2022年2022年矿井图像监视系统与关键技术 .pdf

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1、第卷第 期煤 炭 科 学 技 术年月.矿井图像监视系统与关键技术孙继平?田子建( 中国矿业大学( 北京 )? 北京 )摘要: 针对矿井图像监视存在的照度低、 矿尘大 、 喷雾影响大 、 电磁干扰严重等问题?提出了矿井图像监视系统关键技术要求?如煤矿井下摄像机需辅助照明?彩色摄像机应具有彩色/黑白信号自动转换功能 ?当环境照度较低时?自动转为黑白信号?摄像机宜具有防护玻璃除尘功能?摄像机水平分辨率不小于 线( 照度 条件下 )? 灰度等级不小于级( 照度 条件下 )? 最低照度不大于等? 提出应在采掘工作面、 井下变电所 、 带式输送机机头和机尾、 井下水泵房等关键场所设置摄像机 ? 同时 ?指

2、出矿井图像监视技术将在下井人员唯一性识别、 煤炭产量监测 、 防作弊 、 煤仓煤位监测 、 水仓水位监测 、 煤岩识别 、 带式输送机监测等方面获得广泛应用?关键词 : 矿井 ?图像技术 ?监视技术 ?摄像机中图分类号 : 文献标志码 : 文章编号 : ( ) ? ( ( )? ?): ? ? ? ? ? ? ? ? ? ()? ()? ? .? ? ? ? .? ? ? ? ? ? ? . : ? ? ? 收稿日期 : ?责任编辑 : 赵瑞: . /. . . . . 基金项目 : 国家高技术研究发展计划( 计划 ) 资助项目 ( )?国家自然科学基金重点资助项目( )?国家自然科学基金资助

3、项目 ( )作者简介 : 孙继平 ( )? 男?山西翼城人?教授 ?博士生导师?博士 ?现任中国矿业大学( 北京 ) 副校长 ? : 引用格式 : 孙继平 ?田子建 .矿井图像监视系统与关键技术 .煤炭科学技术? ( ): . ? . .? ? (): . 引言我国现有煤矿 处 ?共有从业人员万人?其中井下作业人员万人 ? 我国煤矿井下作业人员多 、 效率低 ?是造成百万吨死亡率远高于美国等主要产煤国的主要原因之一? 年全国煤炭产量亿 ? 全国煤矿发生死亡事故起?死亡人?百万吨死亡率?百万吨死亡率是美国的 倍? 年美国产煤 亿 ? 全国煤矿死亡 人?百万吨死亡率? 因此 ?通过煤矿机械化 、

4、自动化和信息化( 含智能化 )? 减少煤矿井下作业人员 ?是煤矿安全高效生产的必然选择?是安全高效现代化矿井建设的必由之路? 煤矿监控 、 监视与通信是实现供电、 排水 、 通风 、 压风 、 运输 、 提升 、 瓦名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷斯抽采等固定岗位无人值守和地面远程控制?综采、综放等采煤工作面少人作业和地面远程控制的大关键技术与系统? 煤矿井下电气防爆、 照度低

5、 、 矿尘大制约着地面监视技术与系统直接在煤矿井下应用? 因此?笔者针对煤矿井下特殊性?研究矿井图像监视特点 、 主要技术要求 、 摄像机布设地点和未来发展等问题 ?为矿井监视技术研究和系统研发提供技术参考 ? 矿井图像监视特点煤矿井下图像监视与地面相比具有以下特点?) 照度低 ? 测试表明 ?煤矿井下照度远低于地面?即使地面没有月光和星光的夜晚?其照度也优于井下 ? 在煤矿井下 ?如果没有辅助照明?普通可见光摄像机或照相机是难以应用的? 因此 ?煤矿井下摄像机或照相机需辅助照明?包括可见光源和红外光源等 ? 根据需要 ?也可选用红外摄像机或照相机等?) 矿尘大 ? 在煤炭采掘和运输过程中?会

