数字化煤矿综合视频监管系统解决方案.docx

数字化煤矿综合视频监管系统解决方案数字化煤矿综合视频监管系统解决方案目 录第1章 背景与需求81.1 行业背景81.2 需求分析91.2.1 前端需求91.2.2 中心需求9第2章 设计思路122.1 指导思想122.2 设计原则132.3 设计标准142.3.1 防爆产品标准142.3.2 建筑行业标准142.4 设计目标15第3章 系统总体设计173.1 系统拓扑图173.2 系统组成183.2.1 前端子系统183.2.2 传输子系统183.2.3 监控中心183.3 总体描述183.3.1 煤矿监控中心193.3.2 上级监控中心193.3.3 地面、井下前端系统193.4 功能设计193.4.1 实时视频监控193.4.2 智能视频分析203.4.3 录像存储功能203.4.4 电子地图203.4.5 录像回放203.4.6 远程配置维护213.4.7 B/S方式访问213.5 系统特点213.5.1 高清监控技术213.5.2 防爆技术223.5.3 物联网传感技术243.5.4 智能分析技术25第4章 前端系统设计264.1 前端系统概述264.2 视频监控系统284.2.1 常规视频监控284.2.2 智能视频监控294.3 隔爆本安型摄像机304.3.1 产品图片304.3.2 防爆型式及防爆标志304.3.3 工作电压及工作电流304.3.4 要技术指标314.3.5 传输性能314.4 高清监控产品324.4.1 高清网络球机324.4.2 高清网络半球384.4.3 高清网络摄像机424.5 环境监测监控系统464.5.1 动力环境主机464.5.2 温度传感器474.5.3 甲烷传感器474.5.4 水浸传感器484.6 出入口控制系统494.6.1 出入口安装示意图494.6.2 高清照片抓拍功能494.6.3 车辆牌照自动识别功能504.6.4 数据查询/备份/维护功能514.6.5 视频预览514.6.6 道闸软件控制514.6.7 报警功能514.6.8 特殊车辆确认功能524.6.9 高清抓拍摄像机524.6.10 智能补光灯534.6.11 自动道闸534.6.12 系统实拍图片544.7 门禁管理系统554.7.1 系统设计554.7.2 门禁应用功能554.7.3 系统架构图604.7.4 系统网络连接图604.7.5 系统发卡管理604.7.6 系统管理终端634.8 报警系统644.8.1 红外对射644.8.2 红外双鉴654.9 网络系统664.9.1 煤矿地面网络交换机664.9.2 矿井隔爆本安型交换机69第5章 视频传输网络设计715.1 传输网络系统建设要求715.1.1 传输基本要求715.1.2 网络传输带宽要求725.2 网络设计规划735.2.1 网络IP地址规划735.2.2 VLAN规划745.2.3 路由总体规划755.3 网络可靠性设计755.3.1 传输链路可靠性755.3.2 网络设备可靠性755.4 网络安全性设计765.5 网络管理规划765.5.1 网络监控管理765.5.2 应急操作管理775.5.3 日常维护管理77第6章 监控中心设计786.1 监控中心系统组成786.2 服务器管理系统786.2.1 管理服务器796.2.2 流媒体服务器796.2.3 接入/报警服务器796.2.4 数据库服务器806.2.5 工作站806.3 人脸分析系统806.3.1 人员信息采集和人脸信息数据库建立806.3.2 黑名单实时报警、人员布控功能826.3.3 抓拍人员信息的查询功能视频管理836.3.4 人脸识别系统服务器要求836.4 人流量分析系统846.4.1 人流量分析系统服务器要求846.5 周界智能分析系统856.5.1 穿越虚拟警戒墙检测856.5.2 区域入侵检测866.5.3 徘徊检测866.5.4 智能周界防范布防区域876.6 全景拼接系统876.6.1 实时流拼接功能876.6.2 全景拼接系统服务器要求886.7 存储系统896.7.1 CVR存储模式896.7.2 存储配置916.8 解码系统946.8.1 视频综合平台946.8.2 视频综合平台B10956.8.3 视频综合平台B20996.9 保障系统1036.9.1 视频质量诊断系统1036.9.2 短信报警模块106第7章 大屏系统介绍1077.1 系统设计1077.1.1 视频实时预览1077.1.2 视频拼接显示1087.1.3 分割显示1097.1.4 开窗显示1097.1.5 开窗漫游叠加显示1107.1.6 PC信号上墙显示1107.2 LCD拼接屏1117.2.1 LCD显示单元优势1117.2.2 推荐产品DS-D2060NH1157.3 DLP拼接屏1177.3.1 DLP显示单元优势1177.3.2 