网络智能视频监控技术在井下矿山的应用

网络智能视频监控技术在井下矿山的应用

近年来，国内外视频监控技术发展迅速，特别是随着现代网络技术、计算机软硬件技术、数字视频采集和数据处理技术的快速发展，现代视频监控系统的传输、存储和显示功能显著不断完善。网络化、数字、高纯度和智能是视频监控技术的发展、设计和实施的主要趋势。在国内的大多数井下矿山企业都设计并安装了井下重点区域视频监控系统,但大部分矿山企业视频监控系统还采用落后的老一代模拟视频监控技术,存在图像不清晰、丢包严重、维护成本高等弊端现象,同时不利于井下数字化矿山的建设。而网络智能视频监控技术不但能解决老系统的弊端问题,还能够代替操作人员智能监控,可与设备自动化联动,是实现井下无人操作的基础。1视频监控技术系统的状态1.1视频处理系统的设计根据技术特点,视频监控技术系统的发展主要经历了3个阶段。第一阶段:模拟视频监控系统,该阶段主要是以模拟信号为主的闭路电视监控系统;第二阶段:数字视频监控系统,该阶段主要利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集、传输、处理和存储,通过显示器的高分辨率和应用软件实现图像的多画面显示,从而大大提高图像质量;第三阶段,就是目前的网络智能视频监控系统,以IP网络技术为基础,集成多媒体技术、数字图像处理技术及远程网络传输等新技术,不仅可以实现图像传输、远程控制、现场信号采集和转换等监控功能,重要的是还可结合智能图像分析及识别技术,对视频进行一系列分析,从视频中提取运动目标相关信息,发现重要的目标和事件,并根据预设程序规则将这些有用的信息及时反馈给监控员1.2不同阶段视频监控技术的分析与比较1.2.1模拟视频图像传输的局限性模拟视频监控系统主要由前端模拟摄像机、视频切换矩阵、监视显示器、VCR录像机等设备组成,通过视频线、控制线、光缆等实现数据信息连接,其主要特点是视频和音频信号的采集、传输、储存均为模拟的方式,一定距离范围内视频图像质量保持很好,但也有一定的局限性。首先,模拟视频信号通常使用同轴电缆进线传输,在传输距离上受到很大限制,以同轴电缆SYV75-5为例,传输的有效距离大约为400m,在长距离传输时,需要采用视频放大器对视频信号进行放大以补偿传输中的损耗,其不利因素就是将导致信号的信噪比下降,视频图像会产生明显失真。其次,储存模拟视频图像信号需要使用大量的录像带储存信号图像,其成本高、体积大且不易保存,检索信号图像不方便,操作复杂。再次,与其他数据信息系统无法兼容,且数据也无法交换,应用的灵活性较差,不易扩展1.2.2录像视频的读取数字视频监控系统主要由模拟摄像机、传输采集设备、工控机、数字硬盘录像机DVR、视频压缩卡、通信接口卡等组成。利用终端模拟摄像机获取图像信号信息,通过光路、同轴线等传输线路汇接到数字硬盘录像机DVR中;然后,通过矩阵或PC工控机查看图像。数字监控系统采用数字化信号强化了储存压缩能力和保存能力,以及可以通过DVR来控制摄像机,其功能较强(包括监控、录像、回放、报警、远控等功能),而且便于现场操作。数字视频监控系统视频、音频信号的接入,图像的切换和前端设备的控制主要采用模拟方式,而图像的存储和传送采用数字方式。其局限性表现在以下几点:①大型监控系统需要将视频源汇聚到监控设备中心,因此布线量大;②矩阵、DVR、视频分配器、光端机等多种设备需要占用大量的机柜和机房空间,而且众多的视频闭路线给施工和维护均带来不便。