楊景峰

(西安科技大學(xué),陜西省西安市,710054)

無(wú)線音視頻系統(tǒng)在胡家河煤礦副立井提升中的研究與應(yīng)用

楊景峰

(西安科技大學(xué),陜西省西安市,710054)

闡述了煤礦副立井提升安全的重要性,根據(jù)胡家河煤礦副立井提升安全存在的通信和監(jiān)控盲區(qū),設(shè)計(jì)了胡家河副立井罐籠無(wú)線音視頻系統(tǒng)建設(shè)方案。實(shí)際應(yīng)用表明,基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和無(wú)線WiFi技術(shù)實(shí)現(xiàn)了副立井罐籠運(yùn)行期間無(wú)線信號(hào)的全覆蓋,保障罐籠內(nèi)人員與地面調(diào)度中心實(shí)時(shí)進(jìn)行音視頻通信,對(duì)副立井提升安全運(yùn)行管理有著實(shí)際意義。

胡家河煤礦 副立井提升 無(wú)線通信 視頻監(jiān)控

1 引言

胡家河煤礦副立井提升系統(tǒng)采用洛陽(yáng)中信重工JKMD－5×4(Ⅲ)E型提升機(jī),電機(jī)功率為2240 k W,提升機(jī)摩擦滾筒及天輪直徑為5 m,配套先進(jìn)的ABB液壓閘控技術(shù),由西安利雅得電氣公司配套的電控系統(tǒng)設(shè)備為提升機(jī)提供電源和后備綜合保護(hù)。井筒裝備有1.5 t非標(biāo)雙層四車寬罐籠和窄罐籠各一個(gè),寬度分別為2.7 m和1.27 m。窄罐籠上層提升人員,下層為配重;寬罐籠下層提升運(yùn)輸車輛,上層在交接班期間提升人員,其余時(shí)間用來(lái)提升無(wú)軌膠輪車。

副立井提升系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中,無(wú)法監(jiān)控罐籠內(nèi)部的情況,且在提升系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法及時(shí)與罐籠內(nèi)部的人員進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò),導(dǎo)致不安全因素的存在。針對(duì)副立井提升系統(tǒng)存在的盲點(diǎn)和問(wèn)題,根據(jù)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的要求和國(guó)家有關(guān)法規(guī)(系統(tǒng)要具有性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠和經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn),具有方便擴(kuò)展、與數(shù)字電子信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接等要求),提出了安裝無(wú)線音視頻等設(shè)備,同時(shí)采用無(wú)線WiFi技術(shù),徹底解決副立井內(nèi)存在的罐籠音視頻布線不易、可靠性差、信號(hào)易受干擾以及視頻監(jiān)控死角等問(wèn)題,為煤礦副立井提升系統(tǒng)的應(yīng)急通訊聯(lián)絡(luò)提供安全保障。

2 無(wú)線音視頻系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)主要由前端設(shè)備、傳輸設(shè)備和調(diào)度中心控制設(shè)備3部分組成。本安攝像儀的視頻信號(hào)通過(guò)本安型無(wú)線基站、本安型光端機(jī)、本安型交換機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)延伸器等設(shè)備傳輸至地面,通過(guò)流媒體服務(wù)器實(shí)現(xiàn)視頻圖像的瀏覽及轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí)可以通過(guò)解碼器解碼完成數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換,接入現(xiàn)有的大屏幕系統(tǒng)進(jìn)行顯示。在井下特殊環(huán)境下,可以將信號(hào)接入井下隔爆兼本安型計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)在井下計(jì)算機(jī)上瀏覽和存儲(chǔ)視頻數(shù)據(jù)。胡家河煤礦副立井罐籠無(wú)線音視頻系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 胡家河煤礦副立井罐籠無(wú)線音視頻系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1 前端設(shè)備

視頻系統(tǒng)的前端設(shè)備主要由礦用本安型無(wú)線攝像儀和礦用本安型紅外燈組成,主要負(fù)責(zé)視頻信號(hào)的采集,并以無(wú)線的方式發(fā)送視頻信號(hào)。

2.2 傳輸設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)主要由礦用本安型無(wú)線基站、礦用隔爆兼本安型電源、礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、礦用本安型網(wǎng)絡(luò)延伸器、礦用本安型光端機(jī)、礦用網(wǎng)線和礦用通信線纜等組成,主要負(fù)責(zé)設(shè)備接口的轉(zhuǎn)換和與礦上現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的對(duì)接,達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸音視頻信號(hào)的目的。

2.3 調(diào)度中心控制設(shè)備

井下調(diào)度中心控制設(shè)備主要由礦用隔爆兼本安型計(jì)算機(jī)及配套軟件組成。地面調(diào)度中心控制設(shè)備主要包含流媒體服務(wù)器、擴(kuò)展存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)字矩陣、視頻解碼器、視頻分配器、硬盤錄像機(jī)、地面交換機(jī)及配套軟件組成,主要負(fù)責(zé)對(duì)攝像儀的視頻信號(hào)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和顯示,完成監(jiān)控、控制和記錄等功能。

