视频信息融合技术在监控系统中的应用

马 勇 李 敏 高常华

（山东新河矿业有限公司，山东 济宁 272400）

1 项目背景

煤矿是高危行业，安全监控系统的使用显得尤为重要。矿井现用监控系统多数采用Windows中文平台，监控中心站配备2套监控主机，1台工作，1台备用，井上下均采用以太网传输，数据观测采用模拟量传感器，能够实现监测数据、定义信息、历史记录、动态图形等监测数据的上传及保存。

为提高煤矿安全监控系统准确性、灵敏性、可靠性、稳定性和易维护性，增强煤矿安全保障能力，国家煤矿安监局组织制定了《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》，继而山东省制定了《山东煤矿安全监控系统升级改造技术方案实施标准》，《山东煤矿安全监察局关于转发国家煤矿安监局煤矿安全监控系统升级改造技术方案的通知》。通过促进安全监测监控新技术、新装备的推广应用，安全监测监控多元融合和信息共享，促进安全监控系统的有效使用，充分发挥安全监控系统在煤矿安全生产中的重要作用，提高安全监控系统技术性能和安全可靠性，实现安全监测监控信息的深度分析和综合利用，提升井下日常安全生产技术保障水平，从而适应煤矿安全生产的需要。

2 矿井基本情况

2.1 矿井交通位置、隶属关系

新河矿业公司位于济宁煤田唐口勘探区的西南部边缘，井田中心西距嘉祥县城约7.5km，东距济宁市约10km，隶属于淄博矿业集团有限责任公司。

2.2 矿井煤层概况

矿井工作区位于济宁煤田唐口勘探区西南部。本井田含煤地层为山西组和太原组，平均总厚度222.68m，煤层平均总厚度16.23m，其中含可采煤层三层（3、16、17煤），平均总厚度10.13m。

2.3 矿井概况

矿井采用立井、暗斜井开拓方式，矿井开采水平位于-980m水平。矿井通风方式采用中央并列抽出式，副井进风、主井辅助进风，回风井回风。地面主通风机房装备2台GAF23.7-11.8-1型轴流式风机，风机的配套电机为560kW，转速980r/min，矿井主通风机运转良好，风量能够满足矿井需要。

2.4 矿井瓦斯、煤尘及其他灾害情况

新河矿业公司为低瓦斯矿井，瓦斯绝对涌出量3.04m3/min，瓦斯相对涌出量1.58m3/t，二氧化碳绝对涌出量4.05m3/min，二氧化碳相对涌出量2.11m3/min。

新河矿业公司所采3煤层抑制煤尘爆炸的最低岩份量为80%，火焰长度400mm，爆炸指数为38.33%，具有煤尘爆炸性。所采3煤层的自燃倾向性等级为Ⅱ类，属自燃煤层。自燃发火期为40d。

3 原安全监测监控系统装备情况

新河矿业公司2009年9月份装备了KJ76N监测监控系统，地面设置了监测监控室，配备了监测监控主机（1用、1备）、打印机、录音电话、声光报警器，室内安设了双电源控制柜。井下各种传感器设置齐全，并实现了24h在线连续检测。矿井配置KJ76N-F型矿用传输分站共32台，各类传感器137台，以及数万米煤矿用通信阻燃电缆组成的集数据采集、传输、分析、控制、存储于一体的矿井安全监测监控系统，安全巡检周期为20s左右。各种功能及技术参数均符合《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ1029-2007）标准要求。

4 监控系统改造方案

新河矿业公司监控系统升级改造主要包括传输接口升级改造、监控服务器双机热备平台升级（主备机）、基于SQL Server的瓦斯监控系统平台升级改造，共三个子系统。传输介质除了将副井底到地面中心站的通讯电缆改造成光缆传输外，其他监控分站与网络传输接口以及传感器到监控分站之间的数据传输仍使用现有的通讯电缆。

4.1 地面部分改造

现安全监控系统使用2台研华科技610L型监控主机（一用一备），升级改造采用四核高性能专用监控服务器，满足以太网平台高性能的数据查询和统计需求。采用SQL Server专用数据库存储瓦斯监测数据，设计通用的数据库接口为综合自动化平台提供数据。

4.2 井下部分改造方案

在现有安全监控系统基础上，增设网络传输接口和网络交换机。将主通讯电缆改造成光缆传输，解决原有系统存在系统反应慢、巡检周期长、误报警不能自动分析处理的问题。

5 视频信息融合

5.1 视频信息融合意义

在现有安全监控系统基础上，增设网络传输接口和网络交换机。将通讯电缆改造成光缆传输，加强馈电状态监测，在馈电开关处安设红外高清摄像头，通过井下工业环网交换机数据上传至硬盘录像机，在地面统一平台上进行系统融合。通过安全监测监控与视频信息融合，实现视频信息共享，促进安全监控系统的有效使用，充分发挥安全监控系统在煤矿安全生产中的重要作用。

5.2 视频信息传输

视频监控摄像机安设于需要加强观测的馈电开关处，摄像机采用黑白1/3CCD感光器件，摄像头CCD图像传感器将镜头采集到的实时高清晰图像信号传送到网络模块，网络模块将图像信号转换为基于TCP/IP网络标准的数据包。通过网线直连方式或光缆传输，视频服务器与光端机将视频信号转换为1Vp-p全电视视频信号传送井下工业环网交换机，然后传输至硬盘录像机，传送到网络中的信号经过视频监控终端的计算机解码还原后，将摄像仪采集到的视频图像进行存储、显示从而实现监控场所状态的实时监控，继而实现安全监测监控与视频信息融合，实现视频信息共享，使监控系统主（备）机能够成为实现实时观测视频录像及监控系统数据的平台。视频摄像头传输原理图如图1所示。

图1 视频摄像头传输原理图

5.3 视频摄像头装备效果

在馈电开关处等矿井重点关注单元、部位及主要设备处安设高清视频摄像头，利用光缆传输数据至交换机，通过并网运行控制策略，使视频传输数据上传至监测监控系统管理平台，实现对井下重点部位的实时监控。视频传输图像如图2所示。

图2 视频传输图像

视频传输至监控系统平台后，将视频信息与监控系统进行信息融合，实现视频、监测传感器多参数、多数据观测。视频信息融合图像如图3所示。

图3 视频信息融合图像

6 结语

本文主要介绍了监控系统升级改造，打造多网、多系统、多元化信息系统平台的一种应用。在矿井重点关注单元设置红外高清摄像头，使视频数据上传至监控主机并实现系统融合与视频信息共享，促进安全监控系统的有效使用，充分发挥安全监控系统在煤矿安全生产中的重要作用，提高安全监控系统技术性能和安全可靠性。