某煤矿无线网络监控系统方案.docx

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某煤矿无线网络监控系统方案

 某煤矿矿区

无线网络视频监控系统

解决方案

二零一零年十月

第一章网络视频监控系统简介

系统概述：

    随着国内各行业信息化建设的需要，目前各地市公安、电力、金融、交通、水利、油田、煤矿等部门，已建立综合信息网络系统。

其中图像监控是这些部门信息化建设的重点需求之一。

如何利用已建立的综合信息网络系统，将无线监控业务融合在系统中，既可以减少因建立专用监控网络系统的投资，又可以满足各业务职能部门监控信息共享的需要。

煤炭是我国重要的能源资源，我国的煤炭工业长期停留在人工开采水平，生产效率低，安全隐患多，如瓦斯爆炸、地下渗水等事故经常发生。

随着计算机应用在各行各业的逐步普及，煤炭生产水平目前逐步实现了自动化，生产效率大大提高。

因为煤矿开采的特殊环境，容易发生事故，煤矿行业也被称为高危险的行业。

利用广角远程视频监控系统，地面或中心监控人员可以直接对井下情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，通过在井下安装温湿传感器瓦斯探测器，能及时发现事故苗子，防患于未然，也能为事后分析事故提供有关的第一手图像资料，为将来的安全生产提供可靠的保证。

因此广角远程视频监控系统是现代矿井安全生产监控系统的重要组成部分。

根据视频监控业务方面的要求，我们采用网络化分布式视频接入、集中控制管理、分布式共享的策略采用无线通讯方式来实现煤矿矿区的视频监控功能。

  网络化分布式报警信号和视频接入，是指采用专用的视频接入设备就近将监控视频接入网络。

集中控制管理，是指通过专门的视频服务器和数传电台接收机来控制和调配监控视频的接入和访问服务、以及报警信息处理等。

 分布式共享，是指通过网络方式实现监控视频的传输，满足多个业务职能部门用户的共享需求。

系统特点：

●系统可方便的融入综合信息网络系统中，不需要通过专用的视频监控传输信道；

●系统可方便的实现监控视频的实时接入和实时控制；

●系统可实现监控视频的分布式共享和控制；

●系统可实现监控视频的统一调度和集中控制管理，并可实现接入视频速率的可调可控，保证网络不致于因视频接入的无限制增加而造成整个网络拥塞的发生，保证整个网络系统运行的安全可靠

●系统扩充容易、安全可靠性高。

第二章视频监控系统简介

视频监控能给建设单位或机构带来直观、方便的视觉效果。

它广泛用在各种场合，比如仓库的监控、重要交通要道的监控以及其它林业、水利、油田、煤矿、边防等重要位置的视频监控。

您可以坐在自己的办公室里，就可以看到您的机构各个重要场合的实时图像情况；您还可以不离开办公室就能处理各现场的突发事件，监视事件处理的全过程，并能看到处理后的现场图像效果。