推荐产品DS-D1080EH123第8章 平台软件设计1278.1 平台总体架构1278.1.1 基础平台层1288.1.2 平台服务层1288.1.3 业务层1288.1.4 应用层1288.2 平台关键技术1288.2.1 中间件技术1298.2.2 构架/构件技术1298.2.3 工作流技术1298.2.4 XML和Web Services技术1308.3 平台模块1308.4 平台功能1318.4.1 通用业务功能1318.4.2 基础管理功能1368.4.3 扩展业务功能1408.5 平台运行环境1448.5.1 硬件环境1448.5.2 软件环境1458.6 平台性能指标145第1章 背景与需求1.1 行业背景煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。煤炭由于储量巨大，加之科学技术的飞速发展，煤炭汽化等新技术日趋成熟并得到广泛应用，煤炭必将成为人类生产生活中的无法替代的能源之一。由于大部分矿层均远离地表，需采用地下开采的方式，而煤矿就是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间。2012年以来连续发生了“7.28”三门峡陕县支建煤矿井下透水抢险救援事故、“8.17”新汶矿业集团华源公司煤矿井下透水救援事故、“12.5”洪洞县瑞之源煤业重大煤矿井下瓦斯救援事故、“1.16”禹州市大仝煤业有限公司井下透水救援事故等重大事件，严重威胁到了人们的生命安全，造成了巨大的损失。如何保障煤矿的安全有效的开采与生产，成为人们迫切关注的焦点。煤矿上出现的安全事故可能会造成大量人身伤亡、财产损失，一直以来党中央、国务院对此都很重视。中华人民共和国安全生产法中第三条明确规定：安全生产管理，坚持安全第一、预防为主的方针。同时国家安全监管总局也明确要求在全国煤矿建立并完善安全避险“六大系统”（监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络），保障煤矿的安全生产。始终坚持科学发展、安全发展理念，始终贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”方针，采取一系列重大举措，完善法制、增加投入、加强监管，推动中国煤炭工业和煤矿安全生产状况持续改进。视频监控作为一种客观的、成熟的、稳定的安全监督手段已经为能源行业所认可，能够在煤矿安监方面起到巨大作用。目前视频监控的前沿技术智能分析，对煤矿违规生产、人员记录、危险区域防范等可以起到有效的预警作用，变事后追查为事前预警，能够为保护国家财产、人民的生命财产安全起到至关重要的作用。1.2 需求分析煤矿监控有其自身的独特需求，目前已知的监察需求内容如下：1.2.1 前端需求1) 能够对煤矿地面、井下均进行视频图像采集；井下需要满足防爆本安等级、低照度等要求;地面需要使用720P以上分辨率高清摄像机进行图像采集。2) 地面区域出入口需要配置出入口车牌抓拍摄像机和道闸系统，要求能够实现黑白名单功能，车牌识别摄像机一旦识别到黑名单车牌，煤矿监控中心需要弹出报警提示并联动录像。3) 地面区域各类建筑进出门需安装门禁系统，通过门禁卡权限控制进出人员，并且对门禁刷卡信息（刷卡人姓名、刷卡时间等）和对应视频做叠加，部分区域如不设置门禁，则需安装红外双鉴探测器对人员进行检测并实现自动开启移动门，对应的摄像机需要进行实时录像。4) 地面区域周界需安装红外对射，实现周界防范的需求，周界红外对射被触发时需要联动对应区域摄像机弹出视频画面并要求联动对应周界区域的声光报警器发出警报。5) 井下区域区域要求实现现场环境的监测，包括现场温度、水浸、甲烷等环境量信息，并能针对温度等数据进行阈值报警，报警需联动视频弹出画面并联动录像，综合视频监管系统需要针对环境量历史数据进行统计、曲线描绘等数据分析功能。1.2.2 中心需求1) 煤矿监控中心需采用人脸识别分析服务器实现对下井人员人脸识别和抓拍分析，并可实现黑白名单功能，对应人员如不在规定的人员库则需报警并弹出抓拍的照片和现场视频信息。2) 煤矿监控中心需通过智能分析服务器对前端采集的图像进行智能分析，对园区周界、禁止闯入区域进行智能分析，当出现报警时，煤矿监控中心需要弹出报警提示并联动录像。3) 煤矿监控中心需采用人流量统计服务器对下井人员和出井人员进行人流量统计，以便获取进出矿井的实际人数。4) 煤矿监控中心需采用全景拼接服务器对煤矿前端采集回来的多个画面进行画面全景拼接功能。5) 上级/煤矿监控中心需采用DLP或LCD拼接屏显示前端网络视频信号，拼接屏幕要求通过视频综合平台实现前端视频信号的解码上墙、拼接、漫游、开窗等功能。6) 煤矿监控中心需配置高性能磁盘阵列，实现对前端视频的存储和报警触发的视频存储。上级监控中心可按需配置高性能磁盘阵列，对重要视频信息进行备份存储。