1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 山西太原 030006；
2.山西天地煤机装备有限公司 山西太原 030006
摘要：本文设计的视频监控系统，能在一定程度上提高了连采工作面的安全性，降低安全隐患，为连采工作面的信息化、自动化发展奠定了视觉基础。
关键词：连采；视频监控；信息化
煤矿采掘自动化、无人或少人工作面一直是国内外采煤行业追求的目标。实现以上目标，首先要解决的是采煤装备的自动化和远程监控技术，实现综采工作面的远程监测及控制，现有的综采工作面设备繁多，每个设备有自己独立的现场控制设备，没有统一的传输标准，彼此之间很难做到信息共享和详细交互，信息的价值没有充分挖掘。基于此，本文设计了一种视频监控系统并成功应用，该系统在成像质量上达到了预期的效果。
一、视频监控系统概述
监控系统是由摄像、传输、控制、显示、记录登记五大部分组成。摄像机通过同轴视频电缆将视频图像传输到控制主机，控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备，同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。通过控制主机，操作人员可发出指令，对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作，并可通过控制主机实现在多路摄像机及云台之间的切换。利用特殊的录像处理模式，可对图像进行录入、回放、处理等操作，使录像效果达到最佳。
视频监控系统主要由前端的音视频数据采集设备、传送介质、终端监视、录像和控制设备组成。系统前端设备主要包括摄像机、镜头、云台、解码控制器和报警探测器等，其作用是采集音视频信息，使操作者获取必要的声音、图像及报警等需要被监视的信息。传送介质：是将前端设备采集到的信息传送到控制设备及终端设备的传输通道，主要包括视频线、电源线和信号线。控制设备：是整个系统的最重要的部分，它起着协调整个系统运作的作用，人们正是通过控制设备来获取所需的监控功能。控制设备主要包括：音、视频矩阵切换控制器、控制键盘、报警控制器和操作控制台及控制软件。终端设备：是系统对所获取的声音、图像、报警等信息进行综合后，以各种方式予以显示的设备，主要包括监视器、录像机等。
二、视频监控系统的方案设计
1、应用环境分析
1）成像质量：因开采工艺的影响，连采工作面照明灯具安装速度滞后于掘进速度，巷道照明条件较差。因此，如何保证摄像头在低照度下的清晰成像是系统设计的技术难点。
2）安装位置：因巷道空间有限，易发生设备与煤壁刮蹭的现象。因此，在选择摄像头安装位置时，在解决视距盲区的前提下，必须尽量避开刮蹭区域，从而避免因刮蹭造成的损坏。
3）安装空间：因使用空间有限，要求摄像头体积小巧。
2、系统方案设计。结合系统的应用环境和预期效果，设计了系统方案。视频监控系统及视频采集、处理、存储、画面切换和显示于一体。各部分功能为：
①视频控制箱：包括电源、视频存储、视频信息交换、视频信号输出等功能，是整个系统的核心。系统的功能是为各部件提供非安全电源和本安电源，对视频信息进行处理、存储和输出，并具有视频画面切换功能。
②摄像头：摄像头的选择和测试是本系统设计的关键，如果摄像头的成像效果差，系统就没有实用价值。通过对多家厂家摄像头参数的对比，及井下实际成像效果进行测试后，可采用低照度摄像头，该摄像头能充分适应连续采煤工作面低照度环境，成像效果好。
③视频切换信号：可采用防爆转换开关来提供视频信息切换信号，控制不同视频画面在显示器上显示，以辅助工作人员观察设备不同部位的视觉盲区。
④显示器：该显示器是一种安全的高清晰度显示器，能清晰显示摄像头画面。
三、视频监控技术的实际应用
1、安装和调试。安装调试在井下进行，涉及防爆问题。为此，制定了以下安全原则：1）利用设备原有结构来定制安装板并采用螺栓固定，不采用焊接、钻孔等安装方式；2）接线及调试时严禁带电操作。
