狮溪兴隆煤矿工业电视监控系统技术方案设计.docx

桐梓县狮溪兴隆煤矿kj526工业电视监控系统技术方案中煤科工集团重庆研究院二一三年七月桐梓县狮溪兴隆煤矿工业电视监控系统设计方案目 录1kj526工业电视监控系统21.1概述21.2设计依据与原则21.2.1设计依据21.2.2设计原则31.3系统组成41.4系统设计51.4.1整体设计51.4.2传输设计71.4.3地面监控中心设计71.4.4终端设计71.4.5视频存储设计81.5系统特点81.6视频管理软件介绍91.7主要设备技术参数201.7.1井下kba173本安网络摄像仪201.7.2kj9017hb地面带红外高清智能机211.7.3kj9018hb地面带红外高清智能球机21中煤科工集团重庆研究院编制 第22页1 kj526工业电视监控系统1.1 概述kj526工业电视监控系统是现代矿井安全生产的重要组成部分，该系统可对煤矿重要生产环节、安全场所、重要岗位、主要大型设备运转情况等进行实时监视并录像。通过本系统，地面监控人员能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，及时发现各监控点的违章作业情况，防患以未然，也能为煤矿安全生产分析提供第一手的图像资料，为煤矿的安全生产保驾护航。系统按照全数字工业电视监控设计，实现“数字传输 、数字存储、数字发布、数字浏览”，保持国内领先。1.2 设计依据与原则1.2.1 设计依据煤矿安全规程煤矿设计规范爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求gb 3836.4-83爆炸性环境用防爆电气设备通用要求gb 3836.1-83矿用一般型电气设备gb 12173-90煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求mt 209-90煤炭工业矿井设计gb50215-94工业电视系统工程设计规范gbj115-87工业企业通讯设计规范gbj42-8中国电气装置安装工程施工及验收规范gbj23-82系统接地的形式及安全技术要求14050-93通讯工程电源系统防雷电技术规定yd5078-98民用建筑闭路监视电视系统工程技术规范ieee电气及电子工程学会场所风险等级和安全防护级别的规定ga28-92，1992-01-01安全防范工程的设计、安装与开通程序onc/tb2011.2.2 设计原则1) 先进性、安全性本方案井下部分基于工业以太环网平台的全数字视频监控系统解决方案，采用最新数字技术，符合国际流行视频压缩标准。采用开放式的tcp/ip协议作为传输视音频及数据的标准协议，在工业以太网络平台上建立视频图像传输和多级控制系统。视频压缩标准采用国际标准h.264标准。系统具有完善的系统安全性管理及权限管理的设计，保证视频图像资源可靠、安全的传输和共享；通过对操作员的身份鉴别、分级别授权等手段实现该级别的安全性。本方案地面部分采用模拟视频监控系统解决方案。2) 可靠性、稳定性系统的稳定性是指系统具有长期连续运行的能力。主要设备选型采用高性能、高可靠性产品，配套设备均经过用户广泛使用验证。所有产品均具有正式的出厂合格证明和国际权威机构的质量认证。整个应用系统的设计、实施过程中严格按照is09001标准执行，以此来保证系统的可靠、稳定性原则。3) 完整性、扩展性本方案的设计充分考虑了系统功能的全面性及完整性，不存在音视频流交换的瓶颈，网络服务器控制点数不受限制，使得网络服务器造价较低，系统规模扩容能力强。系统的建设同时考虑到今后网络结构的改变和系统功能的升级。4) 实用性、经济性本方案所作的系统配置和设备选型都在国内的大型监控系统工程中有过成功的应用实例。操作、维护简单性、扩容升级好等特点。系统设计中考虑系统技术先进性的同时，又充分考虑系统的总体拥有成本(tco)，使系统建设在一个比较高的技术水准之上，又降低用户的初期建设造价和后期维护成本。5) 操作、维护简单性系统的功能应该完善、全面、强大，但同时必须强调保证操作、使用、维护尽量简单，这就是操作、维护简单性原则。简单性原则对用户来说，即操作使用人员只需一些基本的知识，不需经过长时间、复杂的培训即可熟练进行系统操作，在系统出现问题时，经过简单的技术处理，即可快速恢复：（包括硬件的修复替换和软件的升级，更新）。本系统的设计、实施中，操作、维护简单性原则是指：整个系统建立在流行的窗口操作系统之上，只要操作人员看的懂图形标志，懂得基本设备名称含义，即可用鼠标点按进行工作：监控软件为中文窗口界面，图标形象直观易懂；对整个系统提供完整的操作说明手册，并对用户的网管及相关人员进行严格的培训，以帮助用户快速掌握系统的使用、维护。1.3 系统组成本系统采用工业以太网平台作为传输介质，将井下的主要生产环节、重要设备及关键场合的实时图像传送到矿调度指挥中心和矿领导办公室。使调度指挥人员和矿领导能够直观、快捷地了角生产一线情况，掌握全井重要设备的实时工作情况，提高科学调度指挥和管理的现代化水平。主要由矿用本安网络摄像仪、地面固定摄像仪、智能球形摄像仪、视频服务器、磁盘扩展柜、解码设备、编码设备、视频光端机、设备管理服务器、流媒体服务器等组成。结构如下：图 11 kj526工业电视监控系统结构图1.4 系统设计1.4.1 整体设计地面部分根据矿方要求在相应的位置设置摄像头。井下部分要求以监视各变电所、泵房、主要巷道、主运输皮带等要害场所为主。设计采用矿用本安网络摄像仪（该摄像仪具备自动彩转黑功能），具有超高分辨率（黑白540tvl、彩色450tvl）、高灵敏度、