7) 上级/煤矿监控中心需配置高性能管理服务器、流媒体服务器、数据库服务器、级联服务器安装综合视频监管系统，通过综合视频监管系统实现对整个煤矿所有前端网络摄像机的视频画面查看和管理，对客户端以及监控中心各类服务器、网络存储、视频综合平台等其他所有设备进行管理和配置。8) 综合视频监管系统需要具备权限管理，不同装置客户端用户需配置不同权限，对可以查看的视频有所限制。9) 系统需要实现同一图像多级，多点同时观看，有利于统一指挥和多级多点同时监管。10) 上级监控中心配置短信猫，对于重要的报警要求能够联动报警发送短信给相关领导。11) 上级监控中心需要使用视频质量诊断系统对前端设备图像质量进行智能分析，对视频图像的清晰度（图像模糊）、噪声干扰（雪花点、条纹、滚屏）、亮度异常（过量、过暗）、偏色、画面冻结、视频丢失、云台失控等常见摄像机故障进行检测。以上视觉直接观看现场远比查看数据的信息量更多。由于能远程进行“实地”观看，在一定程度上可以大大减少现场监察的成本，极大提高现场监察的次数和“偶然性”，减少被监察对象在现场监察前提前做准备的机会。第2章 设计思路2.1 指导思想在设计煤矿安全视频监控系统时，我们采取了“数字视频监控”理念，打造一套先进的视频监控系统。“先进性”不仅带来技术、产品、系统上的革新，也带来系统平均成本下降和“以人为本”的理念。从技术、产品和系统的革新来看，主要包含以下几大核心点：1) 前端采集的视频图像清晰，在夜间配合适当补光设备能够保证观察的持续性；根据不同的应用环境，选择不同的前端设备，保证设备能够在烟尘等较恶劣环境下正常工作；视频编码技术先进，H.264编码标准在保证图像质量条件下较MPEG-2、MPEG-4编码方式减少30%或以上的带宽占用。2) 采用新的存储技术来搭建更合理的本地、网络三级视频存储架构，在满足数据存储同时，强调数据集中管理、海量数据智能检索和多种存储手段确保存储可靠性等。3) 开放式集成平台完成智能化集中管理、多个子系统间联动、应急预案与指挥调度。在上述三大核心点之上，我们更多地考虑系统级的可靠性和人性化的人机交互界面，主要包含以下几部分内容：1) 产品及辅件设计保障、产品质量保障、产品情况；2) 传输网络接入要求分析、承载性能分析、安全运行风险分析与规避方法；3) 软件平台架构分析、判断与对策；4) 目前煤矿安全中的瓦斯数值等数据可以通过视频叠加方式，在对应的视频图像上叠加具体的重要参数值，监控值班人员在观看视频同时即可了解到现场的重要参数数值，对减轻人员负担、提前预警起到很好的作用。与此同时，系统建设成本是设计本系统时不可回避的问题，在同质、同功能、满足并符合国家相关建设标准的前提下，在中央相关政策的积极倡导下，我们将优先选择国产知名品牌。通过与用户的密切交流，我们将打造一套先进的、高可靠性的、智能化的、优质的并且富有经济竞争力的综合视频监控系统。按照“数字化、网络化、智能化”的思路，在可靠运行的前提下借助先进的视频监控技术提升系统的先进性，满足的发展要求；完善监控系统的管理和运用，使监控系统对安保、业务的作用最大化；完善系统之间的联动和应用软件的功能，使用户在运用本套系统时能充分感受到稳定、实用和便利。充分利用控资源，发挥整体效益，做到系统具有可持续发展特性。2.2 设计原则本项目方案设计遵循技术先进、功能齐全、稳定可靠的原则，并综合考虑当地的地理环境与气候特点，形成一套系统的、完整的、全面的、合理的系统解决方案，并遵循以下原则：1) 可靠性本系统能在恶劣的环境中稳定可靠运行，室外设施的建设具备防水防高温的特性；具有完善的故障恢复功能，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能；网络传输链路采用冗余备份策略，保障系统不间断运行。2) 安全性本系统充分考虑系统前端设备、传输链路和数据存储的安全性。室外设备具备防止人为破坏的设计；对传输链路数据进行加密处理，防止被非法入侵、窃取和篡改；监控集成平台进行有效的安全管理手段，对人员、设备和各种信息资源进行统一授权控制。3) 先进性本系统的技术性能和质量指标达到国际领先水平，集国际上众多先进技术于一身，体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发展的要求。同时，从实战应用角度出发，系统的安装调试、软件编程和操作使用又简便易行，容易掌握。4) 实用性本系统设计充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户要求，通过严密、有机的组合，实现监控的各种实用功能，通过信息的共享和系统联动提高资源的利用效率，通过上层应用软件的定制开发，为管理提供各种增值应用。5) 扩展性本系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。