一般可以采用以下三种方式实现视频监控。

2.1模拟图像监控

由摄像机、模拟编解码器、视频矩阵系统、监视器、控制键盘以及录像机等组成。

在构建这样的一套系统的时候，需要铺设专门的视频线、电源线以及控制线。

因此，其缺点也很明显：

传输距离近，一般只在一两公里；只能在本地控制中心监视，不方便于重要人员在远程自己的办公室就能监视；若采用光纤，可以远传，但造价太高。

2.2多媒体视频监控

由摄像机、编解码器、工控机（或嵌入式设备）、视频编解码卡、监控软件等组成。

在构建这样的一套系统的时候，也需要铺设专门的视频线、电源线以及控制线，用计算机（或嵌入式设备）取代了模拟监控系统的视频矩阵、监视器，用硬盘取代了录像机。

这样的一套系统功能强，灵活性高，计算机（或嵌入式设备）具有以太网接口，可以通过以太网把图像传送到相关领导办公室的计算机上，可以通过授权随时查看。

缺点是：

需要铺设专门的线路；软件的开放性不好，只能在有专门视频编解码卡的计算机（或嵌入式设备）上面进行控制，但效果并不是太佳。

2.3基于IP视频服务器的远程视频监控

只需要摄像机、IP视频服务器（或者网络摄像机）就可以把监控图像传至您机构内部的计算机网络上，在网络上任意一台计算机上面都可以通过授权观看。

管理人员只需要移动鼠标或者敲击键盘就可以控制摄像机的动作。

其优点是不需要单独铺设专门的线路，省去了各种复杂的电缆，从而降低了成本；只要您机构内部计算机网络能到达的哪里，图像就可以传送到哪里，因此，您可以在任何一台计算机上面都可以观看监控图像或控制云台及镜头的动作。

缺点是：

必须采用网线传输，一般的专线网，如ADSL、ISDN等，但这对于视频传输来讲是远远不够的，即受到网络带宽的限制。

故此法对于没有网络资源的机构就不太适用。

第三章方案总体设计

系统描述及组成：

1、本系统是某煤矿矿区的远程网络视频监控系统。

系统概况和要求如下：

在露天矿区安装100个点监视系统，监控中心离矿区40公里，要求同时传输32路监视信号，在监控中心可随意切换这100路的监控状况。

矿区的摄像机需要防尘防雨水，晚上也需要监视，监控中心要求配有监视器、电视墙、需要存储数据，录像、随意切换的功能。

监控点组成：

点由网络视频接入单元、云台控制器、解码器、摄像机和云台等设备组成。

网络视频接入单元，即视频服务器，可将模拟视频压缩成标准的数字视频，以接入网络；并可随时接收图像客户端或图像控制台的控制命令，实现对云台和摄像机等控制操作。

2、系统组成

 网络传输设备：

主要由无线扩频设备及相应天馈线等组成的无线链路组成。

 总监控中心：

总监控中心主要由数据存储服务器、盘阵、视频分发服务器、中心管理服务器、监控终端、监控软件、视频输出单元等组成。

数据存储服务器和盘阵主要是用来存储视频图像资料，视频分发服务器主要是将采集到视频分发到网络中的各个访问节点，网络中的中心管理服务器主要实现整个系统监控视频的调配管理。

视频输出单元（数字矩阵）实现数字视频从网上的输出后送电视墙显示；图像的控制（包括监控点图像切换、云台控制和摄像机镜头控制）统一由监控软件来进行管理。

系统可将不同的监控点按用户的类别分成若干个不同的访问级别，优先级最高的用户拥有对视频图像的控制权，优先级较低的用户只有被动观看权；优先级高的用户可强行接管对图像的控制权。

之所以采用这样的系统是考虑到煤矿矿区的地理特点，如果采用有线方式来做，实现起来很困难，造价也很高，出于降低成本考虑，故采用无线方式来做。

基于以上的分析及叙述，我们建议采用无线网络传输方式的多媒体视频监控系统。

其理由如下：

1、无线传输方式的成本比租用线路或自己铺设光缆造价都低,并且两点间的传输距离可以达到20KM以上，通过多级级联可至无穷远。

2、我们使用的传输系统可以根据地理环境的特点施工，替代光纤，降低成本。

3、由于多媒体视频监控系统接口灵活，要求专人专机控制，硬盘记录的图像可以设置为不可更改其日期和完整性，并可以设置多级访问密码，适合做相关证据使用，适合这种特殊使用的条件。

3.1监控系统在煤矿矿区应用中的作用及功能

1、电视监控以直观、真实、有效而被广泛应用在许多重点防范地区。

电视监控能在煤被盗时及时取证，各级领导可以实时监看矿区的工作情况。

2、电视监控能在煤被盗或现场发生意外事件时把现场的图像传回指挥中心，值班人员可以在控制中心看到现场的实际情况，及时调动相关人员，去解决现场问题，把损失降到最小。

3、电视监控能真实记录矿区发生意外事件的全过程的真实情况，从而对事件的处理提供真实记录和现场证明。

4、通过计算机网络（以太网，TCP/IP）无线网络传输活动图像、声音和数据机构紧凑、功能自主的系统，在发送端无需使用PC机，易于使用：

内置的HTTP服务器，可实现基于Browser的配置和显示JPEG编码的视频图像高质量、全运动的活动图像，兼容ITU-TH.261标准高的图像解析度，最大可以达到每秒30，704×575像素。

