胡 楠

(陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為選煤廠綜合自動化的組成部分，在選煤調(diào)度、安全監(jiān)控等方面起到十分重要的作用。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以使管理人員準(zhǔn)確直觀地掌握各生產(chǎn)環(huán)節(jié)、關(guān)鍵部位和設(shè)備的運(yùn)行及操作情況，可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控、記錄與回放，可以實(shí)時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，有效地促進(jìn)了選煤廠的安全生產(chǎn)[1]。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀

新景選煤廠初始設(shè)計洗選能力為360萬t/a，經(jīng)多次升級改造，洗選能力已達(dá)850萬t/a。采用全重介洗選加工工藝，即塊煤重介淺槽排矸系統(tǒng)+末煤無壓三產(chǎn)品重介旋流器+粗煤泥螺旋分選機(jī)+尾煤壓濾和烘干聯(lián)合工藝。主要產(chǎn)品有洗中塊、洗小塊、1#、2#、4#噴吹精煤、電煤和煤泥。全廠主要由原煤準(zhǔn)備篩分系統(tǒng)、塊煤洗選系統(tǒng)、末煤洗選系統(tǒng)、煤泥水處理系統(tǒng)和產(chǎn)品儲裝運(yùn)系統(tǒng)組成。

在各生產(chǎn)車間安裝的前端模擬攝像機(jī)已使用多年，像素較低且設(shè)備老化，模擬信號受傳輸距離的影響，會發(fā)生衰耗、畸變、延時等問題，并且信號極易受到干擾，因此視頻圖像色彩模糊、質(zhì)量較差且圖像抖動[2]。另外，攝像機(jī)的視頻圖像經(jīng)過普通模擬硬盤錄像機(jī)編碼存儲后，圖像質(zhì)量進(jìn)一步失真，錄像質(zhì)量難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。盡管在集控室豎起了大屏，但視頻系統(tǒng)的作用并未全部發(fā)揮，還停留在傳統(tǒng)的監(jiān)視和錄像功能上[3]。雖然能夠發(fā)現(xiàn)問題，但很難及時作出處理，大多數(shù)也僅處于“事后處理”的水平上[4]。

新景選煤廠的視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍然是人工監(jiān)視為主、視頻為輔的“被動化”監(jiān)控模式，如何喚醒視頻監(jiān)控系統(tǒng)的自身“主動性”，打造智能化監(jiān)控系統(tǒng)，成為新景選煤廠構(gòu)建全新視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要思考的重要問題。

2 關(guān)鍵技術(shù)

智能視頻系統(tǒng)或設(shè)備能夠?qū)Σ僮魅藛T的違章行為進(jìn)行預(yù)警性的提示和管理，并且進(jìn)行事后的問題處理。如何真正有效辨識穿越警戒面、人物非正常聚集、對人員所處安全位置的判斷等等，都成為新景選煤廠急需依靠智能視頻監(jiān)控解決的問題，也是本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中作為“大腦”的是移動偵測技術(shù)（英文翻譯為“Motion detection technology”），一般也叫運(yùn)動偵測[5]。它對視頻圖像序列自動地進(jìn)行運(yùn)動對象的提取、描述、跟蹤、識別和行為分析，借助計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析，迅速屏蔽掉監(jiān)控者不關(guān)心的信息，給監(jiān)控者呈現(xiàn)出有效信息。它按照不同幀率采集得到的圖像通過CPU按照一定算法進(jìn)行計算和比較，當(dāng)畫面有變化時，如有人走過，鏡頭被移動，計算比較結(jié)果得出的數(shù)字會超過閾值并指示系統(tǒng)自動作出相應(yīng)的處理。目前常用的圖像采集方法有背景減除法、時間差分法、光流法[6]。根據(jù)使用環(huán)境的不同，圖像采集也會遇到一些問題：比如對背景變化的可適應(yīng)性、目標(biāo)特征的有效甄別、監(jiān)控對象的遮擋等問題。特別是在選煤廠的使用環(huán)境更容易受到光照、噪音、天氣及被障礙物遮擋等情況，而影響到系統(tǒng)的使用效果。因此構(gòu)建系統(tǒng)的關(guān)鍵是找到最能適應(yīng)選煤廠實(shí)際的圖像采集方式和計算方法。

根據(jù)選煤廠的生產(chǎn)環(huán)境，車間內(nèi)已經(jīng)安裝部分?jǐn)z像機(jī)，因此拍照過程中最主要的因素是光線的改變。另外，工人在工作過程中的速度并不快，且不經(jīng)常發(fā)生運(yùn)動（移動），并綜合考慮到車間的光線變化，以及機(jī)器振動（共振），最終選用背景減除法進(jìn)行圖像檢測，并采用混合高斯模型進(jìn)行背景建模及更新。首先，背景減除法檢測物體簡單，速度快，對噪聲敏感度低，可克服幀間差分法的空洞現(xiàn)象，可以滿足選煤廠實(shí)時檢測的需求。同時為了克服背景減除法對背景變化過為敏感的問題，結(jié)合了基于混合高斯模型的算法，方便快捷，適用性高。這也為新景礦智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供了可靠的算法保證，提供了智能的“大腦”[7]，視頻綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 硬件系統(tǒng)

