矿井工业电视监控系统集成技术设计与实现 - 图文

科技进步奖申报书 成果名称 主要完成者 申请奖励等级 成 果 内 容 简 介 全光纤结构矿井工业电视监控集成技术研究与应用 崔常兴、曲培臣、翟慎峰、于建正、周秀君、侯立民、董文杰 科技进步一等奖 梁家煤矿工业电视监控系统集远程光纤传输技术、以太环网接入技术、计算机远程控制技术、波分复用技术、矩阵切换技术、大屏幕显示技术于一体，实现了全矿井多套工业电视系统、大屏幕显示系统的集成，该项集成技术属国内首创，具有极高的应用与推广价值。 系统实现了选煤厂电视监控系统、主副井工广电视监控系统、井下电视监控系统、文化长廊电视监控系统、指纹考勤电视监控系统及选煤厂大屏幕显示系统、调度大屏幕显示系统、集控中心大屏幕显示系统的综合集成，实现了全矿井工业电视视频信号的集中显示与远程监控，通过矿信息网络，实现视频图像的远程传输。 系统井上井下共安装122个工业摄像头，在国内率先将工业摄像头安装到采煤工作面，该系统在矿井安全生产、调度指挥、综合自动化远程集控工作中发挥了重要作用，系统建设规模及技术均达到了国内一流水平。 所在单位鉴定意见 所在单位(章) 负责人签字(章) 年 月 日

评比小组评比意见 组长签字(章) 年 月 日 备注

全光纤结构矿井工业电视监控集成技术研究与应用

一、矿井工业电视监控系统概论

随着数字信息时代的到来，数字化高新技术产品日益增加和完善。各行业为了提高和完善生产、管理水平和增加竞争性，都争先采用完善的高新技术产品，矿井数字化电视监控系统就是信息时代的产物之一。

矿井工业电视监控系统是应用于矿山工业生产和管理范围的电视监控系统，区别于一般工业电视监控系统，其设备和传输线缆必须具备防爆或本安、防尘、防潮、阻燃等特点，以适应矿井的恶劣环境。

系统通过分布在地面生产系统、工广、井下皮带、运输大巷、机电峒室、采煤工作面等各个生产地点的摄像机，将视频信号实时传输至控制中心，通过显示设备可以直观地监视（可视）整个矿区中各重要生产环节和设备，对被监视场所的情况一目了然，又由于它具有只需一人在控制中心操作就可观察许多区域，甚至远距离区域的独特功能，被认为是达到全矿井自动化之必须手段，利用它可以大大减少不必要的人力，在某些地点可实现无人值守，进而达到安全高效生产的目的，为管理人员提高质量管理、指挥生产、正确决策提供重大依据，也是矿井安全生产、综合自动化控制的重要保障。 二、矿井工业电视监控系统组成

工业电视监控系统一般由图像采集、图像传输、图像显示和系统

控制四大部分组成。系统组成框图如下所示。

图象采集 图象传输 图象切换 图象显示 解码驱动 控制中心 控制键盘及网络分控 图像采集部分是监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”，包括摄像仪、光发射机、电源、云台等设备。图像采集设备的功能主要是完成目标景物到图像信息的转换，其物理变化是一个光电转换过程，在这个转换过程中摄像器件承担了主要任务，而云台、镜头和其他辅助设备则完成目标景物的取景、照明和聚焦等功能。从整个系统看，图像采集部分是原始信号源，因此图像采集设备的好坏将直接影响图像信号质量和整个系统的质量。

图像传输部分是指监控系统的图像信号通路。一般来说，传输部分主要是传输图像信号，但同时控制中心要对摄像仪、镜头、云台、防护罩等进行控制，因此还应包括控制信号的传输。图像传输部分的功能就是把各个图像采集装置产生的电信号形式的图像信息及时准确地传送到图像显示和记录设备，实现景物再现。对于图像信号的传输，主要要求在图像信号经过传输系统后，不产生明显的噪声和失真，保证原始图像信号的清晰度和灰度等级没有明显下降等。在传输方式上全部采用光缆进行传输。

图像显示部分一般由多台监视器组成，是图像监控系统面向用户的终端设备，主要完成图像信息的电光转换，在屏幕上再现目标景物

的图像。在由多台摄像仪组成的图像监控系统中，一般不是一台监视器对应一台摄像仪进行显示，而是n台摄像仪的图像信号用一台监视器轮流切换显示。由于画面分割器的应用，用画面分割器把n台摄像仪送来的图像信号同时显示在一台监视器上，把屏幕分成n个面积相等的小画面，每个画面显示一个摄像仪送来的图像。根据用户要求，有的监控系统还有记录设备。

