煤矿安全监控系统设计方案

近年来,煤矿事故频频发生,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。我们认为提升安全生产信息化管理水平,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。
在此环境下浙江大华技术股份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,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,因此新天安远程视频监控系统将是保障矿井安全生产的重要组成部分。
需求分析

在我国,采煤机械化程度仅为45%,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,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,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。
煤矿监控系统需要满足以下功能要求:
●视频监控设备满足煤矿行业防爆、隔爆等级国家标准;
●可以实现各级部门联网监控,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;
●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。
●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。
●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。
●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。
●系统具有音、视频实时网络浏览功能,每路图像可允许多个网络客户端同时进行网络浏览。
●系统具有录像资料转制VCD、DVD光盘存储功能,便于资料的保存和资料审阅的便捷。
●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。
●系统具有客户端对录像资料的检索、管理和回放。
●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。
●系统具有易安装性和易维护性。
●系统具有操作简单,界面简洁,功能直观明确。

系统组成

整个系统基于广州莱克电子有限公司专门针对煤矿系统开发的DH-600数字图像监控系统进行设计。搭建系统平台的核心设备网络视频服务器DH-NVS1604C及客户端软件DH-600都由广州莱克电子有限公司自主开发设计。
根据用户实际情况,结合我司设计经验以及前期对一些煤矿企业的施工经验作了以下系统设计。
工业电视监控系统由摄像设备、和视频服务器(具有监控主机、硬盘录像功能)等设备构成。后台视频服务器的各种信号输入接口满足煤矿终期建设规模要求。
工业电视监控系统可分为主站监控层、终端层(分为井上部分、井下部分)及远端监控中心,终端层的用摄像机作系统的前端单元负责采集各监视点的视频信号,并将视频信号压缩编码传送到控制室室内的视频监控中心。这样工作人员就可以在控制室的图像控制台或图像监视器来监视各种设备的运行状况。同时,工作人员也可以通过图像控制机对前端的摄像机发布控制命令,对图像进行诸如取景、定位、光圈大小、聚焦远近和变倍等操作。远端监控中心通过局域网获取前端煤矿图像,并且在登录权限满足的情况下具备前端煤矿矿井等拥有的一切管理操作功能。
根据线缆技术参数和我方施工经验可以保证现场图像传输的清晰度和控制效果,因此井下摄像机信号通过光纤以及光端机传输,其它井上摄像设备通过光缆及视频光端机结合视频电缆、控制线与系统连接,视频、控制信号的传输都采用屏蔽电缆。
此外,图像监视系统应具有和煤矿内其它监控系统接口的功能,运行值班人员在监控主机上操作时,可直接在监视器观看相应设备的状况。这样可以进一步提高运行人员操作设备时的可靠性和安全性。
布置在井上的摄像设备包括高速智能球机、红外枪机、嵌入式红外半球摄像机、等,布置于井下的摄像机设备为煤矿专用防爆摄像仪,该设备内置超低照度摄像机、视频光端机,可直接通过光缆传输到监控中心。
系统核心设备是网络视频服务器DH-NVS1604C,图像信号的接收、编码、发送;云台镜头控制信号的发送;报警信号的接收;以及系统数据管理都由它完成。
网络视频服务器可接入内部传输网,送到煤矿企业MIS上,通过在监控主机上安装客户端软件就可实现对前端设备的管理监控。

