案例：“无线”视频监控技术应用于矿山

1、矿井概况
 
 　　平庄煤业公司元宝山露天煤矿是我国上世纪80年代投资建设的大型露天煤矿，矿区位于内蒙古赤峰市元宝山的丘陵地带，距赤峰市20km，与赤峰市有铁路相通。煤田形成于中生代晚侏罗纪，矿区长30km，宽4km，面积120km2。是国内目前现代化程度最高的露天矿之一，设计能力为年产原煤500万t，开采优质褐煤。元宝山露天煤矿矿田内有12个煤层，累计可采厚度76.7m，可采储量为3.92亿t，设计服务年限71a。根据区域地质情况和煤层赋存情况，设计采用：上部剥离采用轮斗挖掘机－胶带运输－排土机的连续工艺，采煤采用单斗挖掘机－汽车运输－破碎机－胶带运输的半连续工艺。
 
 　　 2、矿井需求
 
 　　露天矿选用的设备均为国外、国内大型设备，自动化程度高、设备昂贵，设备的生产能力大，因此设备运行的好坏，直接影响着煤矿的生产成本高低和安全生产。需要利用现代化的工业视频技术，监测露天矿轮斗挖掘机、皮带运输机、破碎机、转载机、排土机的生产运转状况，同时监测排水坑水位、露天矿矿坑概貌等，覆盖范围为露天矿采掘场、外部排土场、运煤皮带走廊，通过视频监控为露天矿的安全生产提供保证，及时发现露天矿各环节的运行问题，确保露天矿的生产安全稳定运行。此外，大型露天煤矿，矿区范围大，安全保卫工作难度大，经常发生物资丢失情况，也需要利用现代化的工业视频技术来协助做好安全保卫工作。
 
 　　 3、系统设计
 
 　　煤炭科学研究总院抚顺分院受平庄煤业集团公司委托，就平庄元宝山露天矿网络化视频监控项目提出设计施工方案。做为一个国家级专门从事煤矿安全生产研究的专业院所，我们在进行系统设计和设备选型时充分考虑到了露天煤矿实际生产情况。全方位实时监控元宝山露天矿生产、重要设备的工作状态，确保煤矿安全生产、管理有效开展。
 
 　　由于元宝山露天煤矿现场，特别是户外设备使用条件差、环境特殊，冬季温度最低可达零下25℃，夏天虽高温度可达40℃。所以在设备选型设计时，必须首先重点考虑设备的安全性和可靠性；其次要着眼于长远发展，系统及设备选择要先进、灵活、兼容能力强、市场货源充足、使用维护方便。本着降低投资成本和更好地实现功能的原则，整体设计采用数字化无线网络视频监控方式。
 
 　　 3.1、视频信号采集
 
 　　根据矿区实际情况及管理需求，共配置58台摄像机。其中选煤厂皮带巷由于粉尘较大，配置低照度隔爆型摄像机。四处集水坑和三处卸载站采用固定云台摄像机，为便于夜间监测水位，四处集水坑均配有红外摄像装置，红外装置可根据光线强弱自动开启。其它各监控点摄像机采用低照度彩色一体化摄像机，最低照度可达0.008Lx，适于低光照环境应用，也是目前市场上高端摄像机产品。并配有旋转云台及防雷设施，通过监控中心视频处理主机可对云台进行遥控控制，确保对观测点进行全方位的监控。
 
 　　 3.2、视频信号传输
 
 　　由于考虑到露天煤矿矿区范围大，设备移动频繁，所以视频传输方式根据监控点的安装位置、设备电源取向及视频信息的合理传输方式等要求，采用有线传输和无线传输相结合的方案，对随工作面推进需移动的各点采用无线视频传输技术，而对于不动点为防止大型设备对视频信号传输的影响，采用光缆传输，有线传输介质全部采用铠装光缆，以保证地面与地面之间、地面与坑下之间传输光缆机械强度的要求。光缆可利用胶带输送机，沿输送机走向支架铺设，为便于今后延长和移动，在设计中采用快速延长和接续装置。
 