系统控制是整个系统的“心脏”和“大脑”，是实现整个系统功能的指挥中心。系统控制部分的主要功能有视频信号分配、图像信号的校正与补偿、图像信号的切换、图像信号的记录、摄像仪及镜头、云台、防护罩的控制(遥控)等。对于图像质量影响最大的是放大与分配，校正与补偿和图像切换，经过校正和补偿的图像信号，再经分配(或放大)，进入视频切换部分，然后送到监视器上显示。对摄像仪、镜头、云台、防护罩的遥控，可以实现对被监视的场所全面、详细地监视或跟踪监视。设有记录设备的系统，还可随时把发生情况的被监视场所的图像记录下来，以便事后备查或作为重要依据。 三、我矿工业电视监控系统建设情况

我矿工业电视监控系统建设时间不一，各个系统相对独立，根据建设时间顺序，大体可以分为以下几个系统。

1. 2003年建设的文化长方廊、指纹考勤电视监控系统。该系统共安装11台彩色摄像仪，信号转输采用同轴电缆，输出信号一对一方式直接传输至机房视频服务器。

2. 2004年建成的选煤厂工业电视系统，该系统共安装地面彩色摄像

仪46台，输出视频信号由视频光发射机转换为光信号，通过多模光缆传输至选煤厂集控室视频服务器及DLP大屏显示系统进行图像的存储及显示。

3. 2004年建成的KJ32工业电视系统，共安装地面彩色摄像仪5台，井下防爆兼本安型黑白摄像仪11台，所有信号均采用单模光缆传输至调度指挥中心视频服务器及DLP大屏显示系统进行图像的存储及显示。

4. 2005年建设成的皮带集控井下工业电视系统,共安装井下防爆兼本安型黑白摄像仪49台，所有信号均采用单模光缆传输至综合自动化集控中心视频服务器及DLP大屏显示系统进行图像的存储及显示。

四、系统集成方案的提出

根据信息化矿井三年发展规划，调度指挥中心大屏显示系统、选煤厂工业电视系统及大屏幕显示系统、工业电视（一期）和工业电视（二期）和集控中心大屏显示系统的相继形成，如何将各个监控系统进行硬件上的集成，通过一个显示系统集中显示，并且利用目前先进的网络技术，搭建一个软件平台，让每个局域网用户通过该平台集中浏览，是本项目所要解决的主要课题。

工业电视在各行业领域应用已经相当广泛，技术也很成熟，但全光纤结构工业电视集成技术目前在国内比较少见，基本没有完整的理论和实践技术可以借鉴，而我矿工业电视又具有系统相对独立，分布范围比较广，所采用的设备多、技术复杂等特点，无疑又增加了系统

集成的难度。我们主要从一下方面着手开展研究。 1.实现硬件上的集成

因为前端设备如摄像仪、光发射机等设备型号不一致，采用的传输方式也有所不同，无法在底层实现信号的集成，而如果要实现硬件上的集成，就要寻找它们的共同点。经研究认为，所有的工业电视系统信号经采集处理后，都转换为制式为PAL/NTSC的VBS全电视信号，集成比较容易，因此确定在工业电视系统图像显示部分和控制部分实现全矿井工业电视系统的集成，要求在综合自动化集控中心或调度指挥中心通过大屏显示系统能够切换并查看全部工业电视信号。 2.实现软件上的集成

利用综合自动化平台的搭建，将各个系统视频服务器接入工业以太环网，通过组建Web服务，在综合自动化平台建立工业电视链接页面，综合显示各工业电视信号。 五、集成方案的实施 1.硬件集成

集成方案确定后，根据各系统的施工时间，逐步开展实施工作，随着调度指挥中心大屏幕显示系统的投入使用，首先将副井地面文化长廊、指纹考勤系统的11路信号接入大屏系统视频切换矩阵；工业电视一期工程共16路信号，其中副井井下4路与地面5路信号经视频光端机转换为视频信号后进入视频分配器，也接入调度大屏视频矩阵，主井的的信号由于受光纤芯数的限制，无法实现一对一传输，我们利用目前国际最先进的波分复用技术，设计采购四台8/1视频光端

机，每台可以将8路信号通过一芯光纤进行传输，将主井选煤厂工业电视的25路与井下7路共32路信号接入四台8/1光发射机，只利用四芯光纤，即实现了32路视频信号的远程传输，为了确保远程光缆传输不影响信号质量，导致信号失真，我们充分利用先进的熔接机和OTDR（光时域反射仪）控制熔接的质量，确保每一芯光纤熔接损耗都达到0.00dbm,信号到达调度室后再转换为视频信号经视频分配器接入大屏矩阵。

集控中心大屏幕显示系统建成后，皮带集控二期工程的49路视频信号全部接入集控大屏视频矩阵。

至此，通过调度指挥中心大屏幕显示系统可以实现文化长廊、指纹考勤、工业电视一期、主井选煤厂共52路信号的切换显示；通过集控中心大屏幕显示系统可以实现皮带集控49路信号的切换显示。 但根据生产需要和集成方案的要求，需要从一个大屏显示系统切换显示全矿工业电视信号，而集控中心和调度室所采用的视频矩阵都是64路输入，将彼此信号进行分配接入视频矩阵显然端口数量不够，如果增加矩阵，成本太高，科研小组再次经过设计，在四楼矩阵的第1路输出到二楼大屏矩阵的第64路输入连接视频线一根（50米），将四楼大屏控制机和二楼大屏控制机用一根网络线通过RJ45口进行直连，分别在两台控制机上安装远程控制软件，四楼大屏控制软件界面中增加45路信号列表，查看信号时将二楼第64路切到任意一台监视器或大屏上，再通过远程控制打开四楼控制界面信号列表，点击想要查看的视频名称即可。

从二楼第九台监视器的AV2输出到四楼矩阵的第1路输入连接视频线一根，在四楼将第一路切换到任意一台监视器或大屏上，远程打开二楼控制机界面，点击想要查看的视频名称再点击第9台监视器即可。

通过整合各个系统的工业电视信号和改造大屏幕显示系统视频矩阵，完成了全矿井工业电视系统信号的集成，实现了在调度指挥中心或集控中心切换显示全矿所有工业电视信号的目的。（见图1）

2.软件集成

基于已建成的覆盖井上、下的工业以太环网，将选煤厂视频服务器、工业电视一期视频服务器、工业电视二期视频服务器接入环网，每台视频服务器可以实现32路视频信号的显示与存储，通过组建Web服务，在综合自动化软件平台主页建立工业电视链接，因网络传输视频信号占用带宽太大，我们采取单路读取的方式，有效避免了带宽占用的问题，通过点击软件平台链接，可以逐路查看工业电视信号，从而实现了工业电视软件的集成。（见图2）

六、利用的技术及效益情况 1. 波分复用技术 2. 矩阵切换技术

3. 以太环网接入技术 4. 计算机远程控制技术 5. 远程光纤传输技术

全光纤结构工业电视系统的集成产生的效益主要体现在以下两个方面：

a. 通过波分复用技术进行主、副井远距离工业电视信号的传输，节约了4000米光缆，价值50000元；通过集控中心与调度室矩阵的设计改造，节约了视频矩阵两台，视频线3000米，价值110000元。合计节约人民币16万元

通过工业电视的投入，矿井各部门岗位工可裁减100人左右，每年可节省300万元。

b. 全矿井122路光纤结构工业电视集成的设计与实现，其规模和运用的技术在国内工业电视领域已属于领先，设计方案的研究本身具有重要的科研价值，全矿井工业电视系统的应用，对于矿井调度指挥、自动化控制、安全生产方面必将产生巨大的效益。

2006-5-13

3. 以太环网接入技术 4. 计算机远程控制技术 5. 远程光纤传输技术

全光纤结构工业电视系统的集成产生的效益主要体现在以下两个方面：

a. 通过波分复用技术进行主、副井远距离工业电视信号的传输，节约了4000米光缆，价值50000元；通过集控中心与调度室矩阵的设计改造，节约了视频矩阵两台，视频线3000米，价值110000元。合计节约人民币16万元

通过工业电视的投入，矿井各部门岗位工可裁减100人左右，每年可节省300万元。

b. 全矿井122路光纤结构工业电视集成的设计与实现，其规模和运用的技术在国内工业电视领域已属于领先，设计方案的研究本身具有重要的科研价值，全矿井工业电视系统的应用，对于矿井调度指挥、自动化控制、安全生产方面必将产生巨大的效益。

2006-5-13

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/28t5.html