煤礦屬于高危行業(yè)之一，安全生產(chǎn)至關(guān)重要。技術(shù)煤礦井下生產(chǎn)過程復(fù)雜，自然災(zāi)害多，嚴(yán)重影響生產(chǎn)和人身安全。我國煤礦事故發(fā)生率、死亡率數(shù)倍甚至數(shù)十倍于世界其他國家，其原因有很多，但管理措施不到位和占據(jù)安全生產(chǎn)第一要素的人員素質(zhì)是決定性的主因。因此，加強(qiáng)各級監(jiān)管、提高人員安全意識和素質(zhì)將是從根本上改善安全生產(chǎn)落后現(xiàn)狀的核心內(nèi)容。

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，自動化程度的提高，部分設(shè)備的操作逐步向無人值守方向發(fā)展，重要工作地點(diǎn)可視化以及視頻信息的存儲與共享成為必不可少的安全措施和手段。作為高危的煤碳行業(yè)，實(shí)行數(shù)字化改造，提高煤礦的自動化程度，對減少煤礦安全事故的發(fā)生具有重要的意義。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展基本上是從早期的模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)向數(shù)模結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)在的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的演變過程，而現(xiàn)在的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)技術(shù)的發(fā)展又分為數(shù)字化本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字化遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)

模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為基于微處理器的視頻切換控制加PC機(jī)的多媒體管理和基于PC機(jī)實(shí)現(xiàn)對矩陣主機(jī)的切換控制及對系統(tǒng)的多媒體管理。隨著微處理器、微機(jī)的功能、性能的增強(qiáng)和提高，多媒體技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)在功能、性能、可靠性、結(jié)構(gòu)方式等方面都發(fā)生了很大的變化，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成更加方便靈活，與其它技術(shù)系統(tǒng)的接口趨于規(guī)范，人機(jī)交互界面更為友好。

但由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)中信息流的形態(tài)沒有變，仍為模擬的視頻信號，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是一種單功能、單向、集總方式的信息采集網(wǎng)絡(luò)，因此系統(tǒng)盡管已發(fā)展到很高的水平，已無太多潛力可挖，其局限性依然存在。模擬監(jiān)控系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有：

1)通常只適合于小范圍的區(qū)域監(jiān)控；

2)系統(tǒng)的擴(kuò)展能力差；

3)無法形成有效的報警聯(lián)動，由于各部分獨(dú)立運(yùn)作，相互之間的控制協(xié)議很難互通，聯(lián)動只能在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行。要滿足更高的要求，數(shù)字化是必由之路。

數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)在市場上數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的類型：數(shù)字化本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字化遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

數(shù)字化本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)部分地取代了以視頻矩陣圖像分割器、錄像機(jī)為核心，輔以其它傳送器的模擬視頻監(jiān)控模式，基于PC機(jī)的多媒體監(jiān)控主機(jī)綜合了視頻矩陣、圖像分割器、錄像機(jī)等眾多功能，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡化。

數(shù)字化遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于IP網(wǎng)絡(luò)，很大程度上改變了安全防范系統(tǒng)的形態(tài)，使之從傳輸介質(zhì)專用到介質(zhì)共用(利用各種公共信息網(wǎng)絡(luò))；從系統(tǒng)的固定設(shè)置到系統(tǒng)自主生成；由封閉的、單一信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)到開放、多信息共享、多信息融合的系統(tǒng)模式。系統(tǒng)將成為可無所不到、開放、可根據(jù)各種具體要求自動生成的系統(tǒng)。

系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)

中小型煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成

目前，中小型煤礦裝備的視頻監(jiān)控系統(tǒng)絕大多數(shù)仍然是模擬電視監(jiān)控系統(tǒng)，主要由普通防爆攝像機(jī)、光端機(jī)、視頻分配器、視頻矩陣、視頻分割機(jī)和電視墻等組成。采用點(diǎn)對點(diǎn)光纖模擬視頻信號傳輸方式，將井下各監(jiān)視點(diǎn)攝像信號傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度室，經(jīng)視頻矩陣切換器，輸送至電視墻進(jìn)行顯示。