系统结构

整个系统有井上视频采集、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视频服务器监看井上、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,我公司的数字视频网络视频服务器具有友好的程序接口,可以和煤矿企业自有设备完美结合起来。
银源煤矿工业电视分为井上和井下监控。井下的防爆摄像仪通过光纤传输到地面控制中心的网络视频服务器上,井上的摄像机信号直接通过视频同轴电缆连接到网路视频服务器。通过中心视频服务器对网络视频服务器进行配置。局域网内用户可以通过授权察看或者录像。企业相关领导具有最高权限,通过最高权限可以对相关人员进行网内授权。
监控客户端以及中心视频服务器通过交换机和网络视频服务器连接,煤矿系统用户输入系统分配地用户名和密码就可进入安全监视系统进行系统操作。
1、监控前端
图像监视系统可分为主监控层和终端层,终端层的用摄像机作系统的前端单元负责采集各监视点的视频信号,并将视频信号压缩编码传送到控制室室内的视频监控中心。这样工作人员就可以在控制室的图像控制台或图像监视器来监视各种设备的运行状况。同时,工作人员也可以通过图像控制机对前端的摄像机发布控制命令,对图像进行诸如取景、定位、光圈大小、聚焦远近和变倍等操作。
2、主监控层
主监控层配置1台中心视频管理服务器,监控主机通过中心交换机与网络视频服务器联网,在监控主机上可以实现实时监视。模拟视频信号从网络视频服务器的视频或VGA输出口输出,通过直接操作视频服务器可对前端摄像机进行操作,并能接收显示各路报警信号。网络视频服务器可接入内部传输网,送到煤矿企业MIS上,通过在配置的客户机上安装客户端软件就可实现对前端设备的管理监控。
3、终端层
煤矿专用摄像机
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,我们选择常州裕华的KBA121 B型矿用本安型光纤摄像仪,该机内置具有“黑夜之鹰”称号的星光级渥太克WAT-902H摄像机,配备4.5-10MM高品质手动调焦、自动光圈镜头,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,其最低照度仅为0.0003Lux,但可以达到570线高清晰画面效果。摄像仪防护罩采用全不锈钢构造,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。
地面高速智能球机
智能球机采用了英国Dational的DAT-SD6005高速一体化智能球机产品,内部带有温控设备,在寒冷天气来临时,摄像机将自动切换加热装置,已达到低温环境下的监视要求;球机具有预置点功能,当现场发生报警时,通过软件的联动设置,球机会自动转动到报警发生地,调节镜头进行监视。
Dational智能球机配合我公司的网络视频服务器可实现三维智能定位功能,鼠标轻轻一点就可将监视对象自动定位到屏幕中心,并通过鼠标的拖拽可实现被监视物体的任意放大和缩小。
地面红外摄像机
地面彩色红外枪机以及地面彩色红外嵌入式半球摄像机我方选用具有高性价比的摄像机,产品均自带红外灯、防尘、防雨,完全可以满足煤矿工业电视监控要求。

系统实现

前端摄像机信号通过BNC头直接从摄像机后端输出,经过视频线SYV75-5-1传输至中心机房的网络视频服务器的视频输入端。
云台转动、摄像机镜头变倍聚焦的控制信号由网络视频服务器的RS485口输出,通过控制线RVVP2×1.5传输至云台镜头解码器和球机解码板。通过解码输出控制信号到云台和摄像机,从而实现对前端设备的控制。考虑到煤矿特殊环境,所有线缆采用具有阻燃性能的产品,并加机械保护。
在煤矿主机房主要配置三台网络视频服务器DH-NVS1604和以及交换机、监控主机等中心设备。
网络视频服务器放置在机房监控室内,所有前端设备信号都接入网络视频服务器。摄像机视频信号直接接入到监控后台系统的网络视频服务器,控制线与网络视频服务器的RS485口连接。网络视频服务器可控制球机的上下、左右转动和放大缩小,以及聚焦、光圈等。整体起到全方位监控作用,使用户能得到合适的视角和大小可变的画面。
设备自身带有网络接口,系统可通过100M口输出接入交换机再与煤矿局域网通道相连,实现远程网络监控。
为了实现系统所有摄像点24小时录像的要求,保存7天或1个月以上的录像时间(报警录像),根据接入摄像机数量在各台网络视频服务器中配置了2块500G硬盘。用户可通过在网络客户端或服务器上直接调用、备份录像文件,实现对像文件浏览和管理。

