论文部分内容阅读
【摘要】根据国家智慧矿山技术规范，我国智能化矿山建设正式启动，无线视频监控系统以无线网络传输装置为基础，无线信号为载体，可实现连续不间断的图像传输，缩短故障处理时间，提高巡检人员安全系数，有效的提高了竖井提升系统的安全运转，将成为今后煤矿安全运转不可或缺的一部分。
【关键词】井筒;无线视频;监控;无线网络传输;智慧矿山
0 引言
2018年5月，国家标准《智慧矿山信息系统通用技术规范》正式颁布实施，我国智能化矿山建设正式启动。矿山生产模式不断更新，采矿工业向规模化、集约化、协同化方向发展，采矿工程迈入遥控化、智能化乃至无人化阶段。井筒作为矿山生产的咽喉，担负着全矿人员上下、设备与物料升回及原煤提升任务，根据规定每周需安排巡检人员站在箕斗或罐笼顶部巡检井筒，存在很大的安全隐患;在人员、设备与物料升回、原煤提升过程中，如提升机突发故障紧急停车，司机不能掌握箕斗或罐笼内情况，致使故障不能及时排除，影响矿井安全高效运转。为此设计一套安全稳定的无线视频监控系统势在必行。
1 系统结构
井筒无线视频监控系统主要由矿用本安型无线网络传输装置，矿用隔爆型摄像仪，矿用隔爆型电池箱，监控主机与显示器等部分构成。
矿用隔爆型电池箱直接为矿用本安型无线网络传输装置供電，罐笼每层安装一个矿用隔爆型摄像仪，顶部安装两台矿用隔爆型摄像仪，矿用隔爆型摄像仪由矿用阻燃通讯电缆接入矿用本安型无线网络传输装置，无线网络传输装置通过POE端口在传输音视频信号的同时为摄像仪供电;井口井架上与两码罐笼顶部各安装一台矿用本安型无线网络传输装置，组件桥接网络;井口无线网络传输装置通过工业以太网直接接入车房硬盘录像机，将罐笼上视频传至车房显示图像。
2 设计方案
2.1 罐笼音、视频监控终端
在罐笼内每层安装一个隔爆型摄像仪，罐笼顶部安装两个隔爆型摄像仪，各摄像仪通过矿用阻燃网线与矿用本安型无线网络传输装置相连，各摄像仪通过无线网络传输装置POE端口为摄像仪供电，矿用隔爆型电池箱直接为矿用本安型无线网络传输装置供电。
2.2 井筒无线传输网络
在两码罐笼（箕斗）顶部分别安装一个矿用本安型无线网络传输装置，与井口井架上安装的无线网络传输装置天线面板相对，组成一对二桥接网络，实现井筒无线全覆盖。
2.3 地面音、视频监控系统
地面音、视频监控系统主要包括地面工业以太网络、监控主机和显示器。监控主机通过地面工业以太网、井筒无线传输网络与罐笼音、视频监控终端实现桥接，终端画面接入监控主机，实现画面的不间断连续显示。可实时观察井筒内设备与井筒井壁情况，在发生故障紧急停车时，还地面可通过监控主机观察罐笼内人员设备情况，实现语音通话，提高故障排除速度，提高安全系数。
3 系统主要创新点
3.1 无线网络传输装置
无线网络传输装置是一台基于802.11N，5.8G频段的无线宽带接入和传输产品，支持802.11a/n， TDMA工作协议，最大功耗小于8W，采用双极化（水平+垂直）天线，方向角为水平30度，仰角15度。
该无线网络传输装置内置XTrans无线技术，该技术结合了业界领先的核心技术，具有传输距离远，无线传输吞吐率高，无线传输速率稳定，点对多点接入数目多、点对多点带宽分配均匀，抗干扰性强的特点。
5.8G频段克服了传统2.4G只能传输几百米的限制，XTrans技术使得每台设备在设定的时隙工作优化点对多点的通信;“背靠背”中继可以使多台设备构建一个多跳链路，克服了市面上很多设备点对点传输需要无遮挡环境的缺点，更加适用于更加复杂的室外环境。
该装置最佳传输距离为0～3公里，最大传输速率达到300Mbps，并且具有优异的远距离传输性能，可传输多路高清视频。它可以作为点对点和点对多点远程接入无线网络传输装置，无线宽带最后1公里接入，远距离无线监控。
3.2音、视频监控终端
作为音视频监控终端的矿用隔爆型摄像仪，可选择支持“Smart265”视频压缩标准的网络摄像仪，支持POE供电，最好功耗12W。
POE供电实现摄像仪供电与数据传输仅用一根矿用阻燃通讯电缆即可，使系统配置更加简单灵活可靠。
“Smart265”是海康威视研究院自主研发的基于视频编解码应用的技术，专门针对监控场景的特点而研发，可在H.265编码的基础上进一步提升压缩率，有效节约网络和存储资源。在分辨率1080P，帧率25fps，推荐码率下，5单个摄像头分别以H.264、H.265、Smart265编码类型存储时，占用带宽约为5.8Mbps、2.9Mbps、1.5Mbps。