數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成

該類型系統(tǒng)采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)備，以網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、視頻服務(wù)器、流媒體服務(wù)器和分控管理主機(jī)為主體。監(jiān)控中心的構(gòu)建思路是以分支機(jī)構(gòu)為核心的分散存儲方式，同時借助于網(wǎng)絡(luò)平臺，由管理中心來完成集中控制。監(jiān)控中心設(shè)立以下主機(jī)、服務(wù)器及設(shè)備：分控管理主機(jī)；流媒體服務(wù)器(可選)；前端(采集與視頻服務(wù))。其結(jié)構(gòu)組成所示。

前端設(shè)備為視頻服務(wù)器(簡稱DVS)，通過輸入接口可以和攝像機(jī)、云臺、報警設(shè)備、話筒等連接。前端的主要任務(wù)是完成視音頻采集、壓縮、記錄及網(wǎng)絡(luò)傳輸,提供現(xiàn)場的開關(guān)量報警聯(lián)動及所有報警信息的上傳，同時提供透明通道，支持云臺控制及視頻信號的在線檢測等一系列功能。

分支機(jī)構(gòu)的監(jiān)控中心至少設(shè)立一個分控管理主機(jī)，目的是擁有一個或多個自己的監(jiān)視與控制平臺，其操作權(quán)限的設(shè)置與認(rèn)證，以及控制的對象均由管理中心來授權(quán)和指定，在管理中心授予最大權(quán)限的情況下能實(shí)現(xiàn)與主控管理主機(jī)相同的最高權(quán)限功能。

設(shè)置流媒體服務(wù)器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)功能，從而緩解網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力，流媒體服務(wù)器還可以解決多級瀏覽級聯(lián)問題，具備很高的先進(jìn)性和擴(kuò)展性。基于現(xiàn)有的局域網(wǎng)環(huán)境，充分利用已有資源可輕松實(shí)現(xiàn)與局域網(wǎng)的連接，使成本降至最低，操作使用簡單。

視頻信號處理流程為：前端的任意多臺視頻服務(wù)器響應(yīng)電視墻管理主機(jī)的請求→將需要的畫面和語音通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時傳輸?shù)焦芾碇行牡碾娨晧芾碇鳈C(jī)→管理主機(jī)通過解壓卡配合相應(yīng)軟件對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并完成至AV的轉(zhuǎn)換(一次同時可解24路)→可通過軟件設(shè)置解碼輸出的畫面排列順序和進(jìn)行畫面切換或輪巡的機(jī)制(方式和時間)→最后輸出至電視墻→在電視墻上得到最直觀的效果。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化改造

煤礦條件不容樂觀

現(xiàn)在大多數(shù)中小型煤礦已經(jīng)建立了自己的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用點(diǎn)對點(diǎn)光纖模擬視頻信號傳輸方式，將井下各監(jiān)視點(diǎn)攝像信號傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度室，經(jīng)視頻矩陣切換器，輸送至電視墻進(jìn)行顯示。但是隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，視頻監(jiān)視點(diǎn)愈來愈多，相應(yīng)的礦用光纜芯數(shù)大大增加。這不僅提高光纜造價，還大大增加了線路故障的搶修難度和時間，系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠性也隨著光纜芯數(shù)的增加而降低。此外，只有在礦調(diào)度室才能看到井下生產(chǎn)情況，而相關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)務(wù)科室及基層單位不能了解職工在現(xiàn)場操作的具體情況，不能通過系統(tǒng)及時指揮生產(chǎn)，造成信息不能共享，形成生產(chǎn)指揮中的不連續(xù)現(xiàn)象。

煤礦本地數(shù)字化改造

整個系統(tǒng)主要由以下模塊組成：攝像頭、硬盤錄像機(jī)(DVR)和瀏覽器。攝像頭負(fù)責(zé)視頻圖像的采集，根據(jù)需求，可以配備不同分辨率的；硬盤錄像機(jī)和攝像頭間用標(biāo)準(zhǔn)的BNC視頻接口(75R)連接，把攝像頭采集來的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理、壓縮，發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，并存儲在本地硬盤，以便提供歷史回放功能。

該類型改造只是在原來監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上將一部分模擬視頻信號經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)編碼轉(zhuǎn)換成可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字視頻信號，送入礦區(qū)的局域網(wǎng)，將監(jiān)控點(diǎn)的信息實(shí)時地提供給煤礦各部門。