6、产生大量的矿尘 ( 岩尘和煤尘)? 能见度低 ?影响图像的摄取 ? 矿尘沉积在摄像机和照相机镜头上?进一步降低了图像摄取质量? 因此 ?用于煤矿井下的摄像机和照相机必须采取防尘措施? 清除防护镜上积尘有高压水除尘 、 高压空气除尘、 雨刷器除尘等方法?在神东矿区等现场试验表明?高压水除尘效果较好?) 喷雾影响 ? 水雾会影响图像摄取质量?为降低矿尘 ?采煤 、 掘进 、 煤炭运输转载点等主要产尘点?均设置有喷雾或洒水降尘装置?) 机械振动影响大? 掘进 、 采煤 、 破碎 、 运输等?均会产生较大的机械振动?进而造成摄像机、 照相机和图像抖动? ) 电磁干扰严重? 煤矿井下空间狭小?采煤机、

7、刮板输送机等大功率机电设备相对集中?大功率变频设备 、 大功率机电设备启停、 架线电机车火花等电磁干扰严重 ? 因此 ?煤矿井下图像监视系统及设备应具有较强的抗干扰能力?) 固定与移动相结合? 煤矿井下既有带式输送机 、 机电硐室 、 水泵房等需要固定监视的需求?又有胶轮车 、 电机车 、 掘进机 、 采煤机等移动监视的需求 ?) 宜采用 / 协议光纤远距离传输? 采掘工作面至地面调度控制中心距离长达 或更远?矿井巷道无线传输衰减严重、 传输距离短? 因此?宜采用 / 协议光纤远距离传输?) 移动图像监视设备宜采用技术 ? 移动摄像机要求传输带宽大?宜选用传输带宽大、 性价比高的 技术 ?)

8、电气防爆要求? 煤矿井下有瓦斯等爆炸性气体 ?因此?用于煤矿井下的图像监视系统及设备应具有防爆性能 ? 摄像机和照相机及其信号传输与处理设备 ?应优选本质安全型电气设备? 电源应为隔爆兼本质安全型、 浇封兼本质安全型等本质安全与其他防爆型的复合型防爆电气设备?)电源电压波动适应能力要强? 煤矿井下电网电 压 波 动 范 围 为 ?甚 至 达 ?因此 ?由井下电网供电的图像监视设备应具有较强的电源电压波动适应能力?特别是当电网停电时 ?应由备用电源维持不小于的正常工作 ?)设备体积要小? 煤矿井下巷道空间狭小?因此 ?要求用于煤矿井下的图像监视设备?特别是便携设备要体积小、 质量小 ? 矿井图像

9、监视系统组成与分类矿井图像监视系统( 以下简称系统) 一般由前端、 传输 、 控制、 显示及存储等部分组成? 前端部分包括摄像机以及与之配套的镜头、 云台 、 防护罩等 ?传输部分包括电缆、 光缆或无线收发、 信号调制解调设备等 ?控制 、 显示及存储部分主要包括视频切换器、 云台镜头控制器、 各类控制通信接口、 控制台 、 视频服务器 、 显示器 、 电视墙 、 磁盘 、 音响设备等 ?煤矿图像监视系统有多种类型? 按摄像机使用环境分为 : 矿用本质安全型、 矿用隔爆型、 矿用一般型 、 复合型等 ?按摄像机输出信号类别分为光信号和电信号 ?按摄像机输出信号类型分为模拟信号和数字信号 ?按传

10、输介质分为光缆、 电缆 、 无线等?按光圈调节方式分为自动光圈调节和手动光圈调节等 ?按焦聚调节方式分为自动焦聚调节和手动焦聚调节等? 按云台分为带云台和无云台?按摄像机输出图像色彩分为黑白和彩色( 含低照度条件下彩转黑)? 系统使用环境与供电 环境条件矿井图像监视系统中用于机房、 调度室的设备 ?应能在下列条件下正常工作: 环境温度 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 孙继平等 : 矿井图像监视系统与关键技术年第