2、视频监控系统的应用效果。该视频监控系统采用的低照度摄像头，适合于井下巷道的低照度条件，成像效果画面清晰可见，完全达到了预期的效果。
四、连采工作面信息化发展的探讨
1、连采设备视频监控系统的发展。本文设计的连采设备视频监控系统仅实现了本地的视频监控与存储，视频监控可辅助工作人员安全运行，存储的历史视频可真实还原工作时的历史场景，有利用安全生产与管理。
另外，随着井下网络建设条件的不断完善及连采工作面自动化水平的不断提高，连采设备及连采工作面的远程视频监控系统将会不断发展并逐渐成熟，会成为连采工作面自动化、少人化、甚至无人化开采的视觉基础。
2、连采单机设备的信息化发展。当前，连采设备普遍处于“信息孤岛”状态，存在：①通讯协议不开放、不统一；②设备的运行数据及视频无法提取、接入到井下网络等现象。这些不足严重制约了连采设备信息化发展的进程，进而影响连采工作面的综合自动化及远程监控技术的发展。针对此情况，本文提出了适用于连采设备的单机信息化系统，见图1，为实现连采工作面的综合自动化提供基础条件，可实现如下功能：
①设备运行数据（视频、状态数据）的采集、处理、存储及显示；
②视频、音频数据及设备运行状态数据的远程监控；
③结合设备的实际情况，可实现单机启停、特定动作的远程控制：
④多台连采设备可在工作面实现联动、闭锁控制等功能，确保安全、高效生产。
图1
3、连采工作面的信息化发展。随着网络、远程通讯、视觉、控制、大数据等技术的发展，连采工作面的信息化、自动化发展主要体现在：工作面的远程视频监控、设备运行状态的远程监控、设备间的联动、闭锁及自动化运行、故障诊断及预测等方面。最终目标是打造少人化、无人化开采的连采工作面。
①网络。网络建设是连采工作面的信息化、自动化发展的基础，能很好的解决单机设备“信息孤岛”的状态，为远程数据传输、设备间的数据交互等提供网络通道。
②远程视频监控。远程视频监控为连采工作面的远程监控人员提供“身临其境”的视觉感受，可指导远程生产、辅助实现远程控制，是实现远程控制的关键及基础。
③集中控制中心。在井下远离工作面的安全区域或地面设立集中控制中心，集中控制中心通过网络实时监测连采设备运行时的数据、故障信息及视频；对各种数据进行处理，结合连采工作的工艺流程，建设安全、高效的控制机制，可实现远程手动、自动控制；根据设备的运行状态，实现设备间的联去、协调控制及闭锁保护功能。
④故障诊断及预测。单机设备可靠运行是连采工作面实现信息化、自动化的关键。前期，对工作面设备的运行工况进行全面监测，并将历史数据进行沉淀。通过对沉淀下来的大量历史数据进行分析，结合设备关键部件的平均寿命、历史故障数据库等因素，可挖掘出大数据背后的共性问题，建立故障诊断及预测系统。
在生产过程中，故障诊断及预测系统可实时监测设备的状态数据，通过信号处理、特征提取和模式识别，可实现故障的在线诊断、预警预报，有助于提前检修，避免故障扩大或停工检修。
五、结语
当前，综采工作面视频监控系统的研究与应用已趋于成熟，为综采工作面的无人化开采奠定了视觉基础，它是打造全自动无人化综采工作面的关键。本文针对连采工作面移动设备在采掘、运输过程中存在的安全隐患进行了描述与分析，为解决安全隐患，提出了适用于连采工作面移动设备的视频监控系统，并详细阐述了该系统的设计方案；在视频监控系统成功应用的基础上，分析了连采工作面的信息化发展。
参考文献：
[1]赵永德.连采工作面信息化发展[J].煤炭技术，2014，29（01）：82-84．
[2]王波.煤矿综采工作面全自动视频监控系统研究[J].神东科技，2018，1（72）：20-22.
论文作者:崔恩厚
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/9/19
标签：工作面论文; 设备论文; 视频论文; 监控系统论文; 系统论文; 摄像头论文; 数据论文; 《防护工程》2019年11期论文;