1.2.3视频传输系统网络智能视频监控系统是数据信息数字化的系统,一般基于TCP/IP网络架构,可以通过局域网、无线网或互联网传输,网络宽带能够重复利用,无需重复布线,布控区域大大超出前两代系统,因为数字化视频可以在计算机网络上传输图像数据,受距离限制影响很小,信号抗干扰性很强,从而很好的提高了图像的品质和稳定性。同时,智能化的监控系统采用计算机的视觉技术,可以对视频图像进行一系列的分析,从图像中提取运动目标信息,发现重要的目标和事件,并根据预设模板或用户预设的规则,自动识别出用户需要的目标和相关数据,并能智能分析和判断产生报警信号,从而可以在许多情况下代替或协助人工监控2网络视频监控系统柜场的铺设、传输数字化矿山建设的核心理念就是实现井下无人操作,所以一个矿山的调度指挥室建议设在地面,大小规模以矿山实力而定,一个设备机房紧靠调度指挥室建设。对于设备机房的建设,一般要求尽量大一些,为数字化矿山建设所用其他设备预留空间。设备机柜则要求相对两柜子之间的柜门能自由打开,打开后通道还能过人为最好,这样安装设备和检修维护都较为方便。视频监控系统所用机柜一般准备4个,1个视频矩阵柜,1个硬盘录像机柜,1个视频光端机柜,1个光缆配线柜。设备机房采用静电地板,柜体间布线可以敷设在地板下,所以静电地板铺设时要预留一定的高度距离。视频信号传输过程中,由于井下矿山终端摄像设备与设备机房一般都较远,为保证视频质量,建议使用光缆传输。在前端视频采集上,通常利用模拟摄像机对现场图像进行采集,如果现场需要对该区域视频图像进行监控,那么现场需要配置一套视频分配器、画面分割器以及监控电视机。视频信号由视频分配器一分为二,一路给现场提供监控图像,一路传至地面硬盘录像机。有需要智能监控的区域,需要通过网线来传输数据。具体组网设计见图1。3智能井工程的应用3.1协助或代替操作人员监控智能视频监控技术起源于计算机视觉技术与数字图像处理技术,主要对目标图像进行智能分析,协助或代替操作人员监控。其原理的实现过程首先是进行目标图像的背景建模,确认其正常状态,然后再不断抽取图片与背景作比较,从而发现异常物体,对识别物连续观察后再根据预设的规则作出事件判断,并触发联动报警。3.2采矿业3.2.1矿井智能监控画面建模井下水仓或矿仓智能监控技术主要包括井下矿山的井筒水仓水面智能监控、底排水水仓水面智能监控以及井下矿仓矿位智能监控。首先,对报警视频画面建模,即设置水仓或矿仓最高警界位,提取现场监控画面与建模画面进行对比分析,当到达预设点并在调度上位机报警水位满或矿位满等信息。该技术适用于粉尘不大,水仓水雾较小的环境。3.2.2红外传感配合视频监控井下炸药库大门监控系统可利用人脸特征技术进行身份验证,通过人脸检测抓拍、人脸对比,对输入视频图像进行人脸检测和提取人脸特征数据,与人脸数据库中的图片进行匹配,输出识别结果,确定大门是否打开。同时,在井下炸药库后门以及通风巷道口为防止小动物或其他人员出入,可以安装红外线感应器配合视频监控报警。该技术适用于井下重要的生产岗位。3.2.3车辆在2台图像中的转速分布在预定的2个点上各安装1台摄像机,选择固定车辆出现为背景建模,根据事件检测分析算法计算车辆在2台摄像机间出现的时间,并根据已知距离智能计算车速。目前,背景模型受车辆进入角度的影响,该技术只能应用于有轨机车,并且计算出的车速是个误差较大的平均值,适用于对速度误差要求不大的有轨机车。3.2.4井下矿山其他方面除了以上应用及常规视频监控录像应用外,井下矿山其他方面也可应用。例如,可以配合主斜坡道的红绿交通指示灯进行闯灯抓拍,一