無線視頻監(jiān)控技術在礦山的應用
1礦井概況
平莊煤業(yè)公司元寶山露天煤礦是我國上世紀80年代投資建設的大型露天煤礦，礦區(qū)位于內蒙古赤峰市元寶山的丘陵地帶，距赤峰市20km，與赤峰市有鐵路相通。煤田形成于中生代晚侏羅紀，礦區(qū)長30km，寬4km，面積120km2。是國內目前現代化程度最高的露天礦之一，設計能力為年產原煤500萬t，開采優(yōu)質褐煤。元寶山露天煤礦礦田內有12個煤層，累計可采厚度76.7m，可采儲量為3.92億t，設計服務年限71a。根據區(qū)域地質情況和煤層賦存情況，設計采用：上部剝離采用輪斗挖掘機－膠帶運輸－排土機的連續(xù)工藝，采煤采用單斗挖掘機－汽車運輸－破碎機－膠帶運輸的半連續(xù)工藝。
2礦井需求
露天礦選用的設備均為國外、國內大型設備，自動化程度高、設備昂貴，設備的生產能力大，因此設備運行的好壞，直接影響著煤礦的生產成本高低和安全生產。需要利用現代化的工業(yè)視頻技術，監(jiān)測露天礦輪斗挖掘機、皮帶運輸機、破碎機、轉載機、排土機的生產運轉狀況，同時監(jiān)測排水坑水位、露天礦礦坑概貌等，覆蓋范圍為露天礦采掘場、外部排土場、運煤皮帶走廊，通過視頻監(jiān)控為露天礦的安全生產提供保證，及時發(fā)現露天礦各環(huán)節(jié)的運行問題，確保露天礦的生產安全穩(wěn)定運行。此外，大型露天煤礦，礦區(qū)范圍大，安全保衛(wèi)工作難度大，經常發(fā)生物資丟失情況，也需要利用現代化的工業(yè)視頻技術來協(xié)助做好安全保衛(wèi)工作。
3系統(tǒng)設計
煤炭科學研究總院撫順分院受平莊煤業(yè)集團公司委托，就平莊元寶山露天礦網絡化視頻監(jiān)控項目提出設計施工方案。做為一個國家級專門從事煤礦安全生產研究的專業(yè)院所，我們在進行系統(tǒng)設計和設備選型時充分考慮到了露天煤礦實際生產情況。全方位實時監(jiān)控元寶山露天礦生產、重要設備的工作狀態(tài)，確保煤礦安全生產、管理有效開展。
由于元寶山露天煤礦現場，特別是戶外設備使用條件差、環(huán)境特殊，冬季溫度最低可達零下25℃，夏天雖高溫度可達40℃。所以在設備選型設計時，必須首先重點考慮設備的安全性和可靠性；其次要著眼于長遠發(fā)展，系統(tǒng)及設備選擇要先進、靈活、兼容能力強、市場貨源充足、使用維護方便。本著降低投資成本和更好地實現功能的原則，整體設計采用數字化無線網絡視頻監(jiān)控方式。
3.1視頻信號采集
根據礦區(qū)實際情況及管理需求，共配置58臺攝像機。其中選煤廠皮帶巷由于粉塵較大，配置低照度隔爆型攝像機。四處集水坑和三處卸載站采用固定云臺攝像機，為便于夜間監(jiān)測水位，四處集水坑均配有紅外攝像裝置，紅外裝置可根據光線強弱自動開啟。其它各監(jiān)控點攝像機采用低照度彩色一體化攝像機，最低照度可達 0.008Lx，適于低光照環(huán)境應用，也是目前市場上高端攝像機產品。并配有旋轉云臺及防雷設施，通過監(jiān)控中心視頻處理主機可對云臺進行遙控控制，確保對觀測點進行全方位的監(jiān)控。
3.2視頻信號傳輸
由于考慮到露天煤礦礦區(qū)范圍大，設備移動頻繁，所以視頻傳輸方式根據監(jiān)控點的安裝位置、設備電源取向及視頻信息的合理傳輸方式等要求，采用有線傳輸和無線傳輸相結合的方案，對隨工作面推進需移動的各點采用無線視頻傳輸技術，而對于不動點為防止大型設備對視頻信號傳輸的影響，采用光纜傳輸，有線傳輸介質全部采用鎧裝光纜，以保證地面與地面之間、地面與坑下之間傳輸光纜機械強度的要求。光纜可利用膠帶輸送機，沿輸送機走向支架鋪設，為便于今后延長和移動，在設計中采用快速延長和接續(xù)裝置。