使用网络摄像仪组网更方便，有利于提高系统的灵活性和可扩充性。
3.3矿用隔爆型电池箱
矿用隔爆型电池箱产品形式为箱式设备，内部由蓄电池组组成，输出电压为直流24V（额定），可给井下设备提供后备电源。矿用隔爆型电池箱外壳为隔爆设计。电池容量：24 V/9 Ah。
4 应用效果
在实际使用中，得益于无线网络传输装置优异的远距离传输性能，和矿用隔爆型摄像仪先进的视频压缩标准，该无线视频监控系统具有较大的灵活性，只要在无线网络传输装置信号覆盖范围内，罐笼在各种工况速度下运行，均能保证视频图像清晰连续可靠的上传至地面监控主站，通过地面监控主站还可根据需要自由设置图像参数，具有较高的可操作性。
虽然该监控系统运行中，画面稳定可靠，但是在使用的过程中也暴露一个缺陷，就是电池箱容量小，充一次电，安装1个摄像仪的情况下，理论使用时间也仅有10.8h，如果要提高使用时间，就必须增加电池容量，但是增加容量，也会增加设备空间与重量。
鉴于实际使用中电池箱存在的情况，如果矿用隔爆电池箱可以实现无线充电，那么将会弥补这个缺陷，将会大大提高井筒无线视频监控系统的实用性和推广性。且今后可以以无线网络传输系统与无线充电系统为基础，进一步发展罐内阻、电动罐链门等装置，也可实现对提升机罐道梁、井筒井壁、井壁光、电缆及井筒设备和罐道罐耳实时监测等功能，打造智能罐笼，智能箕斗，实现井筒作业的智能化，大大提高系统的安全系数。
5 结语
无线视频监控系统以无线网络传输装置为基础，无线信号为载体，将移动的罐笼与地面监控主站联系，可实现连续不间断的图像传输，缩短故障处理时间，提高巡检人员安全系数，有效的提高了竖井提升系统的安全运转，将成为今后煤矿安全运转不可或缺的一部分。
个人简介：刘江坡（1987.4-），男，河北工业大学电子信息工程专业学士学位，电气工程师，煤矿机电。
参考文献：
[1]吴罡.无线网络移动监控在副立井主提升系统中的应用[J].能源与节能，2014，4：160-162.
[2]赵本峰，刘振江.无线网络移动音、视频监控系统在煤矿副井井筒的应用[J].中国新通信，2017，19（17）：83.
[3]杨俊.浅谈无线视频监控技术在煤矿生产中的应用[J].科技视界，2015（2）：335.
【关键词】井筒;无线视频;监控;无线网络传输;智慧矿山
0 引言
2018年5月，国家标准《智慧矿山信息系统通用技术规范》正式颁布实施，我国智能化矿山建设正式启动。矿山生产模式不断更新，采矿工业向规模化、集约化、协同化方向发展，采矿工程迈入遥控化、智能化乃至无人化阶段。井筒作为矿山生产的咽喉，担负着全矿人员上下、设备与物料升回及原煤提升任务，根据规定每周需安排巡检人员站在箕斗或罐笼顶部巡检井筒，存在很大的安全隐患;在人员、设备与物料升回、原煤提升过程中，如提升机突发故障紧急停车，司机不能掌握箕斗或罐笼内情况，致使故障不能及时排除，影响矿井安全高效运转。为此设计一套安全稳定的无线视频监控系统势在必行。
1 系统结构
井筒无线视频监控系统主要由矿用本安型无线网络传输装置，矿用隔爆型摄像仪，矿用隔爆型电池箱，监控主机与显示器等部分构成。
矿用隔爆型电池箱直接为矿用本安型无线网络传输装置供電，罐笼每层安装一个矿用隔爆型摄像仪，顶部安装两台矿用隔爆型摄像仪，矿用隔爆型摄像仪由矿用阻燃通讯电缆接入矿用本安型无线网络传输装置，无线网络传输装置通过POE端口在传输音视频信号的同时为摄像仪供电;井口井架上与两码罐笼顶部各安装一台矿用本安型无线网络传输装置，组件桥接网络;井口无线网络传输装置通过工业以太网直接接入车房硬盘录像机，将罐笼上视频传至车房显示图像。
2 设计方案
2.1 罐笼音、视频监控终端
在罐笼内每层安装一个隔爆型摄像仪，罐笼顶部安装两个隔爆型摄像仪，各摄像仪通过矿用阻燃网线与矿用本安型无线网络传输装置相连，各摄像仪通过无线网络传输装置POE端口为摄像仪供电，矿用隔爆型电池箱直接为矿用本安型无线网络传输装置供电。
2.2 井筒无线传输网络
在两码罐笼（箕斗）顶部分别安装一个矿用本安型无线网络传输装置，与井口井架上安装的无线网络传输装置天线面板相对，组成一对二桥接网络，实现井筒无线全覆盖。
2.3 地面音、视频监控系统
