煤矿安全自动智能视频系统的设计与应用

李阳阳

（晋煤集团技术研究院， 山西 晋城 048000）

引言

目前，煤矿所应用的电视监控系统大多没有复杂的设计及功能，仅仅可以对监控位置的图像进行传送及存储，不能对视频信息进行有效的分析、处理。对于现场中人员所实施的一系列操作，仅仅可以依据“看”和“存”的需求来进行处理，但是对于“管”的需求并没有得到较好的处理。红庆梁煤矿所安装的智能视频系统可以将矿井生产的安全性与智能视频技术形成较好的结合，并与声光等技术进行有效的融合，以人员现场的行为管理为核心，再与安全管理的实际需求相结合，研发出安全智能视频系统[1]。

1 系统概况

目前，晋煤集团某矿井中各个作业面已完成了光纤通信，该传输作业的实现具有较好的条件及环境，而为了生产所建立的智能视频监控系统可以应用已有信息系统中的主干传输网络为基础。

系统所具有的功能主要包含：堆煤检测预警、空顶作业预警、超循环作业预警、违规抓拍、违规人员及车辆的关联性分析等[2]。

2 系统的设计应遵循的原则

1）安全性。在设计的过程中必须严格遵循这一原则，系统所采取的设备必须与矿井下的安全要求相吻合，并且通过MA 认证。在安全性的基础上来提升系统所具有的性能。

2）简单易用。软件的操作页面较为清晰明确，具有较强的简便性，操作人员只需要进行相应的培训就可以实施操作。系统的安装也极为简单，安装及维护都十分方便。所运用的数据库及操作系统具有十分简单的维护性；应用软件的安装及使用较为简便。系统内部所安装的软件、硬件及相关设备都进行了模块化处理，前端使用了嵌入式设备，可以以系统的需求来添加及更换板块，确保系统具备较强的可维护性。具有较多的优势，如较强的可操性、简单的界面等，促使数据的处理更为简便、迅速。业务有着明确的流程，与日常业务的处理相符合；系统的数据易于维护，可以开展自动化备份，数据的恢复较为迅速[3]。

3）拓展性。系统所运用的接口为标准TCP/IP，硬件平台具有较强的拓展性，当产生新业务的时候，利用预先所设定的标准来拓展业务范围。确保业务添加时，不需要对系统的框架进行改良，确保系统可以开展灵活的拓展。对日后的发展及改良进行综合考虑，在产品类型的选择、管理的容量等各个方面都可以实现换代及扩展。因此，从产品及技术的角度上讲，该系统具备较强的兼容性[4]。

4）可靠性。该原则要求在设计的过程中必须尽可能降低风险，增强风险的抵抗能力。在选择设备及设计方案的时候应当保证系统可以持续稳定的运行，尽可能降低故障的发生概率。确保该系统具备持续运行及容错的能力。

3 系统架构

3.1 设备构成

智能视频系统的硬件构成主要有井下及机房两部分。井下所运用的设备主要包含了：ZB127-Z 声光报警器、无线发射器、天线等；机房内所安装的设备主要有：网络储存主机、视频综合平台等；该系统中的所有通信设备都需要借助于井下环网[5]。

ZB127-Z 声光报警器的功能在于完成现场的语音提示及灯光提示；KBA127 矿用隔爆冷光源网络摄像头主要安装在空顶作业、超循环作业及堆煤的预警、抓拍系统；KDW660/12B UPS 电源所发挥的作用在于为矿井中的摄影器提供持续的12 V 电源，确保系统维持稳定的运行。

3.2 软件系统架构

软件系统的构成主要包含了后台服务软件、数据系统及用户界面。

1）对系统而言，服务软件是其最关键的部分，所有开展智能化分析的代码都需要在这个平台进行集成。软件中主要涵盖了6 个核心的智能视频识别单元，分别为空顶作业识别、抓拍识别等

2）数据库主要运用了SQL Server 2012 企业级数据库系统，该系统为新型的数据平台产品，不仅可以对现存的数据平台进行有效的拓展，而且可以适用于云技术及平台，同时可以迅速制定出有效的处理方案，确保私有云及公有云之间实现数据的拓展及应用的迁移。该系统可以为企业的基础框架提供最大的支持，主要对核心业务的各项功能及解决方法提供最好的性能及可行性。该系统不仅可以对各种智能化视频的实时及历史数据进行储存，而且可以对相关数据进行挖掘及处理[6]。

