网络视频监控系统在煤矿中的应用 - 安防知识网

中国是煤炭工业大国，但目前我国煤炭行业生产工艺比较落后，生产环境比较恶劣，导致矿难频发。为了改变这种状况，实现煤矿生产自动化是必然之路。而在煤矿综合自动化系统中，网络视频监控系统是不可或缺的一个重要系统。本文就网络视频监控系统在煤矿中的应用情况做简单介绍，供安防工程设计制造领域的有识之士参考。
文/开滦集团信控中心控制科高级工程师程玉祥

中国是煤炭资源大国，煤炭行业是能源支柱行业。我国煤炭资源的探明储量和可采储量比其他能源丰富，目前已探明的煤炭储量居世界第三位。由于中国经济的飞速发展，我国已成为一个能源消耗大国。随着煤炭生产工艺改革的进一步发展，可以预见，煤炭行业依然具有强大的生命力，在今后相当长的时期内，我国能源供应还是要以煤炭为主。但是，目前我国煤炭行业生产工艺比较落后，生产环境比较恶劣，导致矿难频发。各种不安全生产行为极大地威胁到矿工的生命和社会稳定。煤炭行业高危险、高能耗、多人员、低效率、低收入的局面依然是摆在每个煤炭企业面前的一道难题。

如何通过使用先进的科学技术，有效减少甚至避免矿难的发生，达到安全、节能降耗、提高效率的目标？那就是新建矿井要实现自动化，现有煤矿争取改造成综合自动化矿井。在煤矿综合自动化系统中，网络视频监控系统是不可或缺的，它是煤矿综合自动化系统中一个重要系统（煤矿自动化平台层次结构图见图1）。

煤矿的出路在自动化
目前，采煤技术先进国家有德、英、美、澳等国，自20世纪下半叶起，他们通过改进采煤方法、采用高效采煤设备、大力推广自动化、信息化技术，在煤矿生产的各个环节，对主要设备均实现了子系统自动化生产控制和监测，并采用计算机网络技术，将所有子系统通过联网，实现全矿井生产和安全系统的综合控制、监测和监视，使生产效率大大提高，安全状况彻底改善，获得了巨大的经济效益。

近年来，我国也有一些先进煤炭企业在装备和系统的自动化方面走在了世界前列。如安徽刘庄煤矿、顾桥煤矿、神华集团等。还有一些煤矿通过改造，将综合自动化系统应用到了现场，建设了一些具有先进水平的自动化和信息化子系统，对整个矿井生产过程中的各环节，尤其是主煤流系统、安全监测系统等进行全方位的动态化、可视化的监测、监视、监控，提高了安全和生产效率，并产生了良好的经济效益。目前，煤矿领域对人力、物力有加速投入的趋势。例如，近期，开滦集团公司委托专家制定了第一个自动化五年规划，相信不久的将来，煤矿自动化改造势在必行，视频监控系统在煤矿将大有作为（集团信息自动化系统结构图见图2）。

视频监控系统在煤矿中的应用
作为一种可视化手段，目前视频监控系统在煤矿的安全生产监测系统、生产自动化系统、斜井运输安全监测系统中都得到了广泛使用（煤矿工业电视监控系统图见图3）。

应用于生产自动化系统
煤矿生产自动化子系统分为三大系统：主煤流系统、辅助生产系统、安全生产系统。以上三大系统基本概括了煤矿自动化生产中自动化子系统，视频监视系统包括在这些子系统中，它既是一个独立的子系统，又和其他子系统相联系。如果要实现无人值守，基本上每个子系统都要配置视频监视。

目前，做得比较好的厂商有：上海保信、煤科总院常州自动化所、煤科总院天地公司、北京阳光公司等。

这些企业主要的产品是煤矿综合自动化系统，其中煤科总院常州自动化所、北京阳光公司还生产煤矿安全生产监测系统。还有其它一些如通讯、人员定位、各种矿用传感器等......

应用于安全生产监测
在煤矿生产中，安全生产监测系统是煤矿保安规程规定所必须安装配置的，安全生产监测的主要对象是监测井下瓦斯浓度、一氧化碳浓度、温度、风速、以及井下设备的开停等。这些数据全部都要在井上大屏幕上显示。视频监视系统一般安装在绞车提升的上下井口，放煤点，工作面关键部位等。当瓦斯浓度超过一定数量时安全监测系统自动报警、断电，停止生产。同时对这些数据进行保存，以便分析事故时使用。在目前安全生产监测系统中，大部分都配置了网络视频监控系统（其井下部分必须符合煤矿保安规程规定）。目前比较著名的视频监控生产商主要有煤科总院常州自动化所、煤科总院重庆分院、北京阳光、北京仙岛等。

工业电视监视系统具有防爆、防高温、防低温、防尘、防水、防腐、防震、防强磁场、防雷击等特性，广泛适用于煤炭、冶金、石化、建材、电力等行业。

应用于斜井运输安全监测
近年来，煤炭系统生产矿井斜井绞车运输频繁出现人员伤亡事故，给煤矿安全生产带来极为不利的影响。上述事故的主要原因是人员违章造成。按照规定，在斜井运输巷道上，如果遵守“行车不行人，行人不行车”的规定，就不会出现事故。但斜井运输巷道多属于人员行走和绞车运输混合使用，在绞车运行时，违章人员会在巷道内行走或处理事故。针对这一特点，通过使用斜井绞车运输安全监测系统，实现了本质安全型自动监控。

