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川南煤业石屏一矿工业电视监控系统设计
1. 概述
随着矿井生产自动化程度的不断提高和生产工艺的改进，为达到高产高效、安全生产的目的，须对煤矿安全生产重要环节、岗位、场所进行视频监控。通过本系统，地面监控人员能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，及时发现各监控点的违章作业情况，防患以未然，为煤矿的安全生产保驾护航。
充分考虑石屏一矿的各种具体要求：系统按照全数字工业电视监控设计，实现“数字存储、数字发布、数字浏览”，保持国内领先。
2. 系统设计依据和原则
2.1. 设计依据
《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）；
《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）；
《工业电视系统工程设计规范》（GBJll5-87）；
《工业企业通信设计规范》（GBJ42-81）；
《计算机软件开发规范》（GB8566-88）；
《安全生产信息系统建设技术指导书（一）》，国家煤矿安全监察局
《煤矿安全规程》；
《安全生产法》；
《煤炭工业设计规范》；
《煤矿安全装备基本要求》；
2.2. 设计原则
² 基本原则
本系统拟在生产部分的工业电视系统中将井下或地面的各个监测点，如井下各部胶带机头、机尾、转载点、行人车场、无人值守变电所、地面工业区的要害部位、生产场地等进行图像监视，再通过传输线（光纤或者网线）就近接入环网交换机，视频服务器通过工业以太环网采集监控点图像进行处理与录像，在调度台可以显示各个被监测点的实时情况，同时通过图形控制器，在调度台的拼接大屏幕上显示各个重要的监测点或计算机图像，从而进行有针对性的显示与控制，为生产调度指挥提供方便。
系统具有调度的可靠性和工作连续性，最大限度地减少各方面的维护工作；
系统可扩展性及兼容性很强，使用方便；
系统能有效地与瓦斯监控系统、人员定位系统、电网监控系统等在同一平台有机运行；
² 具体原则
l 先进性、安全性
本方案基于IP网的全数字视频监控系统解决方案，采用最新数字技术，符合国际流行视频压缩标准实现视/音频信号以统一的TCP/IP协议在已建设好的工业以太网上自由的传输。
采用开放式的TCP/IP协议作为传输视音频及数据的标准协议，在工业以太网络平台上建立视音频图像传输和多级控制系统。视频压缩标准采用国际标准H.264标准，是当今国际压缩标准的主流发展方向。在线路设计和设备定位配置上采用隐蔽保密方式。采用分布计算/集群管理的结构方式。破坏者破坏一部分设备，其他设备照常工作。系统具有完善的系统安全性管理及权限管理的设计，保证视频图像资源可靠、安全的传输和共享；通过对操作员的身份鉴别、分级别授权等手段实现该级别的安全性。为信息现代化建设提供一个优秀的支撑平台。
l 可靠性、稳定性
系统的稳定性是指系统具有长期连续运行的能力，要求硬件，特别是应用软件能够经受长时间运行的考验。本系统主要设备选型采用高性能、高可靠性产品，选用的系统、设备均经过用户广泛使用验证。所有产品均具有正式的出厂合格证明和国际权威机构的质量认证。整个应用系统的设计、实施过程中严格按照IS09001国际标准执行，以此来保证系统的安全、可靠、稳定性原则。
l 完整性、扩展性
本方案的设计充分考虑了系统功能的全面性及完整性，不存在音视频流交换的瓶颈，网络服务器控制点数不受限制，使得网络服务器造价较低，系统规模扩容能力强。系统的建设同时考虑到今后网络结构的改变和系统功能的升级。
l 实用性、经济性
本方案所作的系统配置和设备选型都在国内的大型监控系统工程中有过成功的应用实例。又针对煤矿行业特殊性作了特殊的设计，具有在带宽比较窄的情况下能传输实时、清晰的图像；高度可靠的传输保证；保密性强、完善的系统安全性管理及权限管理的设计；操作、维护简单性、扩容升级好等特点。
如果单纯追求技术的先进性，可能是片面的，因为在同一层面比较，最先进的技术其价格可能也是最高的，因此在系统造价与技术先进性之间应该有一个权衡。我们可以在保持系统主体技术先进性的同时，通过应用系统自主开发和资源配置等手段，努力追求性能/价格比的最优。经济性原则就是在考虑系统技术先进性的同时，又充分考虑系统的总体拥有成本(TCO)，使系统建设在一个比较高的技术水准之上，又降低用户的初期建设造价和后期维护成本。
l 操作、维护简单性
系统的功能应该完善、全面、强大，但同时必须强调保证操作、使用、维护尽量简单，这就是操作、维护简单性原则。简单性原则对用户来说，即操作使用人员只需一些基本的知识，不需经过长时间、复杂的培训即可熟练进行系统操作，在系统出现问题时，经过简单的技术处理，即可快速恢复：（包括硬件的修复替换和软件的升级，更新）。
本系统的设计、实施中，操作、维护简单性原则是指：整个系统建立在流行的窗口操作系统之上，只要操作人员看的懂图形标志，懂得基本设备名称含义，即可用鼠标点按进行工作：监控软件为中文窗口界面，图标形象直观易懂；对整个系统提供完整的操作说明手册，并对用户的网管及相关人员进行严格的培训，以帮助用户快速掌握系统的使用、维护。
3. 系统现状
工业电视系统根据煤矿行业应用分为：纯模拟、传输采用模拟，局中心数字化和全数字化三种方式。
纯模拟方式技术非常成熟、性能稳定，在实际工程中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；其缺点：不能直接联网、监控图像一般只能在控制中心查看；模拟信号传输距离短，信号质量号；系统的扩展能力差；无法形成有效的报警联动。
全数字方式新近崛起的以计算机网络技术及图像视频压缩、视频传输的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端，相关技术在飞速的发展和完善，不断适应未来视频监控的需求。
目前石屏一矿已搭建千兆工业以太网平台，本次方案按全数字化方式设计；
4. 网络现状
目前石屏一矿已搭建千兆工业以太网平台，地面机房安装1台EDS-510A环网交换机，井下安装2台KJJ137环网交换机、一工区安装1台EDS-510A环网交换机、二工区安装1台EDS-510A环网交换机、瓦斯抽放泵站安装1台EDS-510A环网交换机。
建议对现有网络改造，在井下再增加一台KJJ137交换机，水车坝增加1台EDS-510A环网交换机。
5. 系统组成
KJ90-1型煤矿数字工业电视监控系统在煤矿采用已建设的1000M工业以太环网平台作为传输介质，将井下、井上的主要生产环节、重要设备及关键场合的实时图像传送到矿调度指挥中心和矿领导办公室。使调度指挥人员和矿领导能够直观、快捷地了解生产一线情况，掌握全井重要设备的实时工作情况，提高科学调度指挥和管理的现代化水平。
该系统的组成主要由井上、井下视频监控前端部分、传输部分及监控中心部分组成。系统结构如图：KJ90-1工业电视监控系统结构图所示。

图：KJ90-1工业电视监控系统结构图
5.1. 井下部分
要求井下以监视各变电所、主运输皮带、主煤仓等要害场所为主。共计安装40套矿用本安网络摄像仪。要求具有超高分辨率（500TVL）、高灵敏度、高信噪比（50dB）,在极低照度（0.003Lux）环境中可获得真实自然的图像，适合煤矿井下光照条件差、监视点多的使用要求。同时具有红外拍摄功能，在无光的情况下，摄像仪可自动开启红外功能，照射距离可达20m。本安网络摄像仪就近通过防爆网线或光纤接入井下网络交换机传输到综合调度指挥中心。
井下摄像仪布置
序号
地点
摄像仪类型
数量
1
一、二采区机尾
矿用本安网络摄像仪
6
2
煤仓上、下口
矿用本安网络摄像仪
6
3
675、535区段
矿用本安网络摄像仪
6
4
一、二采区变电所（575、535、495、435、768、720、675、640、435）
矿用本安网络摄像仪
9
5
出煤平硐长皮带
矿用本安网络摄像仪
8
6
一、二采区猴车上、下口
矿用本安网络摄像仪
4
7
炸药库
矿用本安网络摄像仪
1
小计
40
5.2. 井上部分
要求井上以监视公司广场、抽放站、物供部、水车坝、一工区、二工区等要害场所为主。安装40套固定彩色网络摄像仪、6套全方位旋转摄像仪，共计安装46套地面摄像仪。地面摄像仪通过视频编码器接入工业以太环网交换机传输到综合调度指挥中心。
其他矿方已建或在建电视监控预留接口接入即可。
地面摄像仪布置
序号
安装地点
摄像仪类型
数量
公司广场
1
职工宿舍（1楼电梯处）
固定彩色网络摄像仪
1
2
单身宿舍A（1楼电梯处）
固定彩色网络摄像仪
1
3
单身宿舍B（1楼电梯处）
固定彩色网络摄像仪
1
4
联建大楼（玻璃大门处）
固定彩色网络摄像仪
1
5
综合楼（玻璃大门处）
固定彩色网络摄像仪
1
7
公司大门（门卫处）
全方位摄像仪
1
8
主平硐（435大巷入井处）
固定彩色网络摄像仪
1
9
矿灯房（大门及室内）
固定彩色网络摄像仪
4
10
食堂（一、二楼）
固定彩色网络摄像仪
2
物供部
1
库房大门（2处大门）
全方位摄像仪
2
2
油脂库（大门处）
固定彩色网络摄像仪
1
抽放站
1
大门（门卫处）
全方位摄像仪
1
2
发电厂（室内、背后）
固定彩色网络摄像仪
2
3
抽放站（室内）
固定彩色网络摄像仪
1
水车坝
1
水车坝大门
全方位摄像仪
1
2
办公楼大门
全方位摄像仪
1
3
电子秤房
固定彩色网络摄像仪
1
4
斜坡转弯处
固定彩色网络摄像仪
1
5
出煤平硐
固定彩色网络摄像仪
1
6
煤仓处
固定彩色网络摄像仪
1
7
原煤仓储场
固定彩色网络摄像仪
3
8
原煤仓
固定彩色网络摄像仪
2
9
产品装车仓
固定彩色网络摄像仪
3
10
筛分破碎车间
固定彩色网络摄像仪
3
一工区
1
抽风机房
固定彩色网络摄像仪
1
2
排矸斜井广场（广场及翻矸处）
固定彩色网络摄像仪
2
3
排矸斜井（斜井井口、翻矸处）
固定彩色网络摄像仪
2
4
压风机房
固定彩色网络摄像仪
1
二工区
1
抽放机房
固定彩色网络摄像仪
1
2
压风机房
固定彩色网络摄像仪
1
3
轨道上山（入井口）
固定彩色网络摄像仪
1
小计
46
5.3. 传输系统
根据上面数字视频的分析，在传输主干上我们将采取网络传输的方式，这样就充分利用了现有的环境条件，充分降低了布线对环境美观的影响。
工业电视井下视频信号就近接入的工业以太环网交换机，通过划分的独立工业电视监控环网，传输到地面核心交换机进入管理网；
地面工业电视信号通过地面视频编码器接入地面视频接收柜。
所有视频信号进入中心机房的网络视频管理服务器（服务器+磁盘阵列柜）进行录像存储，网络用户通过授权访问服务器能够监控图像定点、循环或选择循环显示,还能够控制全方位摄像仪的动作（云台的上、下、左、右旋转，镜头的变焦大小、调焦远近、光圈明暗等），并可通过网络对录像文件进行查询回放，处于矿区内局域网任何一台机器，只需要合法的ID信息，便可对视频服务器进行视频的接收、控制、录像了。
5.4. 监控中心
石屏一矿目前调度中心已有一套DLP大屏显示系统，包含2*2四块DLP大屏幕及12台液晶显示器。监控中心由视频管理服务器、数字视频矩阵组成。用以实时接收来自网络的视频信号以及报警信号，并可以对前端进行实时的方向控制，以及录像的回放操作等功能。
6. 系统接入设计
6.1. 井下摄像仪接入图

6.2. 公司地面广场周围摄像仪接入图

6.3. 抽放站周围摄像仪接入图

6.4. 水车坝周围摄像仪接入图

6.5. 一工区周围摄像仪接入图

6.6. 二工区周围摄像仪接入图

7. 系统特点及功能
系统特点
※ 光纤传输工业电视图像，距离远，抗干扰能力强；
※ 采用MPEG-4或H.264视频、音频压缩标准，数据量小，存储时间长；
※ 通过Ethernet/Internet网络平台，实现真正的数字网络视频监控；
※ 数字网络视频服务器集图像实时显示、云台控制、存储、回放、字符叠加、矩阵切换、权限管理、网络通信为一体，功能强大，操作方便；
※ 接口兼容、界面友好、易于使用；
※ 实现对动点摄像机的远程控制，包括P/T/Z功能；
※ 采用B/S结构，在各联网计算机上均可实时浏览、查询、录像等功能；
※ 录像方式灵活，可连续录像、动态录像、手动录像、报警录像；
※ 以图像方式直观实时监控采掘面、皮带运输、主副井提升、选煤厂、工业广场等关键生产环节情况；
※ 在计算机屏幕上可同时显示一个、四个、九个、十六、二十四、三十二个摄像机的图像，画面格式可选，并可对其进行图像冻结、放大、缩小等操作；
※ 实现集团与矿之间联网，远程传输图形、图像、数据，在网络上共享各矿多媒体监控信息；
※ 与煤矿安全生产监控系统实现无缝连接，在煤矿调度中心配置大屏幕电视墙，形成集数据、图像和声音为一体的多媒体安全生产综合调度指挥系统；
※ 监控系统有安全密码，没有权限的人员将不能对监控系统进行查询、设置系统、删除文件等操作；
※ 监控中心站和网络终端可同时显示不同的视频图像监控画面；
※ 系统预留有报警接口，可以连接主动探测器或被动式紧急按钮，增加对突发事件的报警录像功能。
1.5.2 系统具有的功能
KJ90-1智能监控管理软件服务器端软件安装完全符合Windows风格，用户只要通过简单鼠标点击就可以完成全部安装，整个过程无需专业人员帮助和指导。一个熟悉Windows软件安装工程师只需要十几分钟，就可以使智能监控管理软件服务器端软件运行起来。
² 监控中心
1/4//9/16多画面监控
图像默认分辨率2CIF
监控画面任意放大
全屏多画面监控
P/T/Z控制
多达64个预置位控制
设定多个轮巡组对前端监控点进行轮巡监看
按任意设定路径或者预置位巡航监控
远程操作画面分割器切换
远程控制雨刷和喷水瓶
支持电子地图访问
设置图像的帧率、分辨率、带宽
图像快照
按需发送图像
实时显示图像占用带宽
中文方式显示监控点位名称
双向语音
双向数据透传
² 录像中心
手工录像
触发录像
定时录像
按条件查询录像
录像可转录成标准AVI文件
录像实时回放
回放时可以进行快进、快倒、慢进、慢倒、单帧步进等控制
整图放大，局部放大
自动循环录像
对录制的数据进行锁定
报警应分级别处理
触发报警报警录像时间可设
报警联动
² 监控点管理
IP地址设置
组播方式配置
电子地图设置
² 用户管理
添加、删除用户和用户组
设置用户和用户组系统权限
设置监控点分组访问权限
系统可分级别实现对实时监控权限控制
² 系统设置、系统日志、远程访问
组播服务器地址设置
录像服务器地址设置
用户系统使用行为记录
自动适应远程用户的访问带宽
² Application Server
流媒体服务
远程拨入服务
云台控制服务
录像服务
录像回放服务
报警服务
视频流带宽设置
录像存储路径设置
支持单播和组播
8. 核心设备技术指标
8.1. 地面彩色/黑白数字摄像机
最低照度： 彩色 0.1Lux，黑白：0.01 Lux
清晰度： 彩色580TV线上，
快门： 1/100~1/10000 秒
信 噪 比： 优于50dB
8.2. 本安网络摄像仪
清晰度：480线；照度0.01LUX
输出端口：以太网电口或以太网光纤口。
红外灯照射距离：20m
支持TCP/IP协议
8.3. 数字式视频矩阵
数字解码路数：64路
模拟输出路数：32路
解码格式：全解码
8.4. KJ90-1视频综合管理系统
KJ90-1视频综合管理系统采用最流行的分布式集中监控系统架构，适用于大规模集中监控联网应用。系统特点如下：
树形架构：本系统主体采用自上而下的树形架构，与行政结构一致，方便应用部署；
可扩展成网状结构：系统可对不同用户分配不同的资源及权限。针对某些用户，可以将其所拥有的系统资源配置成网状结构，让这些用户拥有访问非直接下级资源的权限，从而解决跨区域访问的难题；
轻量级的目录服务器：用于系统资源的定义及用户权限分配，整个系统各组件的运行连接皆需由目录服务器统一调配。目录服务器可以使用多种数据库，实际上，本系统中，一个简单的免费数据库即可适用于具有海量资源的监控项目；
高效的流媒体服务器：可转发1000路以上的视音频信号；
优化的存储中心：流媒体服务器与磁盘阵列相接，可同时录制1000路以上的视音频信号；