并根据今后该系统的实际要求扩展系统功能，可方便地扩展固定监控站点、各种建筑和实施的保安监控等。6) 可管理性本系统通过指挥中心实现对设备、人员、资源的统一分配和管理，实时撑握一线情况，可对各级分控中心能进行统一指挥。7) 经济性在保证视频监控系统性能优异的前提下，充分考虑系统的投资成本，通过优化设计，选择最合理实用的系统设备及售后服务。2.3 设计标准2.3.1 防爆产品标准l GB3836.1-2010爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求l GB3836.2-2010爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备l GB12476.1-2000可燃性粉尘环境用电气设备第1部分：用外壳和限制表面温度保护的电气设备 第1节：电气设备的技术要求2.3.2 建筑行业标准l GB/T50311-2000建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范l GB/T50312-2000建筑与建筑群综合布线系统工程验收和规范l GB50303-2002建筑电气工程施工质量验收规范l GA/T70-1994安全防范系统行业标准l GA/T75-1994安全防范工程程序与要求l GA/T74-2000安全防范系统通用图形符号l GBJ115-87工业电视系统工程设计规范l GB50198-94民用闭路电视系统工程技术规范l GB16796-1997安全防范报警设备、安全要求和测试方法l BMZ1-2000涉及国家秘密的计算机信息系统保密技术要求l GB50222-95建筑内部装修设计防火规范l JGJ/T16-96民用建筑电气设计规范l GB/T50169电气装置安装工程接地装置施工及验收规范l EIA/TIA-569建筑线缆标准l GB 50348-2004安全防范工程技术规范l GA/T367-2001视频安防监控系统技术要求l GA308-2001安全防范系统验收规则l GBJ23282电气装置工程施工及验收规范l GB/2887-2000电子计算机场地通用规范l GB50174-2000电子计算机场地设计规范l GB9361-1998计算站场安全要求l SJ/T10796-1996计算机机房用活动地板技术条件 l GB50057-94建筑防雷设计规范l GB50054-95低压配电设计规范l YTT501595电信工程制图与图形符号l JGJT 161992民用建筑电气设计规范l ISO/IEC14496-2 MPEG4视音频编解码标准l GA3082001安全防范系统验收规则l 其它的行业规定及规范2.4 设计目标煤矿安全视频监控系统的建设使煤矿安监部门能够实时、有效的查看煤矿生产、存放、运输等各个环节的视频。能够及时发现各个环节中可能存在的违法、违规的操作；不易发现或有意隐瞒的安全隐患；危害矿工生产、生活安全的因素。并做为事后追查的有效手段。1) 为基层实战服务，致力于提高一线实战单位对社会面的管控能力。在矿井内、矿井出入口、各类机房、煤矿出入口、公共复杂场所等地点安装监控设备，使一线监管人员能够实时、直观地了解和掌握监控区域的生产动态，及时发现、处置各类突发事件、群体事件、安全事件，打击违法、违规的生产、运输行为。同时，能有效保存监控图像信息，为追查事故原因提供证据、线索。2) 为指挥决策服务，致力于提高指挥科学性、准确性。在确保基层一线应用的基础上，监控系统必须能按上级监管机构的指令传送实时或非实时图像信息，为监管机构指挥决策提供信息支持；能够保证监管机构的相关部门经授权许可后，对监控信息实现跨部门、跨地区的便捷调用，为协调生产服务。3) 为集成应用服务，致力于提高煤炭生产的科技和信息化应用水平。监控系统建设是技术防范建设的重要组成部分，监控信息也是煤炭生产科技和信息化的重要资源。要充分发挥视频信息直观、动态的优势，逐步实现其在煤炭生产、运输上的综合应用，并结合视频监控的最新应用智能分析提升煤炭行业科技与信息化的应用水平。第3章 系统总体设计3.1 系统拓扑图3.2 系统组成任何规模、任何形态、任何阶段的数字化煤矿综合视频监管系统都可归纳为：由前端监控系统、传输网络和监控中心组成，监控中心又由存储子系统、显示子系统和控制子系统组成。根据整体系统拓扑图，我们可以清晰地把系统归类：3.2.1 前端子系统即广泛分布在各个煤矿监控点的摄像机及辅材，室外监控点还包括立杆、防雷、接地、光端机等，井下监控设备和数据采集设备需要通过隔爆本安型安全认证。3.2.2 传输子系统即部署在煤炭企业内部的局域网线路，前端网络摄像机至煤矿监控中心、上级监控中心的网络，以上均采用光纤传输的方式。井下摄像机图像使用工业环网传回煤矿监控中心进行存储和网络传输。