3 無(wú)線音視頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控

調(diào)度中心的監(jiān)控人員可以通過(guò)無(wú)線音視頻系統(tǒng)直接監(jiān)控副立井罐籠內(nèi)人員的活動(dòng)情況,方便了解現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,提高副立井運(yùn)輸?shù)陌踩?避免意外事故的發(fā)生。標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能夠方便的接入環(huán)網(wǎng)或單獨(dú)組網(wǎng)傳輸至地面監(jiān)控中心,實(shí)現(xiàn)地面的實(shí)時(shí)監(jiān)控,為決策者提供第一手的視頻資料。

3.2 實(shí)時(shí)錄像

無(wú)線音視頻系統(tǒng)中使用的數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)可以很方便地對(duì)罐籠的運(yùn)行情況進(jìn)行錄像,同時(shí)可以對(duì)錄像的視頻信息進(jìn)行檢索回放等操作。

3.3 無(wú)線通信

罐籠內(nèi)部的攝像機(jī)配置防爆MIC,罐籠內(nèi)部的人員可以通過(guò)按對(duì)講按鈕和調(diào)度中心進(jìn)行語(yǔ)音對(duì)講,同時(shí)調(diào)度員可以隨時(shí)喊話或發(fā)語(yǔ)音通知。無(wú)線音視頻系統(tǒng)支持WiFi手機(jī),可以為絞車司機(jī)與罐籠處安檢人員提供可靠的語(yǔ)音通信服務(wù),代替原有單調(diào)的到位振鈴信號(hào),及時(shí)溝通罐籠現(xiàn)場(chǎng)人員上下罐籠情況和罐籠運(yùn)行情況。

3.4 廣播對(duì)講警示

根據(jù)需要可以擴(kuò)展廣播告警等功能,在罐籠運(yùn)行時(shí)播放語(yǔ)音提示信息,使罐籠內(nèi)部乘車人員注意安全,提高罐籠運(yùn)行的安全性。同時(shí)罐籠上安裝的廣播具備對(duì)講功能,只需按下對(duì)講鍵即可和后方計(jì)算機(jī)操作人員對(duì)講,實(shí)現(xiàn)緊急情況下的通信聯(lián)絡(luò)功能。

3.5 視頻管理

提供標(biāo)準(zhǔn)的視頻圖像信號(hào),支持礦上的實(shí)時(shí)管理,可選擇一路或多路接入礦上現(xiàn)有的電視墻,做到全屏、畫面分割、輪巡顯示以及自定義字符疊加等視頻管理功能。

3.6 前端設(shè)備管理

各監(jiān)控設(shè)備可按名稱和IP地址等進(jìn)行管理,支持對(duì)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行批量管理,實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程校時(shí)重啟、遠(yuǎn)程自動(dòng)偵測(cè)前端攝像機(jī)參數(shù)更改以及發(fā)現(xiàn)參數(shù)修改后自動(dòng)報(bào)警等功能。設(shè)備狀態(tài)信息查詢檢測(cè)可以自動(dòng)定時(shí)檢測(cè)、維護(hù)并顯示故障點(diǎn)。

4 無(wú)線音視頻系統(tǒng)的建設(shè)

4.1 通信系統(tǒng)的建設(shè)

自2011年起,胡家河煤礦積極建設(shè)“六大系統(tǒng)”中的通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng),截至2013年,胡家河煤礦的通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)完成以下幾個(gè)方面的建設(shè):

(1)井上和井下WiFi無(wú)線基站建設(shè)完畢;

(2)井下主要輔助及運(yùn)輸大巷已實(shí)現(xiàn)WiFi信號(hào)覆蓋;

(3)井下已建立和調(diào)度室的直通電話;

(4)井下已建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

然而,目前胡家河煤礦WiFi信號(hào)未能覆蓋到副立井井筒的區(qū)域,為了便于副立井井筒檢修人員方便聯(lián)系和罐籠提升過(guò)程中的應(yīng)急通訊,需將無(wú)線信號(hào)覆蓋全井筒。

4.2 副立井罐籠無(wú)線音視頻系統(tǒng)的建設(shè)

根據(jù)罐籠特殊結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的環(huán)境,一體化無(wú)線攝像機(jī)需要安裝在罐籠內(nèi)部頂側(cè),用于監(jiān)控罐籠內(nèi)部的人員情況和緊急情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)講功能。無(wú)線攝像機(jī)的天線置于罐籠上方,保證無(wú)線信號(hào)的暢通。副立井井口的支架上安裝1臺(tái)無(wú)線通信基站,天線向下;也可以將無(wú)線基站安裝于井口附近,將無(wú)線基站的天線延伸至井口的支架上,完成對(duì)井筒無(wú)線信號(hào)的覆蓋。通過(guò)副立井井口工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)將音視頻數(shù)據(jù)傳輸至調(diào)度中心機(jī)房?jī)?nèi)的流媒體服務(wù)器。

