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1、煤矿井下监控系统设计方案中国电信集团乌海分公司2009-3-11 一、项目概述近年来，煤矿发生事故的数量在不断增加，如何加强安全生产，提高预警和事后搜救工作效率，摆到了国家各级主管部门和领导的面前。在经济高速发展、能源供应紧张的形势下，如何处理好保证安全和提高产量的关系，需要深入研究，发展不能以牺牲环境和生命为代价。为此，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，有效进行矿工管理，保证抢险救灾、安全救护的高效运作显得尤为重要和紧迫。面对新形势、新机遇和新挑战，国家各级主管部门的领导对安全生产工作提出了很高的要求和期望。我们认为提升安全生产信息化管理水平
2、，加强以灾害预防、搜救为主要目标的安全生产长效机制，是我国安全生产工作的必由之路。在此环境下北京普安科技有限公司率先推出适用于煤矿的数字视频监控系统，本系统从视频监控、信号传输、中心控制、远程监管等各方面提出全方位的解决办法，可以实现井下监控中心、地、市煤矿安全监控指挥中心与省局监控指挥中心联网，使煤矿安全管理工作向科学化、规范化、数字化管理轨道迈进，提高煤矿安全管理水平。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。另外，煤矿监管部门可以从省部
3、管理中心远程监看井下状况，提出整改方法，减少事故隐患，因此北京普安科技公司将是保障矿井安全生产的重要组成部分。本设计方案根据现场实际实地考查，井口、地面、厂区分别选用三星红外云台摄像机5台，井下选用北京产防爆隔离红外摄像机6台。主机选用海康威视嵌入式硬盘录像机。二、需求分析在美国，煤矿已实现高度机械化，井下工作人员很少，作业规范，巷道通畅，一旦发生事故，易于撤离，伤亡不大。而在我国，采煤机械化程度仅为，矿工队伍很大一部分是文化水平较低、培训时间有限的农民工，甚至存在井下抽烟等严重违章现象。这样的千军万马集中在高度危险的作业环境中，极易发生事故，造成重大伤亡。我们在分析近期几个煤矿发生的特大事故
4、时发现：（1）地面与井下人员的信息沟通不及时；（2）地面人员难以及时动态掌握井下人员的分布及作业情况；（3）一旦煤矿事故发生，抢险救灾、安全救护的效率低，搜救效果差。目前，煤矿井下作业因为远离地面，地形复杂，环境恶劣与地面人员间沟通不便，如果利用远程视频监控系统，地面监控人员则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。同时要求上级有关监管部门可以通过网络远程查看进行状况，提出整改方法。现在一些煤矿使用的视频监控系统都是早期的模拟监控，性能和稳定性不高，具有很大的局限性。首先，
5、模拟视频信号容易产生衰耗、畸变、延时，并且易受井下各种设备干扰，使图像质量下降，用于煤矿复杂的工作现场时，效果不好。其次，视频信号的传输对距离十分敏感，当传输距离大于几百米时，不便于系统的维护和升级。最后，传统的模拟视频监控系统，由于可靠性和性能差，灵活性和扩展性差，查询取证时十分烦琐，难以维护，不能实现多监控中心和多级监控管理，不适合当前有关领导部门对煤矿安全生产监督、管理的要求。随着传输技术和计算机技术的发展，数字化的视频传输应用得到广泛普及，在煤矿安全监控系统中引入数字化远程视频监控系统也是大趋势。煤矿监控系统需要满足以下功能要求：l 视频监控设备满足煤矿防爆、隔爆等级要求l 可以实现各
