传统的布线方式无法满足;布线困难，如果按着传统布线方式，有几路监测点，就要拉几条视频线，在井上尚且困难，在井下就会更加困难。

　　采用光纤传输，可以使布线方便，传输的路数多，不会造成传输信号堵塞。其缺点是煤矿井下环境特殊，不允许在井下进行融接，所以必须在井上融接好后再到井下，这无疑增加了施工的难度;井下会有各种突发事故发生，如果光纤断裂，就需要将所有监测点光纤拉到井上重新进行融接，这无疑又会增加额外的人力、物力、财力，同时也会造成监控的盲区;由于光端机成本很高，这无疑会增加工程的成本;后期增加监控点不容易。

　　张总经理说，近年来，煤矿监控又推出了一种新的传输模式：无线监控。它的布线简单，成本低：信号通过微波传输，降低了系统成本和施工难度;信号抗干扰性强，不易失真，传输无延时;系统设备可以将800线的摄像头信号高保真地传送，其传输速度快，没有延时;采用频率2.4G和5.8G技术，可以在较远的范围内传输，而且可以添加放大器或者无线数字微波中继传输机以延长传输距离，监控距离可达数十公里;后期维护简单方便：系统结构简单，如果有新增节点加入不用重新布线，只需插入到主干电缆上即可，出现故障查找容易，维护方便，简单可靠。

　　煤矿企业多数都建有一套闭路电视监控系统，采用的是模拟视频信号，具有很大的局限性：首先，有线模拟视频信号的传输对距离十分敏感，当传输距离大于800米时，信号容易产生衰耗、 畸变、群延时，并且易受干扰，使图像质量下降，当用于井下复杂的工作现场时，效果不好;其次，有线模拟视频监控无法联网，只能以点对点的方式监视现场，并且使得布线工程量极大，不便于系统的维护和升级;最后，有线模拟视频信号数据的存储会耗费大量的存储介质(如录像带)，查询取证时十分繁琐。

　　以xx网络视频监控系统产品的数字化视频监控为例，它的优点正好克服了模拟闭路电视监控的局限性：首先，数字化视频可以在计算机网络(局域网或广域网)上传输图像数据，基本上不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性;其次，数字视频可利用计算机网络联网，网络带宽可复用，无需重复布线;另外，数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询十分简便快捷。

　　监视系统由监控终端和显示系统组成。监控终端可采用普通的PC机，无需安装客户端软件，只要使用标准浏览器访问监控管理服务器。用户登录“TYL―NMS”智能安全联网管理系统，根据管理的权限使用系统功能。对于中心监控室，通常会配置高性能的PC机作为监控工作站，并建立电视墙系统。

　　监控中心

　　监控中心主要由监控服务器、监控客户终端等组成。主要完成矿区现场图像接收与显示，用户登录管理，优先权的分配，控制信号的协调，图像的实时监控，录像的存储、检索、回放、备份、恢复等。

　　在厂区网络上配置一台监控服务器，安装中心服务器监控软件，中心服务器前端对各变电站的摄像机、视频服务器进行管理，后端对所有的上网用户进行管理，同时担负录像报警等众多功能。在值班室安装一到数台监控客户机，监控用户首先登陆监控服务器，输入用户名密码，获得相应的授权后，即能访问到前端的摄像机，同时也可以安装一台大屏幕显示器，在大屏幕上同时显示出前端摄像机所拍摄的画面。系统也可以采用常规的电视墙显示方式。

　　监控服务器功能强大，可以同时管理数十个矿区系统和数十个甚至是上百个在线用户，在以后矿区扩容时，调度中心无需增加硬件设备投入。

　　管理服务器由监控管理软件、服务器硬件、存储服务器等组成。广角监控管理软件提供了完整的监控中心管理、录像管理、报警管理、用户认证和权限管理、服务器集群管理等功能。广角监控管理软件基于拥有专利的流媒体分布式处理技术，能够在复杂网络环境中优化视频流的传输控制，提供大容量、高质量的网络视频传输和处理。

　　监控终端

　　系统采用成熟WEB技术，系统为用户提供了良好的人机界面，客户端通过浏览器方式访问系统。网络上的任何一台微机/笔记本电脑只要安装了监控系统的客户端图像控件之后，即可成为一个功能完备的监控客户终端。客户可以随时随地查看所需要的现场图像和地磅数据。一般来说，该系统应该具有如下的基本功能：

　　多路画面实时录像： 具有多画面实时录像功能，具有三种录像触发模式：手动录像、定时录像、报警录像，定时录像时间可以设置。

　　多路画面实时显示： 具有1-16路画面实时显示功能， 具有多种显示方式： 1路显示、4路5路6路9路或16路同时显示，实时显示滞后时间不大于0.2秒，满足前端控制要求。

　　图像压缩质量设置： 视频采集率、图像压缩质量及帧率可以根据需要进行调节。

　　视频移动报警联动录像： 具有视频图像动态检测功能， 每路图像可设置多种不同的检测区域， 检测灵敏度可调。如果有人入侵或物体位置挪动导致这些点的图像亮度变化，就能产生报警并联动录像。

　　查询及回放： 可按日期时间迅速找到欲查对象，查询手段方便简单，在查询回放时，录像机能快进、快退、单帧进、单帧图像存储及打印功能。

　　视频参数设置： 可对每路视频的亮度、对比度、饱和度和色调进行设置。

　　远程图像显示： 通过网络可实现远程图像显示录像回放功能。

　　实时监控： 网络快球将采集到的音视频信号压缩编码，通过IP网络实时传输到监控播放终端解压播放;监控播放终端也可通过网络来控制网络球机的镜头，进行全面且全方位的监控。

　　远程监控：在世界上的任何地点，只要能接入INTERNET，就可以看到实时的监控图像。

　　录像存储： 网络快球将采集到的音视频信号数字化压缩后通过微波实时传输到指定的监控中心，进行实时监控或存储。

　　定时录像： 系统按照用户预先设定的定时时间表，把网络快球采集的音视频信号压缩后通过微波实时传输到指定的监控中心，进行存储。

　　告警录像： 系统按照用户预先设定的报警外理方案，把告警发生时段的图像存储下来。

　　用户管理： 安全性能好， 具有用户安全密码保护功能，有效防止无关人员操作。对操作系统的用户进行权限验证和管理，系统中的任何操作都只能由允许的用户来操作，用户也可以设置一些不需要权限限制的操作。