数字信号工业电视监控系统技术方案

数字信号工业电视监控系统技术方案煤矿井下生产过程复杂，环境恶劣，自然灾害多，严重影响生产和人身安全。煤矿井上、井下光纤工业电视系统的实施，对安全生产、调度指挥、科学决策提供了直观、可靠的手段。工业电视系统的信号传输有两种方式：电缆传输和光纤传输。由于井下条件限制，图像数据信息利用电缆传输时，在传输距离、信息容量、抗电磁干扰及可靠性方面都存在许多不足。特别在远距离传输视频信号时，由于频带宽，电磁干扰严重，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。煤矿井下光纤通信是以矿用阻燃光缆为信道进行信息传输的技术，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、性能价格比方面都比用电缆传输具有明显的优越性。7.2.2系统设计原则1)、充分考虑煤矿的各种具体要求和实际情况；2)、采用当今世界最先进的光纤传输、全数字化计算机压缩监控系统，能够堵塞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，最大限度地减少各方面的维护工作量；4)、系统可扩展性及兼容性很强，使用方便；5)、充分考虑日常可能发生的各种突发事件，灵活性强；6)、合理的性能价格比。7.2.3系统结构KJ28矿井上/下光纤工业电视系统是利用光纤作为传输介质，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，掌握井上下重要设备的实时工况，提高科学调度指挥和管理的现代化水平。矿井上/下光纤工业电视系统主要由井上部分、井下部分、调度室主控部分及数字视频部分组成。系统结构如图所示：系统结构示意图井上部分煤矿矿井工业电视系统井上部分共计安装15套彩色摄像仪。其中有6套全天候全方位彩色摄像仪，可以完成上、下、左、右、推远、拉近、焦距+、焦距-、雨刷、加热、风扇的控制，镜头采用高倍电动镜头。另有9套自动光圈固定彩色摄像仪，采用自动光圈镜头，摄像前端均采用数字化低照度CCD，图像信号采用矿用光缆传输到地面调度室。具体安装位置为：摄像机监视地点摄像机数量摄像机型号摄像机类型办公楼门庭1KD6002G固定彩色摄像机驱动机房1KD6002G固定彩色摄像机副运井口1KD6002G固定彩色摄像机销售磅房2KD6002G固定彩色摄像机西边大门口2KD6002G固定彩色摄像机综合楼顶1KD6002G固定彩色摄像机去风井大门口1KD6002G固定彩色摄像机办公楼顶1KD6002E全方位彩色调焦摄像机铁路装车站1KD6002E全方位彩色调焦摄像机汽车装车站1KD6002E全方位彩色调焦摄像机风井广场1KD6002E全方位彩色调焦摄像机联合建筑西南角楼顶1KD6002E全方位彩色调焦摄像机原煤仓顶1KD6002E全方位彩色调焦摄像机井下部分矿井工业电视系统井下部分共计安装KD6002矿用本安型光纤摄像仪7套。具体位置：摄像机监视地点摄像机数量摄像机型号摄像机类型中央变电所内1KBA6矿用本安型光纤摄像仪中央泵房内1KBA6矿用本安型光纤摄像仪主井胶带运输机机尾1KBA6矿用本安型光纤摄像仪副运大巷1KBA6矿用本安型光纤摄像仪42101可伸缩胶带运输机头1KBA6矿用本安型光纤摄像仪42101转载机头1KBA6矿用本安型光纤摄像仪42102胶带运输机头1KBA6矿用本安型光纤摄像仪井下摄像仪全部采用KBA6矿用本安型摄像仪，防爆合格证号为：2044024，安标证号：20041638。隔爆兼本安电源为KDW32，防爆合格证号：2042120,安标证号：20041635。全部图像信号通过KJF37本安型数字视频服务器压缩后，经工业以太网传送至地面。KJF37本安型数字视频服务器防爆合格证号为：2044023矿用本安型网络视频服务器直接连到工业以太网上，每台网络数字视频服务器提供多路视频输入，统一管理监控地点相关信息。传输通道系统的传输通道采用标准的TCP/IP以太网络，可以采用地面的局域网，也可以采用煤矿的井下高速工业以太环网。，要求网上的设备（网络中的路由器、交换机等）要支持多播通信，同时为了获得较为满意的图像质量，网络的主干带宽建议在1000Mbps。主控部分煤矿调度室共计安装16台29”液晶监视器组成显示终端。采用数字视频解码器为其提供标准的Video信号，调度中心采用视频管理软件完成对数字视频的切换和控制，视频数据放在视频存储服务器中。采用高性能的技架式服务器作为视频存储设备，采用双机热备设计，用2G的光数据通道来连接共用的磁盘阵列，所有设备安装于标准机柜中。系统利用视频管理机进行云台，镜头等控制。所有的操作都可以设定权限。工业电视图像同时实时压缩，以数字流媒体的压缩形式在网络上传输，任意授权工作站可实时调看所有工业电视信号。基于流媒体的网络数字视频监控系统相对于一般的IP数据包，网络视频流占用带宽大且持续时间长，并且由于视频数据的空间和时间相关性强，因此对视频流的可靠传输有特殊的要求。基于流媒体的网络视频监控系统可有效解决上述视频监控中的问题，保证视频图像的可靠传输。设置流媒体服务器的目的在于缓解前端视频服务器的负载和避免网络带宽紧张而引起的网络阻塞。