11、期? 相对湿度 ? 温度变化率小于 /? 且不得结露 ? 大气压力 ? /规定的尘埃 、 照明 、 噪声 、 电磁场干扰和接地条件 ?除有关标准另有规定外?系统中用于煤矿井下的设备应在下列条件下正常工作: 环境温度 ? 平均相对湿度不大于( )?大气压力 ?有爆炸性气体混合物?但无显著振动和冲击、 无破坏绝缘的腐蚀性气体? 供电电源与电源波动适应能力要求) 地面设备交流电源: 额定电压/? 允许偏差 ?谐波不大于? 频率 ?允许偏差 ?) 井下设备交流电源: 额定电压/? 允许偏差 、 ( 仅用于井底车场、 主运输巷)? 谐波不大于?频率 ?允许偏差 ?) 供电电压在规定的电压波动范围内变化时

12、?系统的主要功能和主要技术指标应满足要求? 系统性能) 矿井图像监视系统应进行工作稳定性试验?通电试验时间应不小于? 其主要功能和主要技术指标应满足要求?) 系统应能通过 /规定的、 试验等级不低于级的射频电磁场辐射抗扰度试验 ? /规定的 、 试验等级不低于 级的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验? /规定的 、 试验等级不低于级的浪涌( 冲击 ) 抗扰度试验 ?) 系统平均无故障工作时间( )应不小于?) 防爆型设备应符合的规 定? 矿 用 一 般 型 设 备 应 符 合 /的规定 ? 系统主要功能矿井图像监视系统应具有煤矿井下及地面图像采集 、 传输和显示等功能?并保持图像信息的原始完整性和实时

13、性 ?即无论中间过程信息如何传输和处理?应使最后显示的图像与原始场景保持一致?达到表 规定的四级 ( 含四级 ) 以上图像质量等级?对于井下环境特别恶劣的现场?其图像质量应不低于表规定的三级 ?表 五级损伤制图像评价标准主观评价图像质量等级观察不出图像损伤五( 优)可察觉出图像损伤四( 良)明显察觉出图像损伤三( 中)图像损伤较严重二( 差)图像损伤极严重一( 劣)系统应具有手动录像、 定时录像 、 报警录像和动态检测录像等功能?同时记录时间 ?并保持图像信息的原始完整性和实时性?即无论中间过程信息如何传输和处理 ?应使最后记录/回放的图像与原始场景保持一致 ?达到表 规定的四级 ( 含四级

14、) 以上图像质量等级 ?对于井下环境特别恶劣的现场?其图像质量应不低于表规定的三级 ?系统应具有时间检索、 事件检索 、 快进快退 、 倍速、 播放 、 到头到尾 、 逐帧播放 、 播放暂停 、 打印等功能? 系统录像设备应具有记录、 回放全双工功能?在所有视 ( 音) 频通道处于满负荷记录的状态下?进行检索及回放操作时?应均能正常运行?且不丢帧 ? 系统应具有存储功能?系统断电或关机后?所有系统数据、 用户设置信息、 操作日志应保持至少不丢失?重新通电后应恢复失电或关机前的状态? 系统应具有与音频同步记录的能力?系统还应具有以下功能: 应具有显示器和电视墙 路或多路显示功能? 具有 / 网络

15、接口、 支持网络播放和查询功能?应具有视频丢失报警功能 ?应具有报警联动功能?设备应具有报警联动的接口?能支持无源的开路和/或闭路信号接入?能实时响应并启动记录和输出联动信号?应具有操作权限管理功能、 运行日志功能 ?宜具有双向对讲功能 ?宜具有显示及录像画面叠加时间、 汉字等功能 ?字符采用 规定的字符?中 没 有 规 定 的 字 符 则 采 用 规定的字符 ? 宜具有云台和镜头控制功能 ?摄像机宜具有光通信接口和无线电通信接口?摄像机输出的数字信号应采用/ 协议 ?图像信息宜采用标准压缩 ? 彩色摄像机应具有彩色 /黑白信号自动转换功能?当环境照度较低时?名师资料总结 - - -精品资料欢

16、迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷自动转为黑白信号? 摄像机宜具有防护玻璃除尘功能 ? 云台应具有、/ 光或电等通信接口?具有水平 、 竖直旋转功能以及自锁功能? 系统主要技术指标) 摄像机主要技术指标如下: 水平分辨率不小于 线( 在照度 条件下 )? 灰度等级不小于 级( 在照度 条件下 )? 最低照度不大于?) 显示设备主要技术指标如下: 分辨率应不低于摄像机的水平分辨率?宜高出摄像机水平分辨率 线?一般显

