煤礦屬于高危行業之一，安全生產至關重要。技術煤礦井下生產過程復雜，自然災害多，嚴重影響生產和人身安全。我國煤礦事故發生率、死亡率數倍甚至數十倍于世界其他國家，其原因有很多，但管理措施不到位和占據安全生產第一要素的人員素質是決定性的主因。因此，加強各級監管、提高人員安全意識和素質將是從根本上改善安全生產落后現狀的核心內容。
隨著信息化技術的發展和進步，自動化程度的提高，部分設備的操作逐步向無人值守方向發展，重要工作地點可視化以及視頻信息的存儲與共享成為必不可少的安全措施和手段。作為高危的煤碳行業，實行數字化改造，提高煤礦的自動化程度，對減少煤礦安全事故的發生具有重要的意義。
視頻監控系統的發展
視頻監控系統的發展基本上是從早期的模擬閉路電視監控系統向數模結合視頻監控系統和現在的數字視頻監控系統的演變過程，而現在的數字視頻監控系統根據技術的發展又分為數字化本地視頻監控系統和數字化遠程視頻監控系統。
模擬視頻監控系統
模擬視頻監控系統分為基于微處理器的視頻切換控制加PC機的多媒體管理和基于PC機實現對矩陣主機的切換控制及對系統的多媒體管理。隨著微處理器、微機的功能、性能的增強和提高，多媒體技術的應用，系統在功能、性能、可靠性、結構方式等方面都發生了很大的變化，視頻監控系統的構成更加方便靈活，與其它技術系統的接口趨于規范，人機交互界面更為友好。
但由于視頻監控系統中信息流的形態沒有變，仍為模擬的視頻信號，系統的網絡結構主要是一種單功能、單向、集總方式的信息采集網絡，因此系統盡管已發展到很高的水平，已無太多潛力可挖，其局限性依然存在。模擬監控系統的主要缺點有：
1)通常只適合于小范圍的區域監控；
2)系統的擴展能力差；
3)無法形成有效的報警聯動，由于各部分獨立運作，相互之間的控制協議很難互通，聯動只能在有限的范圍內進行。要滿足更高的要求，數字化是必由之路。
數字視頻監控系統
現在市場上數字視頻監控系統的類型：數字化本地視頻監控系統和數字化遠程視頻監控系統。
數字化本地視頻監控系統部分地取代了以視頻矩陣圖像分割器、錄像機為核心，輔以其它傳送器的模擬視頻監控模式，基于PC機的多媒體監控主機綜合了視頻矩陣、圖像分割器、錄像機等眾多功能，使系統結構大為簡化。
數字化遠程視頻監控系統基于IP網絡，很大程度上改變了安全防范系統的形態，使之從傳輸介質專用到介質共用(利用各種公共信息網絡)；從系統的固定設置到系統自主生成；由封閉的、單一信息系統結構到開放、多信息共享、多信息融合的系統模式。系統將成為可無所不到、開放、可根據各種具體要求自動生成的系統。
系統的組成與結構
中小型煤礦視頻監控系統的組成
目前，中小型煤礦裝備的視頻監控系統絕大多數仍然是模擬電視監控系統，主要由普通防爆攝像機、光端機、視頻分配器、視頻矩陣、視頻分割機和電視墻等組成。采用點對點光纖模擬視頻信號傳輸方式，將井下各監視點攝像信號傳輸到地面調度室，經視頻矩陣切換器，輸送至電視墻進行顯示。
數字化視頻監控系統的組成
該類型系統采用先進的網絡技術設備，以網絡攝像機、視頻服務器、流媒體服務器和分控管理主機為主體。監控中心的構建思路是以分支機構為核心的分散存儲方式，同時借助于網絡平臺，由管理中心來完成集中控制。監控中心設立以下主機、服務器及設備：分控管理主機；流媒體服務器(可選)；前端(采集與視頻服務)。其結構組成所示。
前端設備為視頻服務器(簡稱DVS)，通過輸入接口可以和攝像機、云臺、報警設備、話筒等連接。前端的主要任務是完成視音頻采集、壓縮、記錄及網絡傳輸,提供現場的開關量報警聯動及所有報警信息的上傳，同時提供透明通道，支持云臺控制及視頻信號的在線檢測等一系列功能。
分支機構的監控中心至少設立一個分控管理主機，目的是擁有一個或多個自己的監視與控制平臺，其操作權限的設置與認證，以及控制的對象均由管理中心來授權和指定，在管理中心授予最大權限的情況下能實現與主控管理主機相同的最高權限功能。
設置流媒體服務器實現轉發功能，從而緩解網絡帶寬的壓力，流媒體服務器還可以解決多級瀏覽級聯問題，具備很高的先進性和擴展性。基于現有的局域網環境，充分利用已有資源可輕松實現與局域網的連接，使成本降至最低，操作使用簡單。
視頻信號處理流程為：前端的任意多臺視頻服務器響應電視墻管理主機的請求→將需要的畫面和語音通過網絡實時傳輸到管理中心的電視墻管理主機→管理主機通過解壓卡配合相應軟件對這些數據進行解碼并完成至AV的轉換(一次同時可解24路)→可通過軟件設置解碼輸出的畫面排列順序和進行畫面切換或輪巡的機制(方式和時間)→最后輸出至電視墻→在電視墻上得到最直觀的效果。
視頻監控系統的數字化改造
煤礦條件不容樂觀
現在大多數中小型煤礦已經建立了自己的模擬視頻監控系統，采用點對點光纖模擬視頻信號傳輸方式，將井下各監視點攝像信號傳輸到地面調度室，經視頻矩陣切換器，輸送至電視墻進行顯示。但是隨著煤礦生產規模的擴大，視頻監視點愈來愈多，相應的礦用光纜芯數大大增加。這不僅提高光纜造價，還大大增加了線路故障的搶修難度和時間，系統的穩定、可靠性也隨著光纜芯數的增加而降低。此外，只有在礦調度室才能看到井下生產情況，而相關的領導、業務科室及基層單位不能了解職工在現場操作的具體情況，不能通過系統及時指揮生產，造成信息不能共享，形成生產指揮中的不連續現象。
煤礦本地數字化改造
整個系統主要由以下模塊組成：攝像頭、硬盤錄像機(DVR)和瀏覽器。攝像頭負責視頻圖像的采集，根據需求，可以配備不同分辨率的；硬盤錄像機和攝像頭間用標準的BNC視頻接口(75R)連接，把攝像頭采集來的視頻數據進行數字化處理、壓縮，發布到網絡上，并存儲在本地硬盤，以便提供歷史回放功能。
該類型改造只是在原來監控系統的基礎上將一部分模擬視頻信號經過網絡硬盤錄像機編碼轉換成可以進行網絡傳輸的數字視頻信號，送入礦區的局域網，將監控點的信息實時地提供給煤礦各部門。
這種改造相對比較簡單，改造成本較低，基本不會帶來監控資源的浪費，比較適合小型煤礦的使用。
前端圖像采集設備采用一體化攝像機和球形攝像機，根據需要安裝紅外等其他探測設備。前端視頻處理設備采用DVS，將模擬信號進行模數轉換后編碼，通過IP網絡發送給系統中的其他模塊。
監控中心采用軟件實現，將管理中心、報警主機、主控管理、分控管理等功能根據系統需求和系統規模部署在一臺或者數臺服務器上，連接到IP網絡中，實現各種管理功能。電視墻管理主機通過在高性能PC上安裝多路硬件解碼卡實現視頻流的解碼，解碼后轉換成AV信號后輸出，同時亦可實現音頻信號的輸出。單臺主機通過搭載多塊視頻解碼卡可實現同時最多對24路視頻信號的解碼和AV輸出;畫面具有靈活的排列組合方式和輪巡機制;配套軟件支持與前端設備(DVR、DVS)進行雙向語音對講。
當增加新的監控點時，最好采用網絡攝像機，其具有網絡功能，可以在井下搭建樹形或環形系統，通過一根光纜將視頻信號傳到井上，可以節約大量光纜，降低系統成本。此外，可提高系統的擴展性。樹形系統結構所示。
數字系統與模擬系統的比較
傳輸
傳統的模擬視頻監控對距離十分敏感，隨傳輸距離增加，信號很容易出現衰耗(特別是高頻衰耗)、畸變、群延時失真等，在漫長的信號傳輸過程中，很容易受到外來電磁信號的干擾，導致監視畫面的雜波增大，并可能由于寄生調幅而使圖像被疊加了脈動的或網狀的幅度干擾成分，使圖像質量嚴重劣化；而將視頻信號數字化處理后，傳輸距離得到很大擴展，不會由于距離的增加導致信號的衰減，并且數字信號具有很強的抗干擾性，提高了系統的可靠性。
存儲
傳統模擬視頻信號的存儲會耗費大量的存儲介質(如錄像帶)，而且視頻錄像帶容易遭破壞或磨損；數字視頻監控系統將視頻圖像記錄在視頻服務器中的計算機硬盤上，其壽命遠大于普通的錄像帶。其最大優點是，既能保證存儲圖像的清晰度不受多次復制而遭劣化影響，又能夠快速檢索到所存儲的圖像。
遠程監控
傳統的模擬系統只能實現本地監控，且是單方向的。數字系統將先進的計算機網絡技術引人視頻監控系統中，極大擴展了視頻監控的地理范圍，使得異地遠程監控成為可能，并且易于統一集中管理。
信息檢索
傳統的模擬視頻監控系統中，記錄在錄像帶上的模擬視頻信息不易檢索。需要查尋歷史圖像時，必須反復回放錄像帶中記錄的圖像，往往要花費大量時間觀看才能找到;而在數字視頻監控系統中，視頻圖像是以數字化方式存儲，經過壓縮的視頻數據可存儲在磁盤陣列中或保存在硬盤、光盤中，用戶可以完全自動地對監控對象進行永不間斷的全程監控，并可利用計算機建立的索引，非常方便地查詢任一時間、任一地點的現場資料，在幾分鐘內就能找到相應的現場記錄，方便快捷。
總結
視頻監控系統已經在各行各業獲得非常廣泛的應用，隨著計算機技術和網絡技術的飛速發展，視頻監控技術的數字化和網絡化已成為未來的發展趨勢。
本文結合目前中小型煤礦視頻監控系統的現狀，提出了基于網絡的本地和遠程數字視頻監控系統的改造方案。系統的改造具有節省光纜資源，帶寬資源共享、節約投資、設備安全性高、綜合建網性價比高等優點，可實施性較強。
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