无论多少个接收端接收同一路图像时，控制编码器和流媒体服务器之间只有一路视频流量，从而保证视频流的可靠传输。其结构如图4.2所示。网络中有N个客户端接收视频时，流媒体源通过发送端只需向网络中传输一个视频信息流，通过流媒体服务器，给不同的接收端发送复制视频数据包，无论有多少接收端，保证不同的链路，只传输一个视频信息流，减少不必要的视频复制，节省网络带宽。视频源视频源接收端接收端流媒体服务器流媒体服务器基于流媒体的网络视频传输系统工作原理7.2.4华洋流媒体视频监控系统HxVideoStream7.2.4.1系统工作原理及组成HxVideoStream采用分布式的系统架构，基于TCP/IP网络平台。支持B/S、C/S结构。H.264/MPEG4压缩标准的嵌入式网络DVRDVS提供视频服务，通过分布式的流媒体服务器统一管理对视频流的转发；通过管理服务器统一管理用户、监控地点相关信息，管理报警日志及操作日志，并统一记录到后台数据库。视频监控主机通过网络远程访问、控制或设置前端的网络硬盘录像机，实现数字图像的网络化管理和网络化浏览以及网络化存储。系统由以下部分组成：管理服务模块系统管理子模块视频分控管理子模块流媒体服务模块安全、流量策略管理软件视频代理服务器软件子模块视频监控模块数字电视墙切换模块视频网络浏览模块7.2.4.2HxVideoStream的功能特性（1）管理服务功能对整个网络监控系统的信息进行统一处理，其中包括信息的设置、信息的记录、信息的转发及信息的查询。根据不同设置可以实现主控和分控功能。对监控地点及用户信息的编辑，包括新建、修改、删除。对用户进行权限设置，采用灵活的菜单级权限设置方式。对用户的操作请求进行权限认证。当用户请求的操作具备相应操作权限时，此用户才可以进行相应的操作，同时将本操作记录到操作日志中；当用户请求的操作不具备相应操作权限时，此用户无法进行相应操作。实时记录来自客户端的操作，同时生成操作日志，并可对其进行维护与查询。（2）流媒体服务功能响应用户对DVRDVS的访问请求，实现对DVRDVS视音频流的转发功能。每个流媒体服务器可连接前端1-1000台DVRDVS，支持1-200个并发用户。流媒体视频服务器在视频监控系统中，主要完成两个工作：一是通过网络接口与远端编码器相连，实时接收视频流数据，并临时存储在缓冲区；二是实时侦听客户端的请求，把缓冲区的视频数据转发给客户端，从而完成视频传输。该系统的优点是：区域内对视频数据的访问全部通过流媒体服务器来进行转发，使得远端编码器和流媒体视频服务器间的视频服务只占一个通道带宽，因此，不仅降低了多个并发用户访问编码器，造成的编码器“死机”现象，而且可保证前端视频流的网络负荷最小，实现视频流的畅通；流媒体服务器选用高速处理计算机，并配备千兆网卡，保证网络视频流的转发能力，同时，流媒体服务器可连接在主干网络中，保证网络转发带宽的需求。通过此种方式，可较简单的实现网络视频可靠传输，通过对流媒体服务器的配置，可承担大量并发用户对同一路视频的访问。除此之外，因为所有的视频流要经过流媒体转发，可在流媒体服务器实现视频访问权限的分布或多级设置，实现集中控制，以提高响应访问的效率。从而在不改变当前网络配置的情况下，实现视频流的可靠传输控制。（3）视频监控功能视频监控模块包括是系统客户端软件和IE浏览模块。远程设置DVRDVS参数，包括通道参数、报警参数、串口参数及视频参数。远程实时浏览视频图像，支持1/4/6/8/9/16/25画面显示，可自定义分组循环播放，支持将画面输出到电视墙。远程控制云台、镜头，软件系统支持多种厂家编码解码协议。可通过IE和网络客户端进行实时浏览。远程对DVRDVS软件版本升级，系统校时，远程重启。7.2.4.2主要技术指标视频压缩标准：H.264/MPEG4。分辨率：PAL：176*144（QCIF），352*288（CIF），704*288（2CIF），528*384（DCIF），704*576（D1）；NTSC：176*120（QCIF），352*240（CIF），704*240（2CIF），528*320（DCIF），704*480（D1）。视频输入：1/4路（NTSC，PAL制式自动识别）；BNC（电平：1.0Vp-p，阻抗：75Ω）。视频帧率：PAL：1/16-25帧/秒。NTSC：1/16-30帧/秒。码流类型：可选择单一视频流或复合流，自定义。视频压缩码率（单位：bps）：16K～2M、自定义。音频输入：1/4路，BNC（线性输入，阻抗：600Ω）。音频压缩标准：OggVorbis。音频压缩码率：16Kbps。7.2.4.3典型操作界面预览与录像监控主界面7.2.4.4系统技术特点HxVideoStream流媒体技术在监控系统中的应用有两个方面，一是建立一个新的友好的人机交互界面；二是对图像进行数字化处理和加工，在数字图像的画面上提取有关信息，进行传递和存储，可以实时检索、回放、回放图像稳定清晰，系统还可以对所采集的图像进行处理，包括画面编辑、调节、放大、缩小以及打印等等，也可保存为通用数据格式。7.2.4.5即插即看数字视频信号采集采用标准的嵌入式操作系统、应用软件及专用芯片，具备远程监控系统必备的所有功能。使用时只需要接入以太网，分配一个地址。监视终端上的浏览软件可以是Microsoft

