智慧矿山系统解决方案.docx

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智慧矿山系统解决方案

10月天

2017-1-17

第1章背景与需求8

1.1行业背景8

1.2需求分析9

1.2.1前端需求9

1.2.2中心需求9

第2章设计思路12

2.1指导思想12

2.2设计原则13

2.3设计标准14

2.3.1防爆产品标准14

2.3.2建筑行业标准14

2.4设计目标15

第3章系统总体设计17

3.1系统拓扑图17

3.2系统组成18

3.2.1前端子系统18

3.2.2传输子系统18

3.2.3监控中心18

3.3总体描述18

3.3.1煤矿监控中心19

3.3.2上级监控中心19

3.3.3地面、井下前端系统19

3.4功能设计19

3.4.1实时视频监控19

3.4.2智能视频分析20

3.4.3录像存储功能20

3.4.4电子地图20

3.4.5录像回放20

3.4.6远程配置维护21

3.4.7B/S方式访问21

3.5系统特点21

3.5.1高清监控技术21

3.5.2防爆技术22

3.5.3物联网传感技术24

3.5.4智能分析技术25

第4章前端系统设计26

4.1前端系统概述26

4.2视频监控系统28

4.2.1常规视频监控28

4.2.2智能视频监控29

4.3隔爆本安型摄像机30

4.3.1产品图片30

4.3.2防爆型式及防爆标志30

4.3.3工作电压及工作电流30

4.3.4要技术指标31

4.3.5传输性能31

4.4高清监控产品32

4.4.1高清网络球机32

4.4.2高清网络半球38

4.4.3高清网络摄像机42

4.5环境监测监控系统46

4.5.1动力环境主机46

4.5.2温度传感器47

4.5.3甲烷传感器47

4.5.4水浸传感器48

4.6出入口控制系统49

4.6.1出入口安装示意图49

4.6.2高清照片抓拍功能49

4.6.3车辆牌照自动识别功能50

4.6.4数据查询/备份/维护功能51

4.6.5视频预览51

4.6.6道闸软件控制51

4.6.7报警功能51

4.6.8特殊车辆确认功能52

4.6.9高清抓拍摄像机52

智能补光灯53

自动道闸53

系统实拍图片54

4.7门禁管理系统55

4.7.1系统设计55

4.7.2门禁应用功能55

4.7.3系统架构图60

4.7.4系统网络连接图60

4.7.5系统发卡管理60

4.7.6系统管理终端63

4.8报警系统64

4.8.1红外对射64

4.8.2红外双鉴65

4.9网络系统66

4.9.1煤矿地面网络交换机66

4.9.2矿井隔爆本安型交换机69

第5章视频传输网络设计71

5.1传输网络系统建设要求71

5.1.1传输基本要求71

5.1.2网络传输带宽要求72

5.2网络设计规划73

5.2.1网络IP地址规划73

5.2.2VLAN规划74

5.2.3路由总体规划75

5.3网络可靠性设计75

5.3.1传输链路可靠性75

5.3.2网络设备可靠性75

5.4网络安全性设计76

5.5网络管理规划76

5.5.1网络监控管理76

5.5.2应急操作管理77

5.5.3日常维护管理77

第6章监控中心设计78

6.1监控中心系统组成78

6.2服务器管理系统78

6.2.1管理服务器79

6.2.2流媒体服务器79

6.2.3接入/报警服务器79

6.2.4数据库服务器80

6.2.5工作站80

6.3人脸分析系统80

6.3.1人员信息采集和人脸信息数据库建立80

6.3.2黑名单实时报警、人员布控功能82

6.3.3抓拍人员信息的查询功能视频管理83

6.3.4人脸识别系统服务器要求83

6.4人流量分析系统84

6.4.1人流量分析系统服务器要求84

6.5周界智能分析系统85

6.5.1穿越虚拟警戒墙检测85

6.5.2区域入侵检测86

6.5.3徘徊检测86

6.5.4智能周界防范布防区域87

6.6全景拼接系统87

6.6.1实时流拼接功能87

6.6.2全景拼接系统服务器要求88

6.7存储系统89

6.7.1CVR存储模式89

6.7.2存储配置91

6.8解码系统94

6.8.1视频综合平台94

6.8.2视频综合平台B1095

6.8.3视频综合平台B2099

6.9保障系统103

6.9.1视频质量诊断系统103

6.9.2短信报警模块106

第7章大屏系统介绍107

7.1系统设计107

7.1.1视频实时预览107

7.1.2视频拼接显示108

7.1.3分割显示109

7.1.4开窗显示109

7.1.5开窗漫游叠加显示110

7.1.6PC信号上墙显示110

7.2LCD拼接屏111

7.2.1LCD显示单元优势111

7.2.2推荐产品DS-D2060NH115

7.3DLP拼接屏117

7.3.1DLP显示单元优势117

7.3.2推荐产品DS-D1080EH123

第8章平台软件设计127

8.1平台总体架构127

8.1.1基础平台层128

8.1.2平台服务层128

8.1.3业务层128

8.1.4应用层128

8.2平台关键技术128

8.2.1中间件技术129

8.2.2构架/构件技术129

8.2.3工作流技术129

8.2.4XML和WebServices技术130

8.3平台模块130

8.4平台功能131

8.4.1通用业务功能131

8.4.2基础管理功能136

8.4.3扩展业务功能140

8.5平台运行环境144

8.5.1硬件环境144

8.5.2软件环境145

8.6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

●GB3836.1-2010《爆炸性环境第1部分：

设备通用要求》

●GB3836.2-2010《爆炸性环境第2部分：

由隔爆外壳“d”保护的设备》

●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

●GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》

●GB/T50312-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程验收和规范》

●GB50303-2002《建筑电气工程施工质量验收规范》

●GA/T70-1994《安全防范系统行业标准》

●GA/T75-1994《安全防范工程程序与要求》

●GA/T74-2000《安全防范系统通用图形符号》

●GBJ115-87《工业电视系统工程设计规范》

●GB50198-94《民用闭路电视系统工程技术规范》

●GB16796-1997《安全防范报警设备、安全要求和测试方法》

●BMZ1-2000《涉及国家秘密的计算机信息系统保密技术要求》

●GB50222-95《建筑内部装修设计防火规范》

●JGJ/T16-96《民用建筑电气设计规范》

●GB/T50169《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》

●EIA/TIA-569《建筑线缆标准》

●GB50348-2004《安全防范工程技术规范》

●GA/T367-2001《视频安防监控系统技术要求》

●GA308-2001《安全防范系统验收规则》

●GBJ232—82《电气装置工程施工及验收规范》

●GB/2887-2000《电子计算机场地通用规范》

●GB50174-2000《电子计算机场地设计规范》

●GB9361-1998《计算站场安全要求》

●SJ/T10796-1996《计算机机房用活动地板技术条件》

●GB50057-94《建筑防雷设计规范》

●GB50054-95《低压配电设计规范》

●YT／T5015－95《电信工程制图与图形符号》

●JGJ／T16—1992《民用建筑电气设计规范》

●ISO/IEC14496-2MPEG4《视音频编解码标准》

●GA308－2001《安全防范系统验收规则》

●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