3.2.3 监控中心监控中心分煤矿监控中心和上级监控中心，各级平台构架、功能基本一致。煤矿监控中心可管理矿区所有设备，接收由所辖前端系统上报的环境、告警等信息，满足煤矿监控中心用户视频、环境信息查看、矿区设备控制的需求，同时也提供相关的视频、环境等信息给上级监控中心。上级监控中心可管理所辖管理矿区的所有设备，接收由所辖区域监控中心及直属前端系统上报的设备和环境信息，满足上级监控中心用户视频、环境信息查看、矿区设备控制的需求。3.3 总体描述结合安监部门有关技术规范和技术要求后综合考虑，我们认为安监监控系统应采用全网络视频监控的方式，并充分利用高清视频的优势，满足实时监控和事后回放的高清要求。本方案设计的监控系统采用自下而上的模式：3.3.1 煤矿监控中心该级中心为整体系统的一线使用者及平台基础，主要负责：1) 前端设备视频信号、告警信号的汇集，并且向各个上级监控中心平台转发。2) 煤矿监控分中心实现对图像的实时监视、切换控制、抓拍、高清数字编码、录像存储和网络共享；再通过各个煤矿相应区域设置的智能分析设备，起到对重要区域的智能分析预警、统计、识别的功能。3) 通过在该级平台配置视频综合平台及拼接屏，可以将本级下辖的视音频信号上电视墙。3.3.2 上级监控中心上级监控中心为煤矿监控中心的第一监督机构，对所辖各煤矿的图像进行拼接大屏轮询显示、接受报警、远程检查，并实现重点图像的二级备份存储。3.3.3 地面、井下前端系统主要是部署在地面、井下的各类摄像机、硬盘录像机、动力环境主机、传感器等，共同组成前端数据采集部分，将信号采集并上传到监控中心。3.4 功能设计综合监控系统除满足原有基本功能外，被赋予了许多新的要求，应具备如下功能：3.4.1 实时视频监控通过客户端和浏览器可以实时掌握监控区域内的一切情况，对所辖区域的任一摄像机进行控制，遥控云台的上/下/左/右和镜头的变倍/聚焦，对视角、方位、焦距进行调整，实现全方位、多视角、无盲区、全天候式监控并对摄像机的预置位和巡航进行设置控制应具有唯一性和权限性，同一时间只允许一个高权限用户操作。3.4.2 智能视频分析通过智能视频设备，支持穿越警戒面检测、进入离开入侵区域检测、物体快速移动检测、物品拿取放置检测、徘徊检测、人物聚集检测、人流量统计分析、人脸识别分析、全景画面拼接等应用。针对监视目标进行实时检测并按照用户设置的预案触发报警，发生入侵行为后，系统能对非法目标实现移动跟踪。除了行为分析外，系统还可通过智能车牌识别功能对来访车辆进行识别，已登记车辆自动开启门禁放行，未登记车辆联动报警并抓拍记录。3.4.3 录像存储功能本系统支持前端存储和中心存储两种模式，前端摄像的视频信号接入硬盘录像机存储数据，达到前端存储的需要，以供事后调查取证；也可安装存储服务器和存储设备，适合大容量多通道并发的中心存储需求。通过平台软件，可以对录像进行回放和下载；当前端与中心网络条件较好时可以选择前端存储和中心存储，当前端网络资源有限时，建议使用设备本地存储即可。3.4.4 电子地图支持JPEG、BMP格式位图的导入和显示，可导入平面图，在平面图上添加关联设备，直接在电子地图上就能看到每个设备，并在电子地图上实现远程设备控制，报警图标闪烁等功能。3.4.5 录像回放对监控视频进行实时存储，记录告警前后的现场情况；当发生重大安全事件时，通过网络调用回放录像，能够全程看到事情发生的经过，为事件的调查以及事后总结提供宝贵的资源。3.4.6 远程配置维护系统提供远程访问功能，管理员不必到达设备现场，就可修改设备的各项参数，实现校时、重新启动、修改参数、软件升级、远程维护等功能，提高的设备维护效率。3.4.7 B/S方式访问用户通过B/S（Brower/Server）方式访问系统，B/S方式采用标准的HTTP协议，具有很强的开放性和兼容性，通过标准的IE浏览器，相关负责人和管理人员可根据不同的权限对系统进行配置及监控，操作界面全部为中文可视化界面，使用非常方便。3.5 系统特点3.5.1 高清监控技术现有的视频监控系统，主要功能是记录事件的经过，在更多关键细节上做的还不够。随着视频监控技术的高速发展，用户对于视频监控产品的要求也在不断提高，“让我们看得更清楚”是许多用户提出的一个非常迫切的需求。在视频监控产品经历了模拟时代、数字时代、网络时代的发展后，现在已经逐步走入了高清时代，高清监控已成为未来安防行业主要发展技术之一。关于“高清”的定义，最早来源于数字电视领域，美国电影电视工程师协会提出了高清电视（HDTV）标准，分辨率需达到720p以上。安防行业内部对于高清没有成文的标准，模拟摄像机超过480线就宣称为高清，经数字编码后分辨率可以达到D1或4CIF；当网络摄像机出现后，分辨率满足720p才能称为高清。完整的高清方案需要前端、平台、传输、存储、浏览、显示等各环节都满足高清标准。通过下图可以看到CIF、4CIF、720P、UXGA的分辨率比较，可以清楚看到高清摄像机（720P、UXGA）的分辨率远大于标清摄像机（4CIF），分辨率的不同带来了清晰度的差异。3.5.2 防爆技术石油、化工、煤炭的国防等许多工业部门，在生产、加工、运输和贮存的各个过程中，经常可能泄露或溢散出各种各样的易燃易爆气体、液体和各种粉尘及纤维。这类物质与空气混合后，可能成为具有爆炸危险的混合物，当混合物的浓度达到爆炸浓度范围时，一旦出现火源即会引起爆炸和发生火灾等严重事故。在这类危险环境中使用的电气设备都必须时经过专业机构认证的具有防爆性能的产品，因此便有了防爆技术。现代用于工业生产的可燃物种类繁多，数量庞大，而且生产过程情况复杂，因此需要根据不同的条件采取各种相应的防护措施。从爆炸破坏力的形成来看，爆炸一般需要具备5个条件：1) 提供能量的可燃性物质（释放源）；2) 辅助燃烧的助燃剂（氧化剂）；3) 可燃物质与助燃剂的均匀混合；4) 混合物放在相对封闭的空间（包围体）；5) 有足够能量的点火源。上述条件中的点火源、可燃物质和助燃剂是燃烧爆炸的三要素，防爆技术就是根据这些爆炸条件，采取相应的技术措施和管理措施，达到预防事故的目的。 可燃物浓度的抑制爆炸强度与爆炸性混合物的浓度有密切关系，爆炸强度随浓度变化的关系近似于正办周期的正弦曲线，浓度国底或过高都不能发生爆炸，这两个点称为爆炸下限浓度或爆炸上限浓度。在爆炸下限浓度以下，由于可燃性物质的发热量已经低到不能维持火焰在混合物中传播所需要的最低温度，因而该混合物不能被点燃；若浓度逐渐增加而超过爆炸上限浓度时,虽然可燃物质增加，但助燃的氧气浓度低于化学当量值，不能满足混合物完全燃烧的需要，也不会发生爆炸。因此可以通过可燃物浓度的控制来预防爆炸事故的发生，或者把爆炸事故可能造成的破坏力降到最小限度。 氧浓度的控制在爆炸气氛中加入惰化介质时，一方面可以使爆炸气氛中氧组分被稀释，减少了可燃物质分子和氧分子作用的机会，也使可燃物组分同氧分子隔离，在它们之间形成以层不燃烧的屏障；当活化分子碰撞惰化介质粒子时会使活化分子失去活化能而不能反应。另一方面，若燃烧反应已经发生，产生的游离基将与惰化介质粒子发生作用，使其失去活性，导致燃烧连锁反应中断；同时，惰化介质还将大量吸收燃烧反应放出的热量，使热量不能聚积，燃烧反应不蔓延到其它可燃组分分子上去，对燃烧反映起到抑制作用。因此，在可燃物/空气爆炸气氛中加入惰化介质，可燃物组分爆炸范围缩小，当惰化介质增加到足够浓度时，可以使其爆炸上限和下限重合，再增加惰化介质浓度，此时可燃空气混合物将不再发生燃烧。 点火源的控制温度对化学反映速度的影响特别显著，对一般反应来说，若初始浓度相等，温度每升高10反应速度大约加快2至4倍。因此，温度（也就是通常所指的点火源）使加快反应速度，引起爆炸事故的最初因素，控制点火源使防止爆炸事故的重要措施之一。 减弱爆炸压力和冲击波爆炸现象的重要特征之一就是爆炸物质爆炸时，产生高温高压气体产物以极高的速度膨胀，使包围体内压力骤增，进而使包围体炸裂，形成冲击波，造成破坏力。为了防止或减弱因炸而使包围体内压力的骤增，应尽可能地不使包围相对封闭。 隔爆型结构隔爆型结构的电气设备再爆炸危险区域应用极为广泛，它不仅能防止爆炸火燃的传出，而且壳体又可承受一定的过压。它具有一个足够牢固的外壳，能经受内部爆炸气体混合物产生最大爆炸压力的1.5倍并不得小于3.510pa的冲击。确保不变形或损坏，不产生永久变形，并具有一定结构间隙以使喷射出来的燃烧生成物通过一定的法兰长度冷却到低于外部爆炸性混合物的自燃温度。结构间隙可以是平面结合面或圆筒结合面组成，还可以是曲路、螺纹或屏障式等结构组成。用于I类采掘工作面的设备，外壳须采用钢板或铸钢制成；I类非采掘工作面的设备，其外壳可有牌号不低于HT25-47灰铸铁制成，I类携带式设备和II类设备，外壳可用抗拉强度不低于117.6N/mm（12kg/mm）、含镁量不大于0.5%（重量比）的轻合金制成。目前海康威视提供的防爆产品满足所有防爆等级中最高等级Ex d IIC T6 Gb/DIP A 20 TA，T6。3.5.3 物联网传感技术物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其英文名称是：“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网就是“物物相连的互联网”。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。活点定义：利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用，但物联网中所有的元素（所有的设备、资源及通信等）都是个性化和私有化的。本系统主要采用的物联网传感技术的设备包括温度传感器、风速传感器等。3.5.4 智能分析技术上级平台管理着所辖区域成百上千个监控点，单凭平台十几个电视屏和几个值班人员，是难以兼顾的。传统DVR的主要作用是事后调查回放，往往都是事故发生后，才去查阅相应的视频，仅仅作为案件的回顾。而不能防患于未然，在事件发生时就及时发现并进行控制，从而减少误操作，预防人身伤亡事故。由于煤矿监控点位多、视频信息量大、无效视频信息多，通过智能视频分析过滤功能可减少无用视频信息，将大量无用信息过滤在前端，制定分析策略后将有价值的视频信息提取并存放到上级平台。早期的视频移动探测技术（VMD）并不是真正意义上的智能视频分析技术，仅仅具备移动探测功能，在目标跟踪、分类、识别等方面功能较弱，还会产生大量误报。由于VMD技术的缺陷，就产生了基于背景建模和目标追踪技术的智能视频分析（IVS）技术， 这里的IVS技术是个泛指以示与VMD技术的区别。智能视频监控系统，与传统的监控系统相比，具有更优的有效性和持久性。海康威视智能视频服务器可以对多种行为进行视频分析，它能够识别不同的运动物体，能够实现全天候工作，发现监控画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，提高报警处理的及时性，从而能够更加有效的协助安全人员处理危机，并最大限度地降低误报和漏报现象。第4章 前端系统设计4.1 前端系统概述数字化煤矿综合视频监管系统的前端分为地面监控和井下监控两个部分，分别针对不同的监控环境，需要部署不同类型的各类监控设备。4.2 视频监控系统4.2.1 常规视频监控 地面监控点部署地面监控主要是针对采煤工人住宿区、堆煤场、矿区等多个区域，分别针对不同的区域建议使用不同类型的摄像机。序号监控位置部署摄像机类型设备选型1住宿区网络半球摄像机2矿区红外高清球机3周界红外高清摄像机 井下监控点部署井下监控由于网络的限制，主要以无线传输方式为主，并且需要具有防爆炸的功能以适应井下易燃易爆的环境。序号监控位置部署摄像机类型设备选型1煤井隔爆本安型摄像机 监控点配套1) 电源及控制线路前端摄像机建议采用UPS统一供电，UPS供电线路部署到每个楼层，通过变压后输出给前端摄像机，直流供电线路采用RVV2*1.0；数字硬盘录像机到可控云台摄像机之间部署控制线缆，采用RVVP2*1.0。2) 线缆敷设在线缆敷设方面，除了选择充分满足标准的线缆之外，我们还建议以下基本要求：l 线缆长度应满足距离要求，避免电缆的破裂接续，若必须接续时，采用焊接方式或者专用连接器；l 电源电缆和信号电缆应分开铺设；l 所有电缆应避开恶劣环境，如高温热源和化学腐蚀区等；l 所有电缆应远离高压线或大电流电缆，不易避开时应各自专配金属管，并尽可能地埋入地下；l 当在建筑内铺设时，应按建筑设计规范选用管线材料及铺设方式，埋于建筑物体内；l 电缆穿管前应清理管内杂物，穿线时宜涂抹黄油或滑石粉，进入管口的电缆应保持平直，管内线缆不能有接头和扭结，穿好后应作防潮、防腐等处理；l 电缆应从所接设备下部穿出，并留出一定余量；l 在电缆端做好标志和编号，便于事后排查。4.2.2 智能视频监控 人脸识别和人流量统计由于矿难事故时有发生，经常会出现在煤矿中有矿工因为意外事故导致进去以后就再也出不来的情况，在煤矿上，一般会有专门的记录人员，通过人工的方式记录每次入井、出井人员的情况，确保每次入井采煤工人的人身安全，但这种方式效率比较底下，容易产生人员遗漏并且耗时耗力。目前可实现在井口安装人流量统计智能分析服务器和人脸识别分析服务器实现智能人员统计和识别的功能，通过安装在井口的摄像机自动判断每次进出的人数和人员分析，从而能够判定每次下井时有多少采煤工人进去，有多少采煤工人出来，并且可以确定进出人员的身份，同时可以通过人脸识别对防止不法人员进入矿井，通过这两套系统大大完善了现有手工记录系统，并且实现减员增效。通过在井口安装的高清摄像机，配合在前端煤矿监控中心安装的人流统计智能分析服务器和人脸识别分析服务器，可以实现对出入井口人流量的数据统计和人脸识别。 画面全景拼接对于煤矿地面的选煤厂，由于应用场景较大，一个摄像机无法真正清晰的展示整个选煤厂的全貌，无法给出一种满意的高清视频，更无法对视频中的事物进行高清分析，由此而带来的就是高投入和多画面展示，不仅仅视觉效果不好，也不能最大程度的满足高清大画面的需求。随着视频拼接市场需求的逐步凸显，图像拼接技术得以在视频监控领域初步运用，海康威视基于自身在视频监控领域的技术积累，深度分析了视频拼接系统在视频监控领域的实际需求，推出了基于图像拼接技术的视频拼接系统。图像拼接技术通过将来自不同视角的图像拼接在一起得到高分辨率图像，解决了煤矿地面选煤厂大场景高清晰监控的迫切需求，用户可以在一幅视频图像上直接查看选煤厂整体高清画面的需求。 周界智能分析为了进一步加强煤矿地面区域的周界防范，可选用周界智能分析系统，通过前端采集图像信息，监控中心周界智能分析服务器能够智能的分析周界划定的区域，一旦有人跨入区域就可实现报警，周界智能分析系统能够准确定制报警区域，并直接弹出报警图像信息，能够清晰的查看报警区域的警情。