电缆布线和设备的抗干扰要求

1、电缆
根据电力系统对电缆的特殊要求(阻燃、防火、防小动物),工程中使用的控制电缆、视频电缆和电源电缆为阻燃电缆,对高压电磁场有良好的屏蔽作用。电缆可以在500kV(含500kV)以下电压等级的煤矿或电力行业中消除环境中高电场、高磁场等一些干扰因素对系统造成的影响。
2、管件
户外埋地电缆加套热镀锌管,电缆沟内电缆加套PVC管,室内电缆加套PVC槽。
3、设备的抗干扰要求
为了提高系统的抗干扰能力,在电源接口处,采用自恢复保险丝、TVS器件、防雷器件等多种保护措施;在通信接口处,采用防设备内置雷器件等多种保护措施;在其他输入输出接口处,也都采用内置防雷器件等多种保护措施;另外,各种地线完全隔离和设备的外壳进行接地。

远端监控中心

1、结构说明
中心交换机连接了网络视频服务器以及中心管理服务器和监控主机等设备,中心管理软件安装在中心管理服务器上面,直接对网络视频服务器以及客户端进行配置以及对客户端用户授权。中心交换机可以接入到煤矿系统局域网或者广域网,远端用户通过访问中心视频管理服务器,可以查看或记录煤矿监控点的情况。远端客户也可以通过web浏览实现实时的监控。
2、软件说明
以下简要说明软件相关特点,详细软件功能特点见6.11“软件系统”。
1)软件运行于Windows98/2000平台,具备一定的兼容性,无论采用何种编码方式,均可在Windows98/2000平台上运行;软件提供的各项操作、控制功能(图像切换、摄像机动作、报警设置和撤消)等直观易懂,使用方便;用户操作的监控终端采用Windows系统平台,全中文界面,人机交互性能好,使用方便、简单,只要通过点击鼠标器就可实现控制,也可用操纵杆进行控制。
2)系统软件可根据用户要求完善各项管理功能。
3)系统具有良好的扩展性,无论同一前端的监控点数量增删、同一系统的前端数量增删、终端用户数量的增删,都留有足够空间,随时可以根据用户的需要进行扩展。
●可随时增加摄像机等前端监控设备。
●可方便扩充远程数字图像编码器的数量。
●在连网的相关科室的计算机终端上只要系统授权,增加相应的软件或用Web浏览器即可具有远程图像监视的各种功能。
●支持Web方式监控:采用Web服务器技术,联网的计算机,只要经过授权,即可利用IE、Netscape或其它Web浏览器,进行图像监视,不必专门安装软件,即可具有包括图像分屏监视、视频切换、摄像机控制、编码器控制、信息查询等各种图像监视功能。监控系统采用Web浏览器作为工作平台,网页作为信息载体,不同的图像监视系统,只要都采用网页浏览方式进行图像监视,就可实现相互兼容。
4)DH-600软件特点
●中心管理软件
该管理软件集用户管理、电子地图、设备管理为一体,分为服务器和客户端。系统主要功能实现多台联网监控设备集中控制管理,达到多个前端的同时监看、各前端报警的自动上传及多个前端的语音对讲等功能。适用于采用多台大华系列监控设备的系统。
●客户端软件详细介绍
主要功能:与中心管理服务器配套使用。本软件是一个功能强大的中控软件,集多窗口,多用户,多语言,DIY界面,语音对讲,分级电子地图,报警中心,兼容其它扩展产品,单机直连设备客户端等功能为一体。软件具有电子地图功能,界面友好,操作简单,可方便的进行布设防及权限设置。
如果具备权限,可以实现普通客户端实现的所有功能。此外还具备:a、可同时登陆多台前端主设备进行多画面监视;b、可选择不同前端主设备的不同画面进行轮巡;c、具备多级电子地图监控功能;d、具备与各个前端对讲的功能;e、报警中心提示功能。
●软件透明度
如买方需要对系统进行二次开发或与其它系统进行连接时,本公司将提供客户端软件相应规约,接口参数。

更新日期:2008-11-16

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