有发送器（压缩）和接收器（解压缩）两种设备，可以通过软件解压器接收和回显视频信号，提供透明全双工数据通道（RS232），例如可传送云台、变焦摄像头的控制信号。

可选的全双工音频传输实现采油站或者计量站至中心控制室语音通话，方便维修人员与中心控制室的联系。

3.1.1矿区监控功能指标

1、探测与图像信号采集

Ø视频探测：

能有效探测现场图像，夜晚红外感光图像除外；

Ø视频监控：

依据要求安装时变焦距镜头；夜间为半径500米；

2、像信号传输

视频监控装置的图像信号，控制信号均采用国际免许可频段5.8G无线技术传输，其指示如下：

Ø载频工作频率范围5.725GHz-5.825GHz；

Ø具有LAN接口，RJ45接口；

Ø传输协议：

IEEE802.11b

Ø传输信号加密；

3、统扩充性及预留接口

视频监控系统为将来站内自动计量预留10BASE-T接口、RS232串行接口各一个。

3.1.2矿区监控箱功能指标

1、视频探测与图像信号采集

视频探测：

能有效探测现场图像，达到四级图像要求，夜晚红外感光图像除外；

Ø视频探测范围：

依据中心控制室调整焦距范围，现场使用的镜头焦距为10mm-300mm,30倍光学变倍;

Ø视频探测的光圈调整：

靠摄像机自动光圈控制来完成，可以设置手动方式；

Ø视频识别：

当有人站在井口位置，通过摄像机录像可以看清五官，辨别身份（在有效监控半径内）；

2、图像信号传输

视频监控装置的图像信号，控制信号均采用无线扩频技术传输，其指示如下：

Ø载频工作频率范围5.725GHz-5.825GHz；

Ø具有LAN接口，RJ45接口；

Ø传输协议：

IEEE802.11b

Ø传输信号加密；

3、系统扩充性及预留接口

视频监控系统为将来站内自动计量预留10BASE-T接口、RS232串行接口各一个。

4、摄像机系统

通过控制中心的控制主机，可以实施如下控制动作：

Ø云台上、下、左、右移动；

Ø电控变焦动作，10-300mm变焦,

Ø可编程云台动作；

3.1.3矿区监控系统安全性能

Ø现场视频图像监控装置包括：

云台、红外灯、摄像机罩、仪器外壳都有一定耐冲击强度。

Ø仪器箱基本没有外露电线及信号线，灯具到箱体内的联线均有钢制蛇簧管保护。

从矿区现场引出的电源线由0.6寸-1寸直径铅管保护。

埋入地线时涂有防腐剂，从地下直接引至水泥电杆空心部，由水泥空心部引入仪器箱。

Ø视频图像监控装置挂在电杆10米高处，在仪器装置底部，装有微波探测装置（选配设备），当有人企图爬杆破坏视频监控装置时，微波报警器工作，中心控制室自动报警。

Ø矿区现场监控设备安装，参照煤炭行业防爆要求，即监控设备距井口水平直线距离15米以上。

3.1.4矿区监控系统环境适应性

现场视频监控装置，工作环境温度为A级产品-20℃—55℃，具有抗风、沙、雪、雨的能力。

3.1.5现场视频监控系统可靠性

Ø平均无故障间隔时间（MTBF）大于5000小时；

Ø系统验收后，首次故障时间大于2个月；

Ø设计使用寿命大于3年。

3.2中控室系统功能

3.2.1图像实时监控操作

1、轮巡显示

有矿区的实时图像按照预定顺序轮巡显示，模拟电视墙上同时显示32幅监控图像。

轮巡周期可自由设定。

2、选点操作

采用多种方式，选择各监控点进行实时图像显示及部分操作。

3、抓拍图片

对于有价值的图像可进行实时抓拍，系统自动记录抓拍时间、抓拍监控点名称等信息。

4、录制图像

可任意时刻录矿区内实时的监控点图像，系统自动记录录制时间、录制监控点名称等信息。

5、遥控摄像系统

矿区现场监控箱设有一红外感光，10-300mm,30倍变焦摄像机，并且该摄像机安装在金属重型摄像机罩内。

遥控摄像机镜头：

可遥控摄像机变焦、聚焦的功能，光圈随环境改变自动改变。

遥控摄像机位置：

摄像机可做水平355°旋转，及上、下70°旋转。

3.2.2历史数据的管理功能

1、可根据“报警时间”、“监控点名称”、“报警行为”等智能查询报警信息，可实时播放、转存录像文件，播放帧率可自由设定。

2、根据“监控点名称”“抓拍时间”等查询事项查询抓拍信息，可显示、转存、打印图片文件。

3、可对刻录保存在光盘中的历史数据智能查询。

3.2.3图像异地监控操作

1、局域网中的经授权的用户,可以在线观看各监控油井的实时图像。

2、局域网中的经授权的用户,可以录制、抓拍矿区内各监控监控点的实时图像。

3、在控制中心控制住服务器的授权后，可以遥控云台上、下、左、右动作，可以遥控镜头进行长焦、短焦动作（即拉近、拉远图像）。

3.3设计依据

中华人民共和国公共安全行业标准《防范目标风险等级和安全防护级别的规定》GA27-92

中华人民共和国国家标准《安全防范工程设计规范》GB/T16571-1996

中华人民共和国公共安全行业标准《安全防范工程程序与要求》GAT75-94

《民用建筑电气设计规范》JGJ/16-92

中华人民共和国公共安全行业标准《安全防范工程费用概预算编制办法》GAT70-94

《民用闭路监视系统工程技术规范》（GB/50198-94）

《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）；

《中国建筑电气设计规范》

《公安部监控设备安装规范》

《煤炭行业安全技术要求》

《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-94）

建筑线缆标准（EIA/TIA-568）

建筑通道和空间标准（EIA/TIA-569）

通信管理标准（EIA/TIA-606）

通信的接地标准（EIA/TIA-607）

100BASE-TX快速以太网接口标准

《远端图像与环境监控系统技术规范》

国家技术监督局《信息技术设备的安全》

《建筑智能化系统工程设计标准》

《建筑弱电工程设计手册》

……

3.4设计指导思想

1、遵从设计依据，满足视频监控要求，突出重点和关键要害部位，预测各种环境下可能出现的突发性事故、一般犯罪、暴力犯罪以及突发性灾害发生的可能及处理、解救方案，力争通过监控系统的运作，将可能发生的灾害及犯罪，做到及早发现、及早解决，并在事发后留下实时、清晰、有效的学习研究资料和法律证据；

2、合理配置器材，突出监控重点，美观，保证监控效果和录像效果；

3、选择先进的网络视频采集设备，网络视频服务器以及图形工作站，并利用无线传输系统，构筑一个稳定、实用的无线网络视频监控系统，该系统操作方便，维护简单；

4、合理优化配置系统，追求系统高性能价格比，降低系统造价。

3.5设备选型

该视频传输系统由以下几部分组成：

视频采集部分、信号传输与信号控制部分、图像记录部分与视频显示部分、电源供应部分.（图片仅供参考，以实物为准）

★配置原则

1、系统设计与设备配置遵循结构化、模块化、标准化的原则，保证系统的先进性、实用性和合理的性能价格比。

采用的产品由技术防范行业认证或检测合格的国际或国内知名产品。

2、系统中控制中心部分采用机房供电方式。

前端矿区内的监控点采用就近取电供电方式。

数据链路采用无线传输系统。

3、系统具有较好的兼容性，能进行系统之间的良好通信；能方便地实现系统功能的扩展和系统扩容。

4、对系统运行状态行监测和必要的控制，要求数据海量存储。

3.5.1视频采集部分

摄像设备是安装在现场的，它包括摄像机、镜头、支架等，它的任务是对被摄体进行摄像并将其传到视频服务器后转换数字信号后在IP网络上传输。

摄像机是系统的原始信号源，其好坏直接影响到整个系统的质量。

1.超低照度黑白摄像机

 产品信息

型号：

WAT-902H

规格：

1/2"0.0003lx570TVL

生产厂家：

日本Watec

产品说明：

CCD尺寸1/2"　　

有效像素（K）C440K

同步系统内同步

扫描系统2:

1

视频输出1Vpp-75Ω

解晰度（水平）570Lines

最低照度（Lux）0.0003LuxF1.4（AGC:

High）

自动动增益控制（dB）High:

5~50Low:

5~32

信噪比（dB）46

灰度特性γ≒0.45

电子快门（S）

　　　　固定电子快门OFF（1/50）

　　　　自动电子快门EI（1/50~1/100，000sec）

自动光圈控制VIDEO

接口方式CS

工作电压DC+12V~±10%

工作电流（mA）160

储存温度（℃）-30~+70

工作温度（℃）-10~+40

外部尺寸W×H×L（mm）35.5×36×58

重量（g）90

2.10-300mm二可变，视频驱动，带滤光片（C接口）

产品信息

型号：

H30Z1015AMS

规格：

1/2"

生产厂家：

日本ＣＢＣ

产品说明：

焦距（mm）10-300

光圈（F）1.5-560

视角（水平）°35.5-1.25

最近物像距离（m）2.2

有效口径前（φmm）94

　　　　后（φmm）14.8

前置滤光镜螺纹（φM×P=）100×1

外形尺寸（宽×高×深mm）125×144.5×246.5

重量（g）3170

3.V306重型云台

产品特点

·护罩与云台之间采用快速插接方式，便于拆卸安装

·所有线缆均通过云台内部，美观大方

·支架内预留可安装解码器

·壁式座式安装均可

技术参数

　　型号V306

输入电压

AC24V±15%50/60HZ　|　AC220V±15%50/60HZ

功率

AC24V:

73W

护罩功率：

28.4W雨刷功率:

3.6W

云台功率:

15W云台温控:

26W

AC220V:

110W

护罩功率:

48W雨刷功率:

4.4W

云台功率:

17.6W云台温控:

40W

安装方式

壁式 座式 承载方式 顶载 侧载

旋转范围

水平：

0°-355°垂直：

-60°-10°

旋转限制

水平、垂直限位角度可调

旋转速度

水平pan：

5.6°/S±5%垂直Tilt:

3.6°/S±5%

结构

铝合金

工作温度

-10℃-50℃-30℃-50℃（内置加热器）

监控范围为半径一公里，可以清晰看到方圆一公里的现场状况。

夜间监控半径为500米（外加红外光源的情况下）。

4.TVS100AE高清晰网络视音频服务器

视频服务器是一种嵌入式的视频监控设备，它和DVR的主要差别是无本地预览，监视和录像都集中到中控室进行。

视频服务器是省市级大型组网、全国联网进行集中监控的核心设备。

研祥（Evoc）的网络视频服务器，基于美国TI公司的DM642媒体处理器芯片设计，集音视频采集、音视频压缩编码、网络传输、客户端远程访问控制、报警输入输出控制等功能于一体。

产品型号：

TVS100AE

基本功能：

■一路网络视频监控

■一路语音对讲

■四路报警输入、二路报警输出

显著特点：

■码流小，画面清晰、流畅

■CIF和D1精度可选

产品技术参数：

 视频指标

■ 视频压缩标准：

H.264

■ 视频处理芯片：

TI公司的DM642媒体处理器芯片

■ 视频输入：

1路视频输入,BNC接口

■ 传输帧率：

每路视频每秒1-25帧（PAL制）或1-30帧（NTSC制）可选

■ 分辨率：

PAL：

QCIF（176╳144）、CIF（352╳288）、D1（704╳576）

NTSC：

QCIF（176╳120）、CIF（352╳240）、D1（704╳480）

■默认模式：

CIF分辨率。

支持在线切换成D1分辨率

■ 输出码流：

可在线根据带宽大小连续调整，从20Kbps到3Mbps可设置

音频指标

■ 音频压缩标准：

G.726

■ 输入：

1路，BNC接口

■ 输出：

1路，BNC接口

网络接口

■ 接口标准：

RJ45以太网10/100Base-T接口

■ 网络协议：

TCP/IP、UDP/IP、ICMP、DHCP、IGMP、IP组播

 串口指标

■ 串口1：

RS232，RJ45接口

■ 串口2：

RS485，RJ45接口

■ 运行方式透明串口，支持异步串口协议

 报警输入/输出

■ 报警输入：

4路干接点输入

■ 报警输出：

2路中继点输出  （开关电平）

■ 物理接口：

3.81mm间距端子排（可插拔） 

 功率

■ 电源电压：

DC5V

■ 功耗：

≤5W

物理指标

■ 尺寸：

251mmx141mmx44mm

■ 工作温度：

0~50℃存储温度：

-10℃~60℃

■  工作湿度：

0~90%RHd

3.5.2信号传输部分

监控现场和控制中心以及各个远程浏览终端需要有信号传输，一方面网络摄像机得到的图像要传到控制中心或各个远程浏览终端。

另一方面控制中心的控制信号传送到现场，所以传输系统包括视频信号、控制信号的传输。

由于本系统是煤矿矿区监控系统，从监控现场到监控中心的距离相对都很远，至少在几公里以上，故信号的传输问题是大问题。

采用传统的有线敷设方式来做，显然很难实现，即使采用光纤也可以实现，不仅造价太高，而且容易遭到破坏。

所以我们利用两级级联的无线传输系统来解决信号的传输问题。

Canopy无线传输单元（矿区视频汇聚用）

★MainComponents主要设备

•AccessPoint（AP）接入点模块

•

SubscriberModule（SM）用户模块

设备性能

发射功率

23dBm可调

天线增益

集成天线增益为7dBi；反射板天线增益为18dBi

频率范围

5.725—5.850GHz

信道带宽

20MHz

独立信道

6条

接收机灵敏度

-83dBm

有效带宽

点对多点（AP和SM），峰值10Mbps：

有效6.3Mbps

点对点BH：

10MBH，峰值10Mbps有效7Mbps

20MBH，峰值20Mbps有效14Mbps

调制方式

FSK、FM可调

双工方式

TDD，双向流量均可调整

覆盖半径

AP到SM：

2英里

AP到SM（SM端加反射天线）：

10英里

BH到BH（两端加反射天线）：

20英里

抗干扰能力

C/I=3dB，同时采用GPS同步抗干扰

包格式

IEEE802.3和以太网II（对高层协议通明）

以太网接口

10/100BaseT自适应

透传VLAN

支持802.1q

同时支持

NAT、ARP和SNMP

无线访问（碰撞管理）

TDMA，各SM主动发送请求

数据加密

DES

远程管理

Web、SNMP、Telent、FTP

PTP3300M高带宽无线网络传输单元（从矿区到城区监控中心用）

通过综合采用多种先是的技术如MIMO、i-OFDM、DFS、空间分

集等，摩托罗拉点对点产品可以提供超高数据速率、电信级可靠性、

“穿越”障碍物的宽带无线连接，能适应多种复阿地形，如建筑物阻挡、超长距离及跨越海面、沙漠、戈壁等。

通过摩托罗拉PTP点对点无线系统，使运营商和各类企业、专网用户（公安、教育、海关、政府、军队、油田、煤矿、水利、铁路、地震、电力和林业等）能够获得高速、稳定、可靠、安全的数据无线骨干回联。

按照最高传输数据速率，PTP系统可以分为PTP58400LITE、PTP58600FULL、PTP58600LITE。

按照安装类型分，每款产品都有集成天线型与外接天线型。

目前在中国可以使用的摩托罗接PTP产品工作在5.8GHz（5.725~5.850GHz）频段。

GPS时钟同步管理模块

主