張崴 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所/安徽博微廣成信息科技有限公司 馬恒哲 華北電力大學(xué)/伊利諾伊理工大學(xué)

李陽(yáng) 安徽博微廣成信息科技有限公司

近年來，在煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，無(wú)人工作面一直是研究的重點(diǎn)，通過遠(yuǎn)程操控各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，包括采煤、運(yùn)輸、移架以及推溜等各項(xiàng)工作，而數(shù)字視頻技術(shù)就是無(wú)人工作面中的重要構(gòu)成部分。

1 數(shù)字視頻技術(shù)在自動(dòng)化工作面的應(yīng)用

將數(shù)字視頻技術(shù)應(yīng)用在自動(dòng)化工作面中可以實(shí)時(shí)顯示工作面的生產(chǎn)情況，這種開采方式不僅能做到工作面少人化，同時(shí)也有效避免安全事故的發(fā)生，并且也能降低煤礦在人力資源方面的投入，促進(jìn)了煤礦經(jīng)濟(jì)效益的提升。

在自動(dòng)化工作面應(yīng)用數(shù)字視頻技術(shù)需要合理的布置數(shù)字視頻系統(tǒng)，通過礦井網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)視頻攝像頭與服務(wù)器的連接，在工作面外設(shè)置監(jiān)視器以及計(jì)算機(jī)，工作人員通過監(jiān)視器可以完整的看到工作面的情況，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)。

2 自動(dòng)化工作面的在工作系統(tǒng)構(gòu)成

自動(dòng)化工作面的工作系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，分別是采集裝置、視頻監(jiān)測(cè)裝置以及采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置，通過三種裝置的協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)。

2.1 視頻采集裝置

視頻采集裝置使用硬編碼方式，采用TMS320 與DM6446 雙DSP 核心架構(gòu)，視頻編碼采用H.264，系統(tǒng)處理時(shí)間約300ms。通過這種設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)化，調(diào)度人員可以通過服務(wù)器查看工作面實(shí)時(shí)情況。

視頻采集裝置的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于攝像頭的布置，監(jiān)控工作面的所有情況，就要保障相鄰攝像頭拍攝的畫面有一定的重疊，需要合理的規(guī)劃位置和視頻點(diǎn)的密度。由于拍攝角度固定，因此，攝像頭與工作面的距離越遠(yuǎn)，則視場(chǎng)角越大，所需的攝像頭越少，投入成本就越低。此外，控制攝像頭與工作面距離的前提是要保證拍攝畫面的清晰。

為了確保布置方案可行，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)踐，首先，考慮到后期維護(hù)的便捷性，計(jì)劃將攝像頭布置在工作面支架的下方，如圖一所示。

圖一 支架示意圖

經(jīng)過嚴(yán)格的論證分析，將攝像頭布置在H 點(diǎn)，攝像頭到工作面的距離約與JK 之間的距離一致，相鄰兩個(gè)支架之間的間距不超過1.5m；經(jīng)過實(shí)地驗(yàn)證，每3 個(gè)支架布置一個(gè)攝像頭最佳，既可保證畫面的清晰度，又能保證最大拍攝視場(chǎng)角。據(jù)此作出的布置方案如圖二所示，攝像頭布置A 點(diǎn)和B點(diǎn)，以A 點(diǎn)的攝像頭為例，其朝向?yàn)镃D 的中點(diǎn)，可觀測(cè)區(qū)域?yàn)镃D 之間的區(qū)域，恰好與相鄰攝像頭拍攝的畫面實(shí)現(xiàn)重合，確保工作人員可以完整的觀測(cè)工作面的情況。

圖二 攝像頭布置方案

2.2 視頻顯示裝置設(shè)計(jì)

視頻采集系統(tǒng)的主要功能是采集視頻信息并轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，通過礦井網(wǎng)絡(luò)完成信號(hào)傳輸，而視頻顯示裝置的主要功能就是接受傳輸?shù)男盘?hào)，并完成視頻解碼，實(shí)現(xiàn)畫面顯示和記錄。

在整個(gè)工作面自動(dòng)化工作系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)控制的核心，而視頻解碼工作也由計(jì)算機(jī)完成，包括后續(xù)的畫面顯示、分析、記錄都通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理[4]。計(jì)算機(jī)的工作流程如下：（1）根據(jù)工作面支架變化選擇對(duì)應(yīng)的IP 地址；（2）根據(jù)IP 地址向相應(yīng)的攝像頭拉取視頻信息，并等待攝像頭反應(yīng)；（3）如果攝像頭正常反應(yīng)則計(jì)算機(jī)正常接收數(shù)字信號(hào)；如果視頻攝像頭沒有正常反應(yīng)，則需要立即啟動(dòng)故障診斷，并盡快修復(fù)；（4）完成數(shù)字信號(hào)解碼，實(shí)時(shí)顯示工作面的畫面；（5）截取其中有效的視頻畫面，并保存相關(guān)視頻資料，以備后續(xù)查詢。

在實(shí)踐過程中，視頻顯示系統(tǒng)可以根據(jù)采煤機(jī)的實(shí)時(shí)工作位置連接不同位置的攝像頭，這樣工作人員就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的有效控制，并實(shí)時(shí)掌握工作面的情況。

2.3 采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置設(shè)計(jì)

采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置的控制核心也是計(jì)算機(jī)，通過礦井網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與采煤機(jī)的連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的有效控制。計(jì)算機(jī)通過實(shí)時(shí)通訊采集采煤機(jī)運(yùn)行過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行實(shí)施遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制裝置具備急停、閉鎖、控制搖臂升降、控制牽引加減速等控制功能。

采煤機(jī)在運(yùn)行過程中，每次切割的情況可能會(huì)略有差異，預(yù)定的運(yùn)行軌跡也可能與實(shí)際情況存在差異。因此，工作人員通過計(jì)算機(jī)實(shí)施監(jiān)測(cè)，獲取采煤機(jī)的工作狀態(tài)，根據(jù)采煤機(jī)運(yùn)行過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)，避免出現(xiàn)誤操作或者誤動(dòng)作。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的煤炭開采技術(shù)經(jīng)歷了由人力開挖到機(jī)械輔助到自動(dòng)化機(jī)械開采的漫長(zhǎng)過程中，通過自動(dòng)化生產(chǎn)可以達(dá)到少人化的目的，有效滿足市場(chǎng)對(duì)于煤炭資源的需求。將數(shù)字視頻技術(shù)應(yīng)用在自動(dòng)化工作面中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而使工作人員可以完成對(duì)開采工作的遠(yuǎn)程控制。