新景礦屬于高瓦斯礦井，選煤廠很多區(qū)域按照瓦斯區(qū)管理，選用的攝像頭防護(hù)等級為IICT6，符合國家爆炸性氣體環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求[8]。本次共新增65臺紅外筒型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、50臺半球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、15臺防爆網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、20臺紅外網(wǎng)絡(luò)高清中速智能球機(jī)，共計150臺。系統(tǒng)選用的攝像機(jī)最高像素達(dá)到130萬，并可以節(jié)省大量的帶寬及存儲空間，它可以在煤塵較大、光線較暗、逆光等環(huán)境下呈現(xiàn)清晰圖像。

圖1 視頻綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)圖

在集控室內(nèi)安裝了監(jiān)控管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、存儲服務(wù)器，可以允許50人同時流暢地瀏覽各監(jiān)控圖像。集控室原來的DLP大屏全部更換成LED光源，同時在末煤和塊煤等重點(diǎn)生產(chǎn)車間設(shè)立了控制室，能夠顯示本車間的崗位視頻和設(shè)備流程圖。中央集控室可以顯示全廠所有監(jiān)控圖像，并能對所有圖像進(jìn)行控制操作，末煤和塊煤車間只保留瀏覽功能。

視頻綜合平臺支持視頻圖像信息的解碼輸出，通過視頻綜合平臺可實(shí)現(xiàn)原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)和新建視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像信息的解碼輸出和前端設(shè)備云臺控制,軟件平臺通過視頻設(shè)備接入模塊對非統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的視頻碼流進(jìn)行轉(zhuǎn)換并顯示圖像到軟件客戶端上[9]。

3.2 視頻監(jiān)控軟件設(shè)計

新景選煤廠智能視頻監(jiān)控平臺采用模塊化構(gòu)建方式，通過良好的分層結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一的接口服務(wù)，可以有效地降低系統(tǒng)構(gòu)建的復(fù)雜度。平臺系統(tǒng)根據(jù)分層的設(shè)計理念把系統(tǒng)分成以下幾個層次：基礎(chǔ)平臺、平臺服務(wù)、業(yè)務(wù)邏輯子系統(tǒng)、應(yīng)用子系統(tǒng)。

基礎(chǔ)平臺對操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、安全加密、多媒體協(xié)議的封裝，屏蔽差異，實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用的平臺無關(guān)性，提高開發(fā)效率和系統(tǒng)兼容性。

平臺服務(wù)層提供了中心管理、認(rèn)證授權(quán)、流媒體、存儲管理、報警管理、電視墻代理、云臺代理、網(wǎng)管服務(wù)、接入管理、智能分析、Web服務(wù)器等通用服務(wù)外，還提供了電信級系統(tǒng)必須具備的負(fù)載均衡、雙機(jī)熱備、全網(wǎng)校時、系統(tǒng)級聯(lián)等服務(wù)。

4 應(yīng)用效果分析

新景選煤廠通過智能視頻監(jiān)控平臺，在完成基本視頻監(jiān)控的同時，還可以對監(jiān)控點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動巡視功能；支持預(yù)覽按幀抓拍及連續(xù)抓拍；可在本地查看抓拍的圖片，并在抓拍的圖片上添加備注信息以便做好標(biāo)記；可以對前端的攝像機(jī)鏡頭進(jìn)行放大、縮小、聚焦，支持轉(zhuǎn)動速度控制，光圈放大縮小，燈光、雨刷自動掃描，鏡頭的變倍變焦。

監(jiān)控人員事先對生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生的問題進(jìn)行報警分級設(shè)置，包括視頻系統(tǒng)本身問題的報警和檢測對象的報警。當(dāng)發(fā)生報警后，系統(tǒng)自動啟動包括視頻圖像、聲光顯示、信息疊加，語音對講在內(nèi)的客戶端聯(lián)動，迅速通過EMAIL通知、短信發(fā)送、電子地圖、通道抓圖等方式完成輸出聯(lián)動，同時支持手動插入備注信息，所有報警信息及確認(rèn)信息均自動保存，并以報表形式導(dǎo)出，監(jiān)控人員還可以在電子地圖上查看報警錄像，報警點(diǎn)的相關(guān)信息也會實(shí)時顯示出來，實(shí)現(xiàn)了從被動監(jiān)控到主動預(yù)防的轉(zhuǎn)變，降低了監(jiān)控人員的工作負(fù)荷，提高了工作效率。據(jù)統(tǒng)計，對于人員越界的檢測準(zhǔn)確率達(dá)90%以上，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主界面如圖2所示。

5 結(jié)語

本文主要針對新景選煤廠原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不足，進(jìn)行了智能化升級。在硬件上拓展了原系統(tǒng)的存儲空間，提高了攝像頭的拍攝速度和拍攝精度，監(jiān)控畫面的存儲質(zhì)量也大為提升。特別是針對選煤廠的安全管理問題，基于背景減除法和混合高斯模型的視覺智能算法，結(jié)合選煤廠實(shí)際，對監(jiān)控視頻進(jìn)行運(yùn)動目標(biāo)檢測與分割，以確定是否處于安全區(qū)域，有效地提升了選煤廠的本質(zhì)安全水平。智能監(jiān)控視頻的應(yīng)用也為選煤廠向無人化、智能化、高效化發(fā)展奠定了視頻保障基礎(chǔ)。

圖2 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主界面