17、示器的屏幕尺寸应不小于?主显示器的屏幕尺寸应不小于 ? 多画面视频处理器的屏幕尺寸应不小于 ?回放水平分辨率应不小于线?) 云台主要技术指标如下: 云台的最大负载质量应优先采用、 等? 云台控制信号的最大传输距离由相关标准规定 ? 云台水平方向旋转角度大于?垂直方向旋转角度范围 ?云台水平方向旋转速度范围 ( )/? 垂直方向旋转速度范围 ( )/?云台的水平和垂直转角回差应不大于 ? 云台在承受最大负载时?噪声应不大于 ?) 系统传输距离不小于 ? 系统存储每路最近图像时间不小于? 摄像机布设地点减少煤矿井下作业人员是安全高效现代化矿井发展方向 ? 监控与监测并重的矿井监控系统、 监视与识别

18、一体的图像监视系统、 固定与移动相结合的矿井通信系统 ?是实现煤矿井下固定岗位无人值守、采掘工作面少人作业的大关键技术 ? 矿井监控系统实现井下环境、 灾害 、 人员和设备地面远程监测与控制 ?矿井图像监视系统实现图像远程监视、 智能识别与报警 ?矿井通信系统实现地面调度室与井下巡视人员 、 井下作业人员之间的信息联络?为确保无人值守和少人作业后?采、 掘 、 机、 运、通等生产环节正常运转?无人值守的岗位、 采掘工作面和关键场所应设置摄像机? 地面工业广场、 采煤工作面 、 掘进工作面 、 带式输送机机头和机尾、 斜井绞车 、 无极绳绞车 、 井下变电所 、 井下水泵房 、 井下避难硐室 、

19、 副井入口或上下口、 地面煤炭称重点、 瓦斯抽采打钻点 、 主要硐室等应设置摄像机? 结语矿井图像监视系统是实现煤矿井下固定岗位无人值守 、 采掘工作面少人作业的关键技术之一? 矿井图像监视同地面相比?具有照度低、 矿尘大 、 喷雾影响大 、 机械振动影响大、 电磁干扰严重、 电源电压波动范围大 、 电气防爆等特点? 因此 ?煤矿井下摄像机需辅助照明 ?彩色摄像机应具有彩色/黑白信号自动转换功能 ?摄像机宜具有防护玻璃除尘功能?宜采用 / 协议光纤远距离传输?移动图像监视设备宜采用技术等 ? 为确保无人值守和少人作业后 ?采、 掘、 机 、 运、 通等生产环节正常运转?无人值守的岗位 、 采掘

20、工作面和关键场所应设置摄像机?煤矿安全生产 ?不但需要矿井图像监视?还需要图像识别与报警等 ? 目前 ?图像识别技术已在下井人员唯一性检测 、 煤炭产量监测 、 防作弊等方面应用? 随着图像识别技术的快速发展?还将在煤仓煤位监测、水仓水位监测、 煤岩识别 、 带式输送机监测等方面获得越来越广泛的应用?参考文献 :孙继平 .基于图像识别的煤岩界面识别方法研究.煤炭科学技术 ? ( ): .孙继平 .煤矿用电工电子产品电磁兼容性要求及试验方法 .煤炭科学技术? ( ): ./?煤矿图像监视系统通用技术条件. /?计算机场地通用规范. /.?电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 . /.?

21、电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 . /.?电磁兼容试验和测量技术浪涌 ( 冲击 )抗扰度试验 .?爆炸性环境第 部分: 设备 通用要求 .?爆炸性环境第 部分 : 由隔爆外壳“ ” 保护的设备 .?爆炸性环境第 部分 : 由增安型“ ” 保护的设备 .?爆炸性环境第 部分 : 由本质安全型“ ”保护的设备 . /?矿用一般型电气设备.?信息交换用汉字编码字符集基本集.?信息技术中文编码字符集.名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -