焦煤专业生产矿用本安型摄像仪

潍坊昊通通信科技有限公司

系统构成及工作原理
监控系统由前端摄像部分、信号传输部分、视频控制、显示和存储三个部分组成。
隔爆摄像机实时采集监控点的场景信息，地面信号经同轴电缆或五类双绞线把图像信息传送至视频分配器；井下视频信号在隔爆兼本安光纤摄像仪内部完成视频信号-光信号的转换，光信号通过光缆接入到地面的视频光端机机柜，信号在光端机机柜中由接收光端机完成光信号-视频信号的转换后，接入视频分配器。
由视频分配器将视频信号分成两路，一路接入监视器实时显示监控点的图像；另一路接入视频服务器，经过相应的处理后，在屏幕上将图像显示出来，在显示图像的同时，把视频信号按照特定压缩标准进行压缩处理，转化为体积很小的多媒体数据流写入硬盘，形成多媒体文件，完成图像存储。将视频服务器接入局域网，相关授权用户即可通过网络进行远程查看监视信息。
按照要求：摄像头安装在下属各个监控点，然后视频信号传到矿内各分控室，进行显示、控制；然后通过网络的形式传到的总控制室，显示上服务器上，通过计算机信号和视频信号切换器，投入到电视墙上进行显示、切换、控制。
4.1摄像部分
摄像部分是视频监控系统的*部分，是整个系统的“眼睛”。它布置在被监视场所的某一位置上，使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。它一般包括摄像机、镜头、防护罩、支架和云台等。它的作用是对监视区域进行摄像并将其转换成号。
4.2信号传输部分
传输部分就是系统的图像信号通路。一般来说，传输部分单指的是传输图像信号。在一些监控系统中除对图像的传输外，由于需要有控制中心通过控制台对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行控制，因而在传输系统中还包含有控制信号的传输，所以我们这里所讲的传输部分，通常是指所有要传输的信号形成的传输系统的总和。
在传输方式上，视频信号的传输可用同轴电缆、光纤、双绞线和无线影像传输装置。本系统中采用了同轴电缆和本安光纤传输相结合的传输方式。光纤传输具有传输距离远、抗干扰能力强、防雷、防过压的优点，同时能可靠的实现井上、井下的电气隔离，不存在将地面高压与雷电感应引到矿井下的危险，非常安全。
4.3显示与记录、控制部分
显示、记录和控制主要有设备安装在调度室内的：1套视频服务器系统。
显示部分一般是由几台或多台监视器组成，也可以组成电视墙。同时能利用大屏幕显示系统进行监视，将某一路的图像进行放大处理。它的功能是将传送过来的图像一一显示出来，以便于工作人员能及时查看到井底工作人员的违规操作。
视频服务器系统是监视系统中的为重要的部分，它负责对监视图像的记录保存、重放、对前端的云台及摄像仪进行*控制和系统的一些设置的。它要求可以记录的时间非常长，目前大部分监视系统**的数字视频服务器都可以录24h～960h的录像。此外，如果需要大容量、长时间的录像存储，可以通过外接硬盘阵列来实现。
4.4、系统防雷设计建议
工业视频监控系统防雷设计包括电源防雷、视频信号防雷和接地三个部分内容。
4.4.1、电源防雷
电子设备因雷击造成的损坏，很大比例是由于感应雷串到电源造成的设备损坏。根据GB50174-93《电子计算机机房设计规范》和GB50057-94《建筑物防雷设计规范》要求中心计算机机房等大量重要电子设备集中场所应设计两级以上的电源防雷保护。对于煤矿闭路监控系统供电防雷保护，建议设计建立二级电源防雷防护：级防护在机房总配电柜进线端，设计采用一套国际**品牌加强型电源避雷器，*二级防护在机房供电的UPS进线端，设计采用一套标准型电源避雷器。
4.4.2、视频信号防雷
系统设计在前端摄像机上安装视频同轴电缆避雷器。当视频信号有过电压现
工业监控系统介绍
随着科学技术的飞速发展，特别是计算机和通信手段的不断发展进步，高科技手段已深入了各个领域，传统的模拟监控系统已经不能满足远距离、高质画面、灵活应用和海量视频数据的传输。数字化视频监控的发展解决了上述不足，因此数字化工业视频监控是煤矿企业的和发展方向。
在工业监控系统中采用光纤作为传输媒介，全数字信号进行传输，可以通过监控网络实现图像切换和遥控，将控制信号和视频信号作为一体传输。网络中任意一台授权的多媒体工作站，能选看所授权摄像机的信号，能控制任意一台摄像机的云台、镜头及雨刷的动作。同时在调度中心建立的液晶大屏幕系统既能显示地面监控场地的安全生产信息，又能观看井下工业作业状况，达到一机多用的目的。
数字化工业视频监控系统是采用当今先进的数字压缩方式——MPG4&H.264，平均每路占用带宽仅2M，充分利用当前发达的TCP/IP网络技术实现远程的图像监控。

数字视频与传统模拟视频技术比较与优势
1）传输比较
有线模拟视频信号的传输对距离十分敏感，当传输距离过远时，信号*产生衰耗、畸变、群延时，并且易受干扰，使图像质量下降；其次，有线模拟视频监控无法联网，只能以点对点的方式监视现场，使得布线工程量较大；控制方式采用总线式，不够灵活，如果线路上有故障，会导致控制失效。
数字视频传输具有区域性，将工业监控的所有信号都接入工业环网（控制信号和视频信号）中，节省传输链路，降低费用，优势比较明显：首先，数字化视频可以在工业环网(局域网或广域网)上传输图像数据，基本上不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性；其次，数字视频监控可利用计算机网络联网，网络带宽可复用，无须重复布线；再次，经过压缩的视频数据可直接存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，*进行编码处理；并且采用以太网传输控制命令，具有灵活快捷，如果部分线路故障，不会对其它设备产生干扰影响。
对于煤矿企业视频监控来讲，视频摄像点分布广、距离远，采用传统的模拟视频传输造成大量传输线路的浪费，扩容较其不方便，控制传输也不灵敏。选用数字视频监控系统适应现今的数字化煤矿发展的需要，可以完全解决采用模拟传输所引发的一系列问题。
2）调度室设备布局比较
大型工业视频监控系统采用模拟方式传输到调度室，需要很多的设备，如光纤配线架、视频光端机、视频分配器、矩阵切换器、DVR硬盘录像机等，布线复杂，故障点繁多且查线困难、抗干扰性差。
数字工业视频监控系统与模拟式相比，具有优化系统设备、减少布线工程量、大大降低设备维护成本、减少信道资源占用，同时数据传输流畅、图像质量好、抗干扰能力强。
3）图像切换功能的比较
在大型工业视频监控系统中，摄像机的数量一般都很多，在模拟工业电视系统中往往需要很大的视频矩阵进行图像切换，设计过程中一般按照现有摄像机数量考虑，富余量考虑不可能很大，当系统扩容到一定程度时就需要更换视频矩阵，造成不必要的浪费，在实际使用中往往需要大型矩阵切换设备与控制系统一起组成图像输入—输出的各种切换显示关系，投入资金很大。
采用数字化系统后，数字化显示设备、数字视频矩阵的发展促进了数字化视频技术的推广，数字视频矩阵所能提供的切换能力只和输出有关，和输入无关，为系统扩容带来**的便利。数字矩阵兼容性强，对于多种前端控制协议可以同时使用，同样视频解码也可以有多种厂家配备，兼容性可以从软件上解决，完全摆脱了硬件兼容所带来的各种各样的问题。
4）结构灵活性比较
数字化工业视频监控系统的结构更为灵活，扩展性更强。模拟系统需要扩展，无论是现场监视设备的增加还是控制用户的增加都必须与原有系统中的矩阵设备、视频分配器、DVR和光端机等终端设备发生联系，当终端设备的容量达到一定数量时，系统扩展就相当困难了，除非将彻底更换容量更大的系统设备或是重新建立一个新的站点，投资相对较高。而数字监控系统只需要在网络上增加相应的前端设备即可实现扩展，不仅方便而且经济。这是模拟监控系统无法企及的优势。
5）操作界面的比较
模拟控制系统的操作界面一般是**控制键盘，以各种功能键、热键或其组合来完成常规的操作和编程。数字化工业监控系统是建立在计算机技术之上的，因此其操作界面更为友好、直观，操作更为简洁、便利，对使用者的专业素质要求大大降低。在计算机不断普及的今天，数字化产品对用户的使用来说更易接受。
6）图像记录的比较
数字化视频技术初的发展就是应用在图像记录上，当前已经达到普及的程度，数字视频记录也在防伪、防篡改等方面有了很大的提高，因此当前的监控系统中模拟录像设备已经被各种数字硬盘录像设备所取代。与模拟视频录像机相比，数字视频记录具有清晰度高、索引方便、磨损小、容量大等优点，在以前的佐证和可修改等方面的缺陷也正在逐步地得到克服。
数字工业电视监控系统
2.1.1概述
能源是国民经济的基础，我国一次性能源70%以上来自于煤炭，95%以上的煤炭产量来自于井下开采矿井，井下开采矿井平均深度500米左右，由于煤矿井下采掘工作面地质条件复杂，环境恶劣，自然灾害多，严重影响煤矿生产和人身安全。
而煤矿井上和井下光纤数字工业监控系统的建设，是为安全生产、调度指挥和科学决策提供了直观及可靠的手段。
数字工业监控系统的信号传输有两种方式：普通网线传输和光纤传输。由于井下条件限制，图像数据信息在利用普通网线传输时，在传输距离上、抗电磁干扰及可靠性方面都存在许多不足。特别是在远距离传输视频信号时，由于频带宽，电磁干扰严重，使用普通的电缆不可能无畸变地远距离传输，影响视频信号质量，造成图像模糊不清。不符合数字工业监控系统的要求而不予采纳。
因此，煤矿井下数字工业监控系统是以矿用阻燃光缆为传输平台进行信息传输的，它具有信息容量大、无电磁干扰、频带宽、本质安全、重量轻、耐水火、抗拉强度高、无中继远距离传输等优点，特别适合于环境恶劣的煤矿井下条件。实践证明，用光缆传输图像，不管是从图像质量、抗干扰能力、传输距离和性能价格比方面都比用电缆传输具有明显的优越性。
2.1.2 系统设计原则
数字工业监控系统设计过程中始终遵循可靠性、先进性、稳定性、实用性的原则，满足现代化矿井生产调度、语音广播等需要，终为安全生产、调度指挥、科学管理提供可靠的工具。具体为以下几个方面：
1）充分考虑煤矿企业的各种具体要求和实际情况；
2）采用当今世界先进的数字光纤传输、全数字化计算机压缩监控系统，能够减少安全漏洞及消除因工作人员的失误而引起的纠纷，为突发事件提供证据；
3）系统具有高度的可靠性和工作的连续性，限度地减少各方面的维护工作量；
4）数字工业监控系统系统具有可扩展性及兼容性强，使用方便；该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**运行；
5）充分考虑日常可能发生的各种突发事件，灵活性强；
系统基本功能说明
分布式系统架构：系统采用分布式架构进行设计开发，软件之间使用进程级多实体开发模型，从源头上进行软件业务分离，真正提高软件的稳定性。
集中存储功能：支持海量数据集中存储功能，采用预分配技术并支持断点续传，可自定义存储策略，支持定时录像、外部录像、动态检测录像等多种录像存储方案，支持IP存储，结合IP摄像头可以灵活组建各种网络 视频集中存储方案。
专业文件系统：为实时监控系统专门设计了文件系统，采用预分配技术和写缓冲技术，支持多磁盘阵列，确保系统长时间运行稳定、高效。
组织机构管理、用户及权限管理：系统支持N级组织机构管理，及用户管理和权限设置管理。
设备智能搜索功能：系统具有智能搜索设备IP地址及相关信息，减少用户增加设备的操作，提高了系统的易用性。
支持方案定制和布设防功能：支持布设防功能，并在监控和模块实现按方案联动且支持跨设备联动。
采用数据接口技术：系统所有数据交互采用数据接口技术，可灵活支持各种大中小型数据库，如SQL、MYSQL及XML数据等。
支持EXCEL表格编辑增加平台设备：平台支持用户采用Excel表格软件进行设备的增加和编辑，方便用户进行大批量设备的维护，提高了系统的易用性和较大的减少了用户维护的工作量。
智能视频传输协议：使用智能视频传输协议，限度地利用网络带宽，特别对于前端网点网络带宽有限的情况下，系统在保证图像质量的基础上，在很低的网络带宽下，也能保证系统正常运行。
可扩展的分布式网络结构：支持多个服务器协调运行，智能负载均衡，在保证整体性的同时，可灵活增添服务器，有效提升系统处理能力。
完善的视频监控功能：在支持实时监视的同时，系统支持录像、自动监测录像和录像回放等，能精确控制各个通道的录像情况。
数字矩阵功能：结合视频和网络键盘可实现数字矩阵功能，可将视频解码输出至电视墙或大屏幕，在其上进行灵活切换。
动态调节解码缓冲(HD功能)：实时监视时可灵活调节视频图像流畅性或实时性**，流畅性讲求视频图像的流畅，实时性强调视频图像的实时，可满足不同用户的需求。
视频会议功能：支持视频会议功能，可以支持多方视频会议，视频会议也是本系统一个重要的特色功能。
即时交流和文件传输功能：平台支持即时交流和文件传输功能，方便用户的沟通和交流。
采用货架技术，模块化开发，可灵活组装应用方案：平台系统采用货架技术，分层及模块化开发，具有丰富的中件间服务，可以方便的进行各种应用方案的灵活组装。
集中式管理：整个系统的数据集中管理，数据转发功能提供了**的多用户实时监视方案。远程用户可以通过网络随时随地进行实时监视或录像回放。
良好的易操作性：在权限控制下，用户可以通过系统客户端对每个监控点方便地进行控制和设置，系统还集成了电子地图功能。
集成度高：系统集成了其它相关信息，如信息、语音信息等。
可靠性高：系统设计了专门的容错措施，确保数据完整，系统运行可靠。
扩展性好：系统面向服务设计，有良好的可扩展性和适应性，可以限度的保护用户投资。
支持B/S模式：系统除可使用C/S模式外，还支持B/S模式。
支持网管及负载均衡：具备网络管理模块，以及各服务器间负载自动调整均衡。
支持多设备网络批量升级
支持定制监控方案及监控节点模糊搜索功能
支持电子地图功能
监控系统技术文件

为贵公司设计的井下视频监控系统综合了光纤通信、现代电子技术、现代控制技术、计算机图像处理技术。视频监视系统应用于需要实时监视生产和安全状况的重要场合，使被监视场所的情况一目了然。系统不仅可以对监视区域进行全天24小时不间断实时监控，同时实现电视监视系统的实时处理、存储与回放；还可以可把监视场所的图像按时间或日期记录下来，当有警情发生时系统会及时、准确地；也可在事后对区域进行回放分析，为日后对事件的处理提供方便条件和重要依据。是化工企业实现安全生产过程自动化、决策信息化、经营管理现代化的得力助手。在控制室可对全工业园安全生产过程及设备实现自动化监测和控制，安全生产监控信息可以通过内部局域网传送给各级，同时出差在外也能随时通过因特网查看并控制自己企业内部的摄像机，随时了解自己企业的生产工作情况，使能随时了解生产、安全等信息，实现全区的统一调度、统一管理。
本章将对为贵公司设计的数字视频监控系统的需求、建设原则和目标、系统设计、设备选型、系统特点进行详细论述。
1.1、设计原则、目标以及标准
本项目方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、维护及操作因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。
数字视频监控系统的建设将直接影响生产安全**。本着“用户，服务至上，提高用户的管理水平”的宗旨，按照以下的设计原则精心设计数字视频监控系统：
●适用性：数字视频监控系统是保证各个煤矿安全生产、数据及画面显示、生产调度的核心部分，是整个矿区生产、安全的命脉所在，系统紧密结合化工生产的实际需求，保证其特殊行业的适用性。
● 实用性：系统支持用户的网络监控需求，可多用户多画面实时监控、远程控制、分布式录像、等功能，完全满足用户的监控要求；系统性能价格比高，低维护、易使用、运行*。能够限度满足煤矿行业管理机构履行职责的实际需要；
● 系统性：追赶部门应用的局限性，以系统工程的视角，要考虑到贵公司的运营能力和发展需要，坚持“一次设计、合理投资、预留发展、分步到位”的方针，尽量采用能使系统不间断的发展和扩充技术。
● 可靠性：系统采用高质量工业级的计算机设备、网络通信设备、数据采集终端，使系统安全可靠性高，光纤传输信号有很强的抗干扰能力， 性能稳定可靠，保证系统整体的稳定，尤其适合在无人、少人维护的环境中运行。
● 先进性：系统要采用国内先进的基于B/S（浏览器/服务器）结构的嵌入式网络视频服务器为核心的视频监控系统，系统采用了先进的Wevelet，MPEG4，MJPEG，H.264压缩技术，采用的传输技术，为客户提供了高质量的数字监控图像及音频传输效果，以及录像数据业务。接入系统的设备均采用国际国内主流产品，具有性能稳定可靠、经济实用。
● 扩展性：系统采用模块化结构，具有足够的灵活性以适应不同规模的系统和不同数量的监控对象的需求；能适应不断增加的扩展需求，当系统需要扩容时，只需增加终端设备，不需要软件的更新。
● 安全性：系统具有断电时文件自动存盘保护功能，不会因突然断电丢失录制信息。
● 易于维护性：系统充分考虑到用户对系统进行日常维护的工作难度，尽量减少维护工作量，甚至零维护。当系统某一点出现问题时将不会影响整个系统的运行。
● 稳定性：稳定性是监控系统的首要特性。整个系统要能够保证24小时连续运行，在系统发生异常状况时能够保证业务不间断。整个系统应选择可靠性高的设备，设计时要保证设备和线路的冗余。
工业视频监控系统技术特点
1）所选用的光纤摄像机通过光缆接入工业环网交换机，从而节约了大量的成本。
2）建立适合于煤矿安全生产的光纤数字图像、数据传输信道，解决了电缆传输所带来的电磁干扰严重、误码率高等问题。
3）频带宽、本质安全、无中继传输可达40Km。
4）光缆在井下重量轻、损耗低、耐水火、抗拉强度好，特别适合煤矿比较复杂的地质环境条件。
5）井下光纤摄像机为本质安全型，有安标认证。
6）光纤传输井下视频信号，图像清晰效果好。
7）光纤传输数据速率高，不受电磁干扰。
8）实现了工业电视系统的网络传输，达到了图像资源共享。
9）接口兼容、界面友好、易于使用。
10）切换控制灵活，操作方便可靠
2.1.8工业视频监控设备选型
2.1.8.1 130W红外高清网络智能高速球型摄像机

产品概述：
采用1/3"索尼高性能逐行扫描CCD/CMOS, 图像清晰
支持高清720P/960P/1080i
内置红外灯补光，远距离大于100米
防水快装接头，安装方便、完全防水
*特的三维定位功能，捕捉目标更方便、精准、快捷
通过网络实现实时监控，远程升级，录像、抓图等功能，使用和维护方便
功能扩展性强，通过以太网互联实现更强系统

技术参数：
产品参数：
参数 DH-SD69G0-HN
摄像机
图像传感器 1/3英寸 SONY Progressive Scan CCD
有效像素约 约130万像素(1296*966)
水平解析度 ＞1000TVL
视频帧率 12.5fps@1280*960
25fps@1280*720
照度 0.01Lux/F1.6
增益控制 自动/手动
信噪比 大于50dB
白平衡 自动/自动跟踪白平衡（ATW）/室内/室外/手动
数字变倍 --
背光补偿 开/关
电子快门 1/25-1/10,000秒
隐私保护 --
日夜模式 滤光片彩转黑
镜头
焦距 4.5～81mm
光学变倍 18倍
光圈值 F1.6～F2.7
视场角 57.58°～3.12°
功能
红外灯控制 自动/近灯/远灯/关闭
红外灯距离 ≥100米
旋转范围 水平：0°～360°连续旋转 垂直：-2° ～90° 自动翻转180°后连续监视
旋转速度 键控:水平0.1°～240°/秒;垂直0.1°～180°/秒 预置点：水平300°/秒; 垂直200°/秒
预置点 256个（0-255）
自动模式 支持8条自动巡航、5条自动巡迹、5条自动线扫
云台功能 支持空闲动作，支持三维定位，支持人性化的焦距/速度自动匹配功能
视频压缩 H.264/MPEG4
图像分辨率 960P/720P/D1/HD1/BCIF/CIF/QCIF/VGA/QQVGA
音频压缩 G.711/AMR
语音对讲 支持
网络协议 TCP/IP,HTTP,DDNS,DHCP,NTP,PPPoE,FTP,SMTP
多码流 支持
SD卡 支持
用户管理 支持10个用户,多级用户权限管理
故障检测 网络断开检测,IP冲突检测,编码器状态检测,存储卡状态检测,存储空间检测
输入输出
网络接口 1路10/100BaseT以太网，RJ45接口
模拟视频输出 1.0Vpp/75Ω,NTSC或PAL,BNC接口
7路输入/2路输出（联动），时可联动预置点/自动巡航/自动巡迹/自动线扫/开关量输出
一般规范
电源 AC 24V/1.5A（±10%）（含红外控制电路）
功耗 12W/ 30W（红外灯开启）
工作环境 温度-30~60℃； 湿度＜90%
防护等级 IP66，GB/T17626.5 3级
产品尺寸 Φ230(mm)×350(mm)
重量 5kg
系统设计依据
1、煤矿相关设计图纸；
2、《煤矿安全规程》
3、《煤矿设计规范》
4、《性环境用电气设备本质安全型电路和电气设备要求》GB 3836.4-2010
5、《性环境用电气设备通用要求》GB 3836.1-2010
6、《矿用一般型电气设备》GB 12173-90
7、《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》MT 209-90
8、《煤炭工业矿井设计》GB50215-94
9、《工业电视系统工程设计规范》GBJ115-87
10、《工业企业通讯设计规范》GBJ42-8
11、《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ23-82
12、《系统接地的形式及安全技术要求》14050-93
13、《通讯工程电源系统防雷电技术规定》YD5078-98
14、《民用建筑闭路监视电视系统工程技术规范》IEEE电气及电子工程学会
15、《场所风险等级和安全防护级别的规定》GA28-92，1992-01-01
16、《安全防范工程的设计、安装与开通程序》ONC/TB201
17、其他国际、、地区、行业相关现行标准。
2.1.4 系统设计思想
依照煤矿企业对数字工业监控系统的基本要求，本着以架构合理、安全可靠、产品主流、维护量低为出发点，向煤矿企业提供一套先进的解决方案。并遵循以下几个方面：
●架构合理：采用先进的技术合理架构系统，使整个系统安全平稳的运行，并具备未来良好的扩展条件。
●先进性：整个系统保持一定的先进性，采用的设备和技术能适应将来的科技发展；
●稳定性：稳定运行的传输系统，才能确保工业电视系统平稳运行，是工业视频监控系统高可靠性的保证和基础，同时也可有效地减少使用人员和系统维护人员的工作量。
● 实用性：系统性能价格比高，易维护、易使用、运行*；
● 安全性：系统必须是安全的系统，确保整个煤矿企业的监控系统可靠运行。
● 可扩展性：系统采用结构化设计，能够适应不断增加的扩展需求，保证当用户有更多的要求时，引入的新设备可以顺利地与本次配备的设备共同工作，进一步扩展与提高系统的性能。
● 兼容性：整个系统能运行在不同的操作平台和语言环境，并能与不同厂商的产品兼容；
● 灵活性：系统构成方式简单，功能配置灵活，充分利用现有的计算机资源，能满足不同业务部门的需要；
● 实时性：系统图像、数据实时传输；
● 可靠性：系统安全可靠性高，有足够的抗干扰能力。