6、级部门联网监控，指挥终端、中心控制室以及上级领导终端可通过语音对讲对煤矿开采企业进行远程指挥。l 系统具有特定的视频效果：以矿井为单元，将一路或多路视频信号进行图像预览和录像。l 系统具有实时日期和时钟视频叠加功能：对矿井全程视频图像进行实时日期和时钟预览和录像，保证采矿过程的完整性和真实性。其日期和时钟在画面中的显示方式和显示位置可根据现场实景进行位置调整。l 系统具有单画面、多画面和全屏等多种显示方式，预览显示画面在多画面显示方式下，其显示位置可进行人为调整。l 系统具有录像效果调节功能、网络传输质量，保证其图像在局域网和广域网上都能进行网络传输。l 系统具有音、视频实时网络浏览功能，每路
7、图像可允许多个网络客户端同时进行网络浏览。l 系统具有录像资料转制VCD光盘存储功能，便于资料的保存和资料审阅的便捷。l 系统具有对剩余硬盘空间显示和容量不足警示功能，提供线性和循环录像两种模式。l 系统具有客户端对录像资料的检索、管理和回放。l 系统具有通过网络实现上级领导与矿井监控中心工作人员进行网络会话的功能，从而保障指挥的有效性和实时性。l 系统具有易安装性和易维护性。l 系统具有操作简单，界面简洁，功能直观明确。 三、系统设计3.1 设计依据 民用闭路监视电视系统工程技术规范 GB50198-94 工业电视系统设计规范 GBJ115-87 民用建筑电气设计规范 JGJ/T16-92
8、计算机软件开发规范 GB8566-88 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 GB50168-92 安全防范工程程序与要求 GA/T75-94 煤矿安全规程3.2 设计原则任何一个设计方案的最根本前提是用户的需求，而先进、成熟的技术，可靠、灵活的应用，技术发展的趋势和良好的性能/价格比是设计方案的最基本依据。在不失先进性、成熟性、可靠性、可扩展性的基础上，充分考虑用户的需求，照顾长远利益，最大限度地保护用户投资。同时系统选择的产品已根据煤矿安全生产的技术要求和国家安全标准进行独立设计，完全可以满足煤矿井下人员监测的自动化和信息化管理要求，同时可充分利用矿井已有的平台资源联网运行，有效节约投资
9、。本系统主要有以下特点： 专业性视频监控系统使用专业矿用隔爆型光纤摄像仪防护罩，设备防护等级符合GB3836.2-83爆炸环境用防爆电气设备标准隔爆型：D标准；视频采集设备采用超低照度摄像机，最低照度达0.0003Lux，即使在井下比较昏暗的环境中也能获得清晰的图像；视频采用光缆传输，不会产生安全问题，传输信号质量好，杜绝井下电磁环境干扰 先进性图像监视系统采用MPEG4图像压缩处理技术，具有图像质量清晰，文件占用空间小，传输带宽小，速度快等特点；各子系统紧密结合，提供强大的系统集成功能； 安全性多种授权模式，可以通过IP授权访问、用户登陆权限限制、视频通道授权等多种方式控制人员访问权限，保证
10、监控系统的安全性； 灵活性系统支持基于WEB方式的视频网络浏览功能，可供用户方便使用；灵活进行系统软件升级，避免对系统产生过大的影响； 实时性基于带宽的优势，各类前端信号可做到实时的传输；同时可利用其他传输通道进行实时传输，如：ADSL、ISDN、专线网络等； 稳定性具有独特的图像管理功能，严格控制丢帧现象；完善的视频流控制功能，保证网络传输的顺畅；管理、操作权限的分级实现，保障管理的统一、规范；强大的自我诊断、恢复功能； 完善性与数据采集监控系统无缝地结合，实现报警信号的联动，报警设备的自启动；当报警信号产生时，可实现多种可用通道的信息传输； 扩展性系统预留相应的接口以便扩充之用；控制部件（