在该系统中，人员监测使用了安防系统的监测装置，隔爆型智能视觉传感器。它由矿用隔爆型摄像机防护罩、内置镜头、摄像机和智能视觉服务器构成。矿用隔爆型摄像机防护罩、镜头和摄像机组成摄像仪，内置智能视觉服务器相当于给摄像仪安装上了大脑。智能视觉服务器内嵌了VTDTM 智能视觉分析技术中完整的入侵检测分析模块，能自动检测各种独立入侵或联合入侵的人或者交通工具，防区内入侵者的类型（人和交通工具）、尺寸大小、入侵速度、最短入侵时间和运动方向等参数均可设定。防区设定后，只有符合指定特征的入侵行为才会引发报警，而其他不符合条件的入侵将会被忽略。这样可以达到区别人和矿车的目的。目前，由于防爆型零照度黑光夜视摄像仪的出现，组装成隔爆型智能视觉传感器，将在煤矿大有作为。

视频监控系统网络及大屏选择
目前，煤矿宽带主干网络系统，就宽带接入方式综合来看，技术上比较成熟的有以下几种：SDH自愈环网、工业以太环网、PON系统。其中PON是一种无源光纤接入网，是为了支持点到多点应用发展起来的光接入技术，PON由光线路终端(OLT)、光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组成。其具有高带宽、光接口成本较低、系统维护简单等优点，而成为光接入技术中的佼佼者。目前的PON技术主要分为BPON（宽带无源光网络）、EPON（基于以太网的无源光网络）、GPON（千兆无源光网络）和WDM-PON（波分复用无源光网络），EPON又发展出千兆EPON，记为GEPON。由于以太网已广泛应用，技术成熟，设备价格低廉，GEPON发展很快，已推出成熟产品，国外已广泛应用于FTTH（光纤到户），国内已有公司开发出矿用本安型GEPON系统产品，其承载的矿用IP调度通讯系统、矿用数字化工业电视监控系统、矿用宽带监控系统及其自动化子系统也已推出并应用。

GEPON系统简介
GEPON（Gigabit Ethernet Passive Optical Network）是PON技术中最新实用的一种，由IEEE802.3EFM（Ethernet for the First Mile）提出。GEPON是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和 TDM（Time Division Multiplexing）时分MAC（Media Access Control）媒体访问控制方式并能提供多种综合业务的宽带接入技术。GEPON是一种千兆无源以太网。GEPON提出于2000年，现已开始在日本大量投入使用，是目前宽带通讯及宽带接入的新技术，它的特点是成本低，宽带且带宽可动态分配，系统稳定，易于安装维护，故障率低，组网灵活，易于扩展，适合于综合传输视频、数据、语音等信息，用作全矿井综合自动化系统的高速主干传输，是美国硅谷最新网络技术之一。

典型的GEPON系统由光纤网络终端OLT，光纤网元适配器ONU（矿用化终端ONT)，无源光纤分配器POS（矿用化KL5001A光缆分线器)三部分组成。大屏显示一般优先采用MPDP（等离子拼接）或MLCD（液晶拼接），其次采用DLP方案。

GEPON 系统网络特点
·一根光纤中同时传输多路工业电视信号、安全监测系统信号、生产监控系统信号、IP调度通讯信号等；
·主干光网络采用下行广播，上行TDM通信方式，每台ONT动态分配一定的时隙（最多保证100M带宽），能保证信息交换的实时性及传输质量(QoS)，适合于视频、数据、语音等信息综合传输功能，能实现三网合一功能；
·系统具有双总线、环形两种冗余方式，既保证了系统的可靠性，又增加了系统组网的灵活性；
·矿用光网络终端是纯本质安全型设备，即接即用，使用方便，易维护；
·系统可接多台ONT，每台ONT有多个10/100M以太网口，OLT必须有四个1000M以太网口；
·系统要具有本安型高速RS-485接口，和已有监控设备容易联网；
·系统要具有网管功能、网络设备故障报警功能、端口带宽分配功能；
·系统采用光无源分支技术，单一ONT故障不影响整个系统运行，系统具有防爆性能优，抗干扰能力强，运行更稳定；
·GEPON采用了树状的网络结构，煤矿巷道分布也呈树状结构，两者正好匹配。

视频监控系统在煤矿应用的注意事项
视频监控系统在煤矿应用应注意以下几个问题：
煤矿井下电气产品必须符合煤矿保安规程，一般情况下必须三证齐全：防爆合格证、MA安全标志准用证、产品合格证。个别矿务局还需准入证（这是个别矿务局的土政策）。

煤矿井下环境条件比较恶劣，温度高湿度大，有很多地点潮湿度达95%以上，产品需进行防潮处理及散热处理。

一般自动化系统通讯可通过OPC接口通信方式进行。自动化子系统如以监控上位机接入的，可采用WEB发布或NETDDE或ADO方式接入，以WEB发布接入时，集团信息自动化监控不需要软件开发，而以NETDDE和ADO接入的则需要开发相应的监控软件。如安全监测系统、视频监控系统就可以此种方式接入。

井上地面办公室的安防工程可以和社会其他企业相同，但通讯接口应符合综合煤矿综合自动化的要求。