4.3 隔爆本安型摄像机可用于有甲烷等爆炸性危险气体的环境。4.3.1 产品图片4.3.2 防爆型式及防爆标志l 防爆型式：矿用本质安全型l 防爆标志：ExibI4.3.3 工作电压及工作电流工作电压：DC12V工作电流：620mA4.3.4 要技术指标l 图像：彩色，低照度时自动切换为黑白l 最低照度：彩色:0.01Lux(F1.2,AGCON)黑白:0.001Lux(F1.2,AGCON)l 最大分辨率：1280960l 灰度等级：7级l ICR红外滤片式自动切换，实现真正的日夜监控l 接口数量：1路本地模拟输出接口，1路以太网接口与1路光纤接口4.3.5 传输性能 光端口l 传输速率：100Mbit/sl 波长：1310nml 光发射功率：-20dBml 最大传输距离：20km（单模光纤） 以太网电端口l 传输方式：TCP/IPl 传输速率：10M/100Mbps（自适应）l 信号工作电压峰峰值：15Vl 传输距离：100m 模拟视频端口l 接口特性：1Vp-pCompositeOutput(75/BNC)4.4 高清监控产品4.4.1 高清网络球机 产品图片 红外功能l 最低照度0Lux l 采用高效红外阵列，低功耗，照射距离达150ml 红外灯与倍率距离匹配算法，根据倍率及距离调节红外灯亮度，使图像达到理想的状态l 内置热处理装置，降低球机内腔温度，防止球机内罩起雾l 恒流电路设计，红外灯寿命达3万小时l 支持Smart IR 系统功能l 采用高性能传感器，图像清晰，最大分辨率可达1280x960 l 精密电机驱动，反应灵敏，运转平稳，精度偏差少于0.1度，在任何速度下图像无抖动l 支持标准的API开发接口，支持海康SDK、ONVIF、CGI和PSIA协议接入l 支持PAL/NTSC制式切换，具有良好的地区适用性l 支持RS-485控制下对HIKVISION、Pelco-P/D协议的自动识别l 支持三维智能定位功能，配合DVR/客户端软件/IE可实现点击跟踪和放大l 支持3D数字降噪l 支持多语言菜单及操作提示功能，用户界面友好l 支持系统双备份功能，确保数据断电不丢失l 支持断电状态记忆功能，上电后自动回到断电前的云台和镜头状态l 支持防雷、防浪涌、防突波l 室外球达到IP66防护等级l 支持定时任务预置点/花样扫描/巡航扫描/自动扫描/垂直扫描/随机扫描/帧扫描/全景扫描/球机重启/球机校验/辅助输出等功能l 支持智能运动跟踪功能 机芯功能l 30倍光学变倍，16倍数字变倍l 支持自动光圈、自动聚焦、自动白平衡、背光补偿l 支持超低照度，0.05Lux/F1.6(彩色),0.005Lux/F1.6(黑白) ,0 Lux with IRl 支持宽动态功能l 支持透雾功能l 支持强光抑制功能l 支持多边形隐私遮蔽，多区域可设，多颜色、马赛克可选 网络功能l 采用高性能平台，性能可靠稳定l 支持以太网控制，同时支持模拟输出l 可通过IE浏览器和客户端软件观看图像并实现控制l 支持SDHC卡和标准的SD卡存储l 支持NAS存储录像，录像可断网续传，最高可支持8个NAS盘l 支持三级用户权限管理，支持授权的用户和密码，支持HTTPS加密和IEEE 802.1x网络访问控制，IP地址过滤l 支持三码流技术l 支持ROI感兴趣区域增强编码l 支持H.264/MJPEG/MPEG4视频压缩算法，支持多级别视频质量配置，支持H.264编码复杂度Baseline/Main/High Profile支持实时视频输出分辨率为960p和HDTV720p(符合SMPTE296M标准)l 支持多种网络协议，IPv4/IPv6,HTTP,HTTPS,802.1x, Qos,FTP,SMTP,UPnP,SNMP,DNS,DDNS,NTP,RTSP,RTP, TCP,UDP, IGMP,ICMP,DHCP,PPPoEl 支持1路音频输入和1路音频输出 云台功能l 水平方向360连续旋转，垂直方向-2-90,无监视盲区l 水平预置点速度最高可达240/s,垂直预置点速度最高可达200/sl 水平键控速度为0.1 -160/s,垂直键控速度为0.1 -120/sl 支持256个预置位,并具有预置点视频冻结功能l 支持8条巡航扫描,每条可添加32个预置点l 支持4条花样扫描,每条路径记录时间大于10分钟l 支持比例变倍功能,旋转速度可以根据镜头变倍倍数自动调整l 支持守望功能，预置点/花样扫描/巡航扫描/自动扫描/垂直扫描/随机扫描/帧扫描/全景扫描可在空闲状态停留指定时间后自动调用(包括上电后进入的空闲状态)l 支持报警功能，内置7路报警输入和2路报警输出，支持报警联动，可在报警后触发调用预置点/巡航扫描/花样扫描/SD卡录像/触发开关量输出/客户端电子地图 产品参数机芯图像传感器1/3ProgressiveSca