图：视频综合管理系统服务器端

图：录像回放

图：视频监控WEB客户端
KJ90-1智能监控管理软件的强大功能包括：
l 观看现场图像
KJ90-1软件可以满足两种类型的用户观看实时视频图像。第一种，用户设有专门的监控中心，配有先进的大屏幕显示设备，有关人员会不停的观测现场图像，并十分注意监视画面中的突发事件和目标。第二种，有关人员只是偶然观看视频。
观看视频图像最基本的一点，即需要有人呆在那儿监视它，并使用正确的操作。智能监控软件的真正优点是，可以在网络任一地点观看，也可同时在不同地点观看。为了确保系统安全和更好的管理，可以用口令保护对视频图像的访问。监控软件将提供各种条件来实现对视频图像更为简便、更加有效的监视，从而获得更理想的效果。
l 录制视频图像
KJ90-1智能监控管理软件是网络视频系统最好的选择，它对所发生的一切能做出精确的、可靠的视频录像，扮演了最为重要的角色。该特点非常独特，你可以选择灵活的录像模式：手动的、预定的、触发的录像。
手动录像，允许用户在任一时间内，对任何选定的摄像机进行视频图像录制。预定录像，使操作人员能够对任一指定摄像机的图像进行预定录制设置，对预定设置的内容没有任何限制，只要你想，简单选择设置，就可以得到你所要的全部细节。触发录像，该方式可以在外部报警传感器触发或内置视频移动报警触发时，记录下更多的细节。
l 回放视频录像
KJ90-1软件可以迅速的、方便的找到某个特定的录像。你可以通过时间、日期、摄像头等条件进行筛选回放。你还可以放大回放的录像，显示那些极细微的图像细节。
l PTZ控制及预置位
KJ90-1软件可以远程控制前端摄像机，完成Pan/Tilt/Zoom控制，你还可以设置多达64个预置位置，并对其进行命名。
l 高分辨率图像和带宽设置
KJ90-1软件能够让你捕捉到高质量的图像，分辨率可以达到电视行业标准，并保证最大30fps的帧率。这样的图像即使采用高清晰监视器观看，图像质量也几乎不受影响。更棒的是，你完全可以根据实际情况设置视频图像占用的网络带宽，来获得不同的图像质量，而不会对你的网络性能或者其他应用造成影响。
l 设备管理
如果你的系统中只有几个监控点，设备管理不会遇到什么麻烦。但是，当你的监控系统有几十个，甚至几百个监控点时，你就会发现设备管理是一项巨大而又繁琐的工作。KJ90-1软件提供一个实用的设备自动发现工具，这样，你就可以轻松的管理系统中的全部设备，而不管你的监控系统有多么庞大。
l 用户管理
智能监控管理软件KJ90-1具备完善的用户管理机制，你不但可以为某个用户在系统中开设帐号，还可以限定不同用户的权限。这些权限包括对观看图像的限制，录像操作的限制，PTZ控制的限制等很多种，你甚至可以做到对视频图像分区观看的限制。即使是拥有相同权限的用户，其优先级也是有区别的。这样，你只要事先设置好不同用户的权限，就可以放心的让用户使用系统，而不必考虑视频图像的安全性和保密性，不同用户观看图像时也不会发生冲突。
l 电子地图
KJ90-1软件提供一个直观电子地图使用方式。你可以在系统中加入监控点分布的真实地图或者模拟图形，编辑摄像机的实际位置。这样，你就可以迅速的在电子地图中找到你要监视的物理地点并观看其图像。
l 组播技术
当网络中有较多用户使用网络视频监控系统时，就会产生非常大的网络流量，对网络性能和其它应用造成很大冲击。在这种情况下，你可以利用KJ90-1软件的组播技术来非常有效的减少网络流量。