而對于此套系統(tǒng)來說，無線傳輸設備是關鍵性設備，所以根據用戶實際的需求情況，我們推薦用由具有國際領先通訊技術的Motorola(摩托羅拉)生產的HotZones設備，解決無線視頻傳輸的鏈路部分目前市場上的無線LAN產品由于管理性、安全性和對有線網絡的依賴成為無線LAN發(fā)展瓶頸，正是在這樣的環(huán)境下，以摩托羅拉電子公司為代表的無線LAN廠商推出了基于Mesh技術的無線LAN產品，它是一個動態(tài)的可以不斷擴展的網絡架構，任意的兩個設備均可以保持無線互聯。該技術可以幫助使用無線通訊設備的用戶，自行制作一個擁有自動組網、自動回復功能的寬頻網絡。該網絡即使在最惡劣的情況下，亦可正常工作，在沒有任何網絡基礎設備的情況下，相互之問也能快速連接。為了降低大型機械設備對無線視頻的干擾，系統(tǒng)的無線傳輸不采用傳統(tǒng)的模擬微波方式，而采用數字微波和視頻服務器相結合的方式。并且設計為中心集群管理形式，大大地節(jié)約了投資，無線模塊能夠在頻率5.2GHz或者5.7GHz頻段上部署，干擾小，安裝無源反射器傳輸距離可達32.19km，信令速率10Mbps。在無線傳輸系統(tǒng)中，接入點模塊控制時隙的分配，每個用戶模塊在指定的時隙與接入點模塊通信，接入點模塊根據用戶在上行鏈路和下行鏈路中的數據要求來分配時隙，保證整體網絡的無縫通信。系統(tǒng)結構靈活多樣，每個模塊可以在60o扇區(qū)內為最多200個用戶提供網絡服務，每一個模塊覆蓋60o扇區(qū)，6個模塊總共360o，實現全方位網絡覆蓋。
3.3視頻信號的接收廈處理
前端攝像機攝取的視頻信號經過無線方式或光纜傳輸，進入到礦監(jiān)控室的監(jiān)控主機內，配置的監(jiān)控主機可接收64路視頻信號，并且具有視頻矩陣及硬盤錄像功能，視頻信號進入監(jiān)控主機，在主機顯示器上既可分割顯示也可單畫面顯示，可有選擇的將視頻信號切換分配到電視監(jiān)控墻上，視頻主機可對前端任一路攝像機進行云臺及鏡頭控制。
對大屏幕系統(tǒng)方案的設計，應堅持高起點、高標準、嚴要求，并結合多年來積累的系統(tǒng)設計和工程實施經驗，遵循科學的設計原則、設計標準和設計規(guī)范，突出先進性、適用性和經濟性，且具有一定的超前性，以確保系統(tǒng)建成后達到國內一流水平。電視墻組成方式或設計方案要求整體效果美觀大方，更具人性化設計。電視墻2側各采用8臺工業(yè)監(jiān)視器、中間采用DLP構成一幅大屏幕系統(tǒng)。當今，在投影顯示領域，從模擬電路驅動顯示轉向全數字顯示系統(tǒng)是一個質的飛躍。從DLP 投影機到控制系統(tǒng)全部采用數字化方式，標志著當今世界的最新顯示和處理技術。通過自行開發(fā)研制的系統(tǒng)管理軟件，通過串口和IP并行結構將各個離散的子系統(tǒng)有機的結合在一起，系統(tǒng)軟件采用C/S的工作模式，有利于實現網絡的分控和權限的集中管理。系統(tǒng)軟件采用模塊化的設計，具有良好的先進性和擴展性。高分辨率的工業(yè)監(jiān)視器分辨率可達1024×768，逐行掃描使畫面更加流暢，內部高保真器件及散熱設計，可適應長期連續(xù)工作。
3.4視頻聯網
采用先進成熟的聯網技術滿足元寶山露天礦系統(tǒng)的需求，在網絡設計中把先進的技術與現有的成熟技術、標準和設備結合起來，充分考慮到元寶山露天礦網絡應用的需求和未來的發(fā)展趨勢，盡可能采用先進的網絡技術以適應更高的數據、語音、視頻(多媒體)的傳輸需要，使整個系統(tǒng)在相當一段時期內保持技術的先進性，以適應未來信息化的發(fā)展需要。
礦調度室與采礦部調度室之間建設成千兆光纖網絡，以保證視頻信號的傳輸質量。對于采礦部調度室、采礦二部調度室、選煤廠調度室的設計，采取網絡視頻監(jiān)控方式，監(jiān)控終端采用專用網絡監(jiān)控終端，支持16路網絡實時顯示、瀏覽，網絡功能強大，具有控制、錄像功能，可對任一攝像點實施控制，信號方式QCIF、 CIF可任選，并且?guī)士烧{節(jié)。礦各級管理人員可通過電腦監(jiān)控終端對所管轄區(qū)域的攝像機進行控制、瀏覽及錄像。
來源：全球IP通信聯盟