地面調(diào)度中心機(jī)房?jī)?nèi)的流媒體服務(wù)器配備專業(yè)開(kāi)發(fā)的流媒體軟件、麥克風(fēng)和音箱,完成存儲(chǔ)、查看以及音視頻監(jiān)控功能,對(duì)罐籠的運(yùn)行情況進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。在緊急情況下,調(diào)度中心的管理人員可以通過(guò)流媒體服務(wù)器向罐籠內(nèi)喊話,同時(shí)罐籠內(nèi)的人員也可以通過(guò)相應(yīng)的本安型麥克風(fēng)與調(diào)度人員進(jìn)行對(duì)講。

流媒體軟件采用形象的人機(jī)對(duì)話界面,便于調(diào)度人員的操作使用,可以通過(guò)軟件進(jìn)行視頻的畫面保存、查看和處理,也可以通過(guò)軟件界面直接與罐籠內(nèi)的人員進(jìn)行喊話和語(yǔ)音對(duì)講;同時(shí)軟件支持開(kāi)放性接口,方便后期對(duì)軟件的升級(jí)和接入礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)。

5 效益分析

5.1 社會(huì)效益

(1)改善礦工下井工作環(huán)境。系統(tǒng)中的無(wú)線語(yǔ)音廣播系統(tǒng)在立井罐籠運(yùn)行時(shí)自動(dòng)播放優(yōu)美音樂(lè),舒緩礦工下井壓力,調(diào)節(jié)礦工心情,使礦工下井工作的環(huán)境得以改善。

(2)盡可能減少人員傷亡。副立井提升出現(xiàn)卡罐時(shí),通過(guò)無(wú)線音視頻系統(tǒng)可以與罐籠內(nèi)的礦工聯(lián)系,做到充分了解罐籠內(nèi)部實(shí)際情況,為科學(xué)有序地組織救援提供必要的信息。

(3)減少副立井提升系統(tǒng)“三違”事故。無(wú)線音視頻系統(tǒng)采用具有低照度、寬動(dòng)態(tài)、強(qiáng)光抑制、透霧技術(shù)以及自帶拾音裝置的攝像儀,在罐籠內(nèi)的成像能夠達(dá)到人臉可辨和聲音可辨的效果,能識(shí)別提升過(guò)程中罐籠內(nèi)的“三違”事故具體人員,起到威懾作用,減少“三違”事故的發(fā)生。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

(1)無(wú)線音視頻系統(tǒng)在胡家河煤礦副立井改造應(yīng)用后,可以減少把罐工2人,按照每人每年工資10萬(wàn)元計(jì)算,胡家河煤礦年節(jié)約工資成本20萬(wàn)元。

(2)消除了副立井通信聯(lián)絡(luò)的“孤島”,提高了罐籠運(yùn)輸?shù)陌踩院涂煽啃?減少了機(jī)電運(yùn)輸事故,初步估算可以實(shí)現(xiàn)全年減少損失約20萬(wàn)元。

6 結(jié)語(yǔ)

無(wú)線音視頻系統(tǒng)在副立井提升過(guò)程中不僅能夠?qū)藁\內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控,而且可以實(shí)現(xiàn)廣播對(duì)講和視頻對(duì)講。在提升過(guò)程中,如有違章行為發(fā)生時(shí),無(wú)線音視頻系統(tǒng)能夠自動(dòng)或者人為發(fā)出控制信號(hào),驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警裝置發(fā)出聲光警示,提醒違章人員停止違章,從而避免發(fā)生安全事故。

無(wú)線音視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、穩(wěn)定可靠、操作方便且效果良好,完全達(dá)到了 預(yù)期的目的和效果,一方面為胡家河煤礦實(shí)現(xiàn)對(duì)罐籠內(nèi)的不安全行為和違章操作行為進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別及告警,另一方面也為以后全面研究無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控在礦井安全管理中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

[1] 劉映群.煤礦井下自動(dòng)排水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].中國(guó)煤炭,2014(3)

[2] 黎洪松.數(shù)字視頻技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002

[3] 劉富強(qiáng).數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003

[4] 張亞瓊.基于嵌入式Linux無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[D].山西:太原理工大學(xué),2008

(責(zé)任編輯 路 強(qiáng))

Research and application of wireless audio and video system to auxiliary shaft hoisting in Hujiahe Coal Mine

Yang Jingfeng
(Xi＇an University of Science and Technology,Xi＇an,Shaanxi 710054,China)

In view of the blind area existing in communication and monitoring for auxiliary shaft hoisting in Hujiahe Coal Mine,the wireless audio and video system was designed for the cage in the auxiliary shaft.The architecture of this system was introduced,and its merits and functions were described.The application showed that the full coverage of wireless signals was achieved by this system during the hoisting of cage,and the freeaudio/video communication between those in the cage and the ground dispatching centre was guaranteed,which is significant to the hoisting safety and management of auxiliary shaft.

Hujiahe Coal Mine,auxiliary shaft hoisting,wireless communication,video monitoring

TD53

A

楊景峰(1988－),男,陜西扶風(fēng)人,助理工程師,現(xiàn)就職于陜西陜煤彬長(zhǎng)礦業(yè)有限公司信息中心,主要從事煤礦信息化管理工作。