3）界面软件所运用的系统为B/S，对目前所流行的各个核心浏览器都有着支持作用，具有多个功能，如开展实时地监控及报警、对报表进行统计等。

4 系统的核心功能

4.1 带式输送机胶带的堆煤预警功能

目前，主要运用绊线检测技术来检测带式输送机胶带出现的堆煤问题，该技术指的是对随意一个视频，可以基于实际需求来在图像中设置多个绊线，并规定其不能穿越方向，当有物料超越了这个警戒线的时候，就可以做出报警。在该设备尾部堆煤的视频中设置一个二级报警装置，使输送机的尾部及破碎机的周围可以做出堆煤预警。根据堆煤的程度来进行划分，主要有两种等级，分别为紧急与提醒，告警阀值可以手动输入到系统内。这两种等级的告警都应当具备声光报警功能，提醒、紧急告警的颜色分别为黄色与红色，当发生紧急告警的时候，可以发送停机信号[7]。

4.2 空顶作业预警功能

本次预警所采取的技术主要为模型及人体两种识别技术，智能视频监控系统与人员定位、声光报警等系统相互联动，确保人员在进到空顶区域之时做出报警，与该区域之间的距离较小时做出预警。与人员定位系统内所形成的各个数据形成有效的关联，通过运用定位系统内部的数据库来有效辨别出人员的信息，只有支护人员进入到空顶区域才不会发生报警，而其他人员一旦进入就会做出报警。在发生预警的时候，现场会出现红色声光报警，地面监控平台出现报警并进行截图记录。

4.3 超循环作业预警功能

这类预警不仅采取了拌线检测技术，还采用了环境智能识别技术，该技术指的是通过对背景的转变进行智能化识别，以有效检测出某个物体运行的轨迹及方向，通过运用智能化的分析方法，依靠一些标定，通过对固定视频范围中的各个条件进行检测，确保两条直巷及联巷形成连通的时候可以实现超循环作业预警。如果超出了规定的距离，现场就会做出红色的声光报警，地面监控中心也会呈现出相应的画面，并且对其进行截图及储存，在出现预警的时候可以及时发送停机信号。在系统之中，循环进度可以基于作业章程来进行设置，超循环作业应当维持1～30 m 的识别距离，其偏差应当低于1 m。

4.4 人员及车辆的抓拍功能

各巷道存在的三岔口及风门部位常常会产生因人员不当的操作行为而出现风门受损、车辆相碰撞等问题，如果破碎机、梭车等设备没有停止运行，系统将会作出危险区域的预警，并在破碎机周围进行报警及语音提示。抓拍系统的目的对操作人员出现的违规操作进行抓拍，并指导人员按照规定操作。危险区域预警还可以分布在巷道三岔口及风门等部位。

4.5 查询、统计、语言提示、数据备份及报表打印功能

对于智能视频系统及其他物联网传感器系统所形成的大数据，可以借助智能视频分析软件来对其进行有效的学习及挖掘，对各种类型的报警信息进行汇总，并形成相关的分析报告，针对高危区域，操作人员列出排行榜。系统具有报表查询及统计的功能。

系统可以与人员定位、其他物联网传感系统内的数据相连接，严格核查违章人员及车辆的信息，形成违章报表的查询及储存，针对特定范围内的人员进入做出管理与预警。用户可以依据使用限制状况来设置各类预警及报警的条件，当智能监控触及到该条件的时候，系统可以对大屏幕内将预警画面进行实时显示及储存，并且设有语音提示功能。当有预警或报警产生之后，在大屏幕中可以实时显示告警信息，并弹出现场的画面。

各个子系统所包含的信息，如地址、门禁、报警图形等都可以储存在数据库内。同时，系统为用户提供了简单、有效的方式，有助于他们对以往的数据进行更好的检索及查阅。并且可以对数据进行备份及对报表进行打印的功能。可以通过时间、地质等各个信息来查询以往的数据。

5 系统的应用

目前，晋煤集团某矿井中已设置了2 台堆煤预警摄像机、8 台空顶作业预警装置、8 台超循环作业预警装置、7 台抓拍装置。

堆煤预警主要涵盖了主带式输送机头和主运巷道带式输送机的相连部位；超循环作业的预警主要涵盖11306、11301 及3-1 回风大巷掘进头、11301和3-1 带式输送机运输大巷及辅运大巷的掘进头、2-2 中辅助运输斜巷的掘进头。空顶作业的预警主要涵盖11306、11301 和3-1 回风大巷的掘进头、11301 和3-1 带式输送机运输大巷的掘进头、3-1 和11301 辅运大巷的掘进头、2-2 中辅助运输斜巷的掘进头。抓拍预警应当设置在矿井中各个需要检测的区域，其主要包含了辅回1、2 联巷风门、11306 回风大巷的机头等[8]。

6 结语

自从该矿井选用智能视频系统之后，堆煤事故的停机时间得到了极大降低，操作人员进行空顶作业的违规现象也得到极大避免，超循环作业的流程得到规范，同时也极大降低了操作人员的违规行为，避免了损失。因此，该系统的应用不仅可以保证工作人员及矿井的安全，而且可以提高相应的经济效益。