Internet

Explorer或其它。切换控制灵活，操作方便可靠。多级管理服务器机制，更加适合综合视频监控管理系统的需要。7.2.4.6高性能专用系统的先进性在于其强大的视频处理专用芯片和采用了独特、高性能的RISC芯片，能够在10/100M网络上以实时速度传送高质量的动态图象，并支持多用户同时访问。接口兼容、界面友好、易于使用。效率高，并且不会受到病毒的影响。7.2.4.7兼容性好基于全球业界标准，数字系统可以与各种类型的以太网设备无缝连接。由于系统是作为一个开放的Web应用进行设计的，它同Internet一样很容易被集成到群组应用程序中。用户可以在混合的网络环境中使用它，所需要只是在相应的客户机上有一个标准的Web浏览器和TCP/IP软件。还可以解码成模拟信号，直接在监视器上进行显示。7.2.5.核心设备技术指标7.2.5.1KBA5矿用本安网络摄像仪采用进口彩色CCD固体摄像器件，它的指标为低照度：优于2Lux(配F1.4)清晰度：优于380TV线灰

度：优于7级LED光纤输出波长0.85μm时，P≥30μW(平均值)波长

1.3μm时，P≥20μW(平均值)7.2.5.2KD6002E全天候全方位彩色摄像仪图像传感器: 1/4"彩色CCD扫描系统: 2:1隔行扫描像素: 795（H）×596（V）（470000像素）信噪比: >48dB线数: 480线摄像距离：0.01（wide）；1.2(tele)视频输出： 复合输出75Ω；Y/C分离镜头：×27（×16）光学变倍最低照度：彩色0.3Lux（常态）黑白0.01Lux（实时）7.2.5.3室外云台最大负重: 18旋转速度: 水平6º/S垂直3º/S旋转角度： 水平350°垂直±60°绝缘电阻: >10MΩ噪音: 不大于50dB7.2.5.4光缆最大抗压力：2500N/10最大抗拉力：1500N护套材料:阻燃PVC护套颜色:蓝色/黑色弯曲半径:>140mm光缆外径:13或14mm信号衰减:<0.7dB光缆模式:单模（多模）光缆类型:GI50/125梯度型7.2.5.5JQ-II解码驱动器工作电压: AC220V±10％50Hz通信方式： RS422或RS485通信速率： 1200bps～9600bps由通讯协议确定通讯距离：不小于1.2Km动作控制： 12个误码率： <10-97.2.5.6KDW32防爆电源输入电压: AC127V、50Hz(波动范围-25~+20%)保险丝规格：F1:1A(Φ5×20mm)，F2:2A(Φ5×20输出电压: DC12V输出电流: 1000mA使用温度: -5℃～-+外型尺寸: 266×162×130mm防爆形式:dibI7.2.5.7视频矩阵切换控制器工作电压： AC220V±10％，50Hz工作电流：≤800mA保险丝： 1.0A（Φ5×20mm环境温度：0℃～大气压力：86kPa～106kPa平均相对湿度：不大于95％（25℃最大控制距离：≤３输入输出通道：16×8GDK-4A32×8GDK-4B32×16GDK-5B输出视频信号电平：１VＰ－Ｐ（７５Ω匹配）7.2.5.8视频分配器工作电压：220V、50Hz(波动范围：-25~+20%)环境温度：0℃～大气压力：86kPa～106kPa平均相对湿度：不大于95％（25℃工作电流：≤800mA保险丝： 1.0A（Φ5×20mm视频输入阻抗：75Ω视频输出阻抗：75Ω视频输入：16路1VP-P视频输出：64路1VP-P视频响应：10HZ-6MHZ7.2.6.安装与调试7.2.6.1设备的安装安装设备之前，应当做好以下一些工作：1)、据现场情况选定每个设备安装的具体位置；2)、细阅读每个设备的使用说明书，并按照