地面音、视频监控系统主要包括地面工业以太网络、监控主机和显示器。监控主机通过地面工业以太网、井筒无线传输网络与罐笼音、视频监控终端实现桥接，终端画面接入监控主机，实现画面的不间断连续显示。可实时观察井筒内设备与井筒井壁情况，在发生故障紧急停车时，还地面可通过监控主机观察罐笼内人员设备情况，实现语音通话，提高故障排除速度，提高安全系数。
3 系统主要创新点
3.1 无线网络传输装置
无线网络传输装置是一台基于802.11N，5.8G频段的无线宽带接入和传输产品，支持802.11a/n， TDMA工作协议，最大功耗小于8W，采用双极化（水平+垂直）天线，方向角为水平30度，仰角15度。
该无线网络传输装置内置XTrans无线技术，该技术结合了业界领先的核心技术，具有传输距离远，无线传输吞吐率高，无线传输速率稳定，点对多点接入数目多、点对多点带宽分配均匀，抗干扰性强的特点。
5.8G频段克服了传统2.4G只能传输几百米的限制，XTrans技术使得每台设备在设定的时隙工作优化点对多点的通信;“背靠背”中继可以使多台设备构建一个多跳链路，克服了市面上很多设备点对点传输需要无遮挡环境的缺点，更加适用于更加复杂的室外环境。
该装置最佳传输距离为0～3公里，最大传输速率达到300Mbps，并且具有优异的远距离传输性能，可传输多路高清视频。它可以作为点对点和点对多点远程接入无线网络传输装置，无线宽带最后1公里接入，远距离无线监控。
3.2音、视频监控终端
作为音视频监控终端的矿用隔爆型摄像仪，可选择支持“Smart265”视频压缩标准的网络摄像仪，支持POE供电，最好功耗12W。
POE供电实现摄像仪供电与数据传输仅用一根矿用阻燃通讯电缆即可，使系统配置更加简单灵活可靠。
“Smart265”是海康威视研究院自主研发的基于视频编解码应用的技术，专门针对监控场景的特点而研发，可在H.265编码的基础上进一步提升压缩率，有效节约网络和存储资源。在分辨率1080P，帧率25fps，推荐码率下，5单个摄像头分别以H.264、H.265、Smart265编码类型存储时，占用带宽约为5.8Mbps、2.9Mbps、1.5Mbps。
使用网络摄像仪组网更方便，有利于提高系统的灵活性和可扩充性。
3.3矿用隔爆型电池箱
矿用隔爆型电池箱产品形式为箱式设备，内部由蓄电池组组成，输出电压为直流24V（额定），可给井下设备提供后备电源。矿用隔爆型电池箱外壳为隔爆设计。电池容量：24 V/9 Ah。
4 应用效果
在实际使用中，得益于无线网络传输装置优异的远距离传输性能，和矿用隔爆型摄像仪先进的视频压缩标准，该无线视频监控系统具有较大的灵活性，只要在无线网络传输装置信号覆盖范围内，罐笼在各种工况速度下运行，均能保证视频图像清晰连续可靠的上传至地面监控主站，通过地面监控主站还可根据需要自由设置图像参数，具有较高的可操作性。
虽然该监控系统运行中，画面稳定可靠，但是在使用的过程中也暴露一个缺陷，就是电池箱容量小，充一次电，安装1个摄像仪的情况下，理论使用时间也仅有10.8h，如果要提高使用时间，就必须增加电池容量，但是增加容量，也会增加设备空间与重量。
鉴于实际使用中电池箱存在的情况，如果矿用隔爆电池箱可以实现无线充电，那么将会弥补这个缺陷，将会大大提高井筒无线视频监控系统的实用性和推广性。且今后可以以无线网络传输系统与无线充电系统为基础，进一步发展罐内阻、电动罐链门等装置，也可实现对提升机罐道梁、井筒井壁、井壁光、电缆及井筒设备和罐道罐耳实时监测等功能，打造智能罐笼，智能箕斗，实现井筒作业的智能化，大大提高系统的安全系数。
5 结语
无线视频监控系统以无线网络传输装置为基础，无线信号为载体，将移动的罐笼与地面监控主站联系，可实现连续不间断的图像传输，缩短故障处理时间，提高巡检人员安全系数，有效的提高了竖井提升系统的安全运转，将成为今后煤矿安全运转不可或缺的一部分。
个人简介：刘江坡（1987.4-），男，河北工业大学电子信息工程专业学士学位，电气工程师，煤矿机电。
参考文献：
[1]吴罡.无线网络移动监控在副立井主提升系统中的应用[J].能源与节能，2014，4：160-162.
[2]赵本峰，刘振江.无线网络移动音、视频监控系统在煤矿副井井筒的应用[J].中国新通信，2017，19（17）：83.
[3]杨俊.浅谈无线视频监控技术在煤矿生产中的应用[J].科技视界，2015（2）：335.