 　　而对于此套系统来说，无线传输设备是关键性设备，所以根据用户实际的需求情况，我们推荐用由具有国际领先通讯技术的Motorola(摩托罗拉)生产的HotZones设备，解决无线视频传输的链路部分目前市场上的无线LAN产品由于管理性、安全性和对有线网络的依赖成为无线LAN发展瓶颈，正是在这样的环境下，以摩托罗拉电子公司为代表的无线LAN厂商推出了基于Mesh技术的无线LAN产品，它是一个动态的可以不断扩展的网络架构，任意的两个设备均可以保持无线互联。该技术可以帮助使用无线通讯设备的用户，自行制作一个拥有自动组网、自动回复功能的宽频网络。该网络即使在最恶劣的情况下，亦可正常工作，在没有任何网络基础设备的情况下，相互之问也能快速连接。为了降低大型机械设备对无线视频的干扰，系统的无线传输不采用传统的模拟微波方式，而采用数字微波和视频服务器相结合的方式。并且设计为中心集群管理形式，大大地节约了投资，无线模块能够在频率5.2GHz或者5.7GHz频段上部署，干扰小，安装无源反射器传输距离可达32.19km，信令速率10Mbps。在无线传输系统中，接入点模块控制时隙的分配，每个用户模块在指定的时隙与接入点模块通信，接入点模块根据用户在上行链路和下行链路中的数据要求来分配时隙，保证整体网络的无缝通信。系统结构灵活多样，每个模块可以在60o扇区内为最多200个用户提供网络服务，每一个模块覆盖60o扇区，6个模块总共360o，实现全方位网络覆盖。
 
 　　 3.3、视频信号的接收厦处理
 
 　　前端摄像机摄取的视频信号经过无线方式或光缆传输，进入到矿监控室的监控主机内，配置的监控主机可接收64路视频信号，并且具有视频矩阵及硬盘录像功能，视频信号进入监控主机，在主机显示器上既可分割显示也可单画面显示，可有选择的将视频信号切换分配到电视监控墙上，视频主机可对前端任一路摄像机进行云台及镜头控制。
 
 　　对大屏幕系统方案的设计，应坚持高起点、高标准、严要求，并结合多年来积累的系统设计和工程实施经验，遵循科学的设计原则、设计标准和设计规范，突出先进性、适用性和经济性，且具有一定的超前性，以确保系统建成后达到国内一流水平。电视墙组成方式或设计方案要求整体效果美观大方，更具人性化设计。电视墙2侧各采用8台工业监视器、中间采用DLP构成一幅大屏幕系统。当今，在投影显示领域，从模拟电路驱动显示转向全数字显示系统是一个质的飞跃。从DLP投影机到控制系统全部采用数字化方式，标志着当今世界的最新显示和处理技术。通过自行开发研制的系统管理软件，通过串口和IP并行结构将各个离散的子系统有机的结合在一起，系统软件采用C/S的工作模式，有利于实现网络的分控和权限的集中管理。系统软件采用模块化的设计，具有良好的先进性和扩展性。高分辨率的工业监视器分辨率可达1024×768，逐行扫描使画面更加流畅，内部高保真器件及散热设计，可适应长期连续工作。
 
 　　 3.4、视频联网
 
 　　采用先进成熟的联网技术满足元宝山露天矿系统的需求，在网络设计中把先进的技术与现有的成熟技术、标准和设备结合起来，充分考虑到元宝山露天矿网络应用的需求和未来的发展趋势，尽可能采用先进的网络技术以适应更高的数据、语音、视频(多媒体)的传输需要，使整个系统在相当一段时期内保持技术的先进性，以适应未来信息化的发展需要。
 
 　　矿调度室与采矿部调度室之间建设成千兆光纤网络，以保证视频信号的传输质量。对于采矿部调度室、采矿二部调度室、选煤厂调度室的设计，采取网络视频监控方式，监控终端采用专用网络监控终端，支持16路网络实时显示、浏览，网络功能强大，具有控制、录像功能，可对任一摄像点实施控制，信号方式QCIF、CIF可任选，并且帧率可调节。矿各级管理人员可通过电脑监控终端对所管辖区域的摄像机进行控制、浏览及录像。
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