這種改造相對比較簡單，改造成本較低，基本不會帶來監(jiān)控資源的浪費(fèi)，比較適合小型煤礦的使用。

前端圖像采集設(shè)備采用一體化攝像機(jī)和球形攝像機(jī)，根據(jù)需要安裝紅外等其他探測設(shè)備。前端視頻處理設(shè)備采用DVS，將模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后編碼，通過IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給系統(tǒng)中的其他模塊。

監(jiān)控中心采用軟件實(shí)現(xiàn)，將管理中心、報警主機(jī)、主控管理、分控管理等功能根據(jù)系統(tǒng)需求和系統(tǒng)規(guī)模部署在一臺或者數(shù)臺服務(wù)器上，連接到IP網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)各種管理功能。電視墻管理主機(jī)通過在高性能PC上安裝多路硬件解碼卡實(shí)現(xiàn)視頻流的解碼，解碼后轉(zhuǎn)換成AV信號后輸出，同時亦可實(shí)現(xiàn)音頻信號的輸出。單臺主機(jī)通過搭載多塊視頻解碼卡可實(shí)現(xiàn)同時最多對24路視頻信號的解碼和AV輸出;畫面具有靈活的排列組合方式和輪巡機(jī)制;配套軟件支持與前端設(shè)備(DVR、DVS)進(jìn)行雙向語音對講。

當(dāng)增加新的監(jiān)控點(diǎn)時，最好采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，其具有網(wǎng)絡(luò)功能，可以在井下搭建樹形或環(huán)形系統(tǒng)，通過一根光纜將視頻信號傳到井上，可以節(jié)約大量光纜，降低系統(tǒng)成本。此外，可提高系統(tǒng)的擴(kuò)展性。樹形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所示。

數(shù)字系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)的比較

傳輸

傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控對距離十分敏感，隨傳輸距離增加，信號很容易出現(xiàn)衰耗(特別是高頻衰耗)、畸變、群延時失真等，在漫長的信號傳輸過程中，很容易受到外來電磁信號的干擾，導(dǎo)致監(jiān)視畫面的雜波增大，并可能由于寄生調(diào)幅而使圖像被疊加了脈動的或網(wǎng)狀的幅度干擾成分，使圖像質(zhì)量嚴(yán)重劣化；而將視頻信號數(shù)字化處理后，傳輸距離得到很大擴(kuò)展，不會由于距離的增加導(dǎo)致信號的衰減，并且數(shù)字信號具有很強(qiáng)的抗干擾性，提高了系統(tǒng)的可靠性。

存儲

傳統(tǒng)模擬視頻信號的存儲會耗費(fèi)大量的存儲介質(zhì)(如錄像帶)，而且視頻錄像帶容易遭破壞或磨損；數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)將視頻圖像記錄在視頻服務(wù)器中的計算機(jī)硬盤上，其壽命遠(yuǎn)大于普通的錄像帶。其最大優(yōu)點(diǎn)是，既能保證存儲圖像的清晰度不受多次復(fù)制而遭劣化影響，又能夠快速檢索到所存儲的圖像。

遠(yuǎn)程監(jiān)控

傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控，且是單方向的。數(shù)字系統(tǒng)將先進(jìn)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引人視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，極大擴(kuò)展了視頻監(jiān)控的地理范圍，使得異地遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能，并且易于統(tǒng)一集中管理。

信息檢索

傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，記錄在錄像帶上的模擬視頻信息不易檢索。需要查尋歷史圖像時，必須反復(fù)回放錄像帶中記錄的圖像，往往要花費(fèi)大量時間觀看才能找到;而在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻圖像是以數(shù)字化方式存儲，經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲在磁盤陣列中或保存在硬盤、光盤中，用戶可以完全自動地對監(jiān)控對象進(jìn)行永不間斷的全程監(jiān)控，并可利用計算機(jī)建立的索引，非常方便地查詢?nèi)我粫r間、任一地點(diǎn)的現(xiàn)場資料，在幾分鐘內(nèi)就能找到相應(yīng)的現(xiàn)場記錄，方便快捷。

總結(jié)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)獲得非常廣泛的應(yīng)用，隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化已成為未來的發(fā)展趨勢。

本文結(jié)合目前中小型煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出了基于網(wǎng)絡(luò)的本地和遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的改造方案。系統(tǒng)的改造具有節(jié)省光纜資源，帶寬資源共享、節(jié)約投資、設(shè)備安全性高、綜合建網(wǎng)性價比高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)施性較強(qiáng)。