11、软、硬件）采用模块式结构，可以方便灵活进行扩充，保证未来的适应性； 易用性基于优良的操作平台；采用模块化设计，操作简便；界面人性化；3.3 系统组成整个系统由井下视频采集、监控中心控制室和远程视频监看指挥系统三部份组成，远程指挥终端可通过网络访问监控中心的数字主机监看井下视频，还可以使用双向对讲向煤矿企业进行远程指挥。由于煤矿企业一般都有自己的井下检测设备，海康威视数字监控主机具有友好的程序接口，可以和煤矿企业自有报警设备完美结合起来。 系统示意图 井下视频采集煤矿井下环境恶劣：第一、煤矿内坑道没有光线，且不能使用红外射灯，需要使用低照度摄像机；第二、坑道内只有660V、127V两种电压，需要
12、考虑电源转换；第三、井下空气中瓦斯和粉尘含量较高，容易发生爆炸，所以必须使用经过煤安认证的隔爆防护罩。针对井下的复杂环境，综合考虑各种因素，视频采集我们选择WAT-902H摄像机，配备Computar H0614FICS-3高档镜头（6mm 手动光圈及调焦CS接口），它可以在仅有一点星光的环境中,就可以达到白天的效果，免于安装红外灯，它的最低照度仅为0.0003Lux，但可以达到570线高清晰画面效果。防护罩我们选择KBA112矿用隔爆型摄像仪，该设备为全不锈钢构造，密封性能好，并且防腐、防尘、防水，可装定焦镜头，已经通过煤安隔爆等级认证D级标准，适用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的煤矿井下。防护罩内
13、可以安装一台单路视频光端机用于视频传输，同时内置127V转12V的电源适配器可以满足井下的电力使用标准，符合集中供电的要求。煤矿井道中采用光缆进行视频传输，因为使用光信号传输杜绝了以往传统视频线缆传输产生的电信号，减少隐患，而且光纤传输距离很长，可达30km，便于煤矿企业合理布线设置监控中心。 监控中心控制室：视频传输到监控中心后使用接收光端机将光信号还原为视频信号，经过视频分配器后接入硬盘录像、矩阵进行视频监看，也可以输入到画面分割器使用大屏幕等离子电视监看。中心控制室可安装若干台海康威视硬盘录像机，对井下状况进行实时视频监控和录像，也可以使用TC-8600视频矩阵切换到电视墙上放大监看。
14、TC-8600系列音视频矩阵是我公司自行研制、开发、生产的监控矩阵控制系统，具有集成度高、功能全面、性能稳定、操作简便等优点，是大中型监控系统的理想选择。硬录主机详细功能列表： 先进的MPEG4音视频混合压缩技术 灵活的字符叠加功能 多种录像方式可选 独特的视频预览遮蔽功能 独特的视频遮蔽录像功能 支持网络视频解码主机 智能报警切换功能 图像抓拍功能 综合报警处理功能 录像文件截取/合并功能 录像文件分区存储功能 系统自我安全保护功能 完善的网络分控功能 超低网络带宽资源占用 独有的断点续传功能 完备的网络用户管理系统 视频质量可调节功能 良好的系统兼容性 超强系统稳定性 人性化的电子地图功能
15、 远程指挥中心包括若干个指挥终端，安装在各级监管部门，各级领导在自己的办公电脑上使用IE浏览器访问各煤矿企业数字监控主机，就可以同时对不同的煤矿企业分别进行监看。指挥终端可以在煤矿企业局域网内，也可以在远端通过Internet或专网进行远程指挥。四、产品选型4.1前端设备前端设备要满足煤矿防爆安全标准，并且适应井下比较恶劣的环境，在经过深入考察研究后，我们推荐选择以下产品：4. PAC-CBA814A矿用隔爆型护罩防爆型式：Ex d（MA）技术指标:密封等级：IP65KBA112检验项目及技术要求外观符合企业标准4.5条工作电压(V):a.c. 127工作电流(mA): 1000最低照度（Lux）：1.0 水平清晰度（TV线）: 350 灰度(级): 7 视频信号输出标称值（峰-峰值）：1V视频信号:0.70.2V同步头信号:0.30.1V正级性输出阻抗：75具有在低照度下能看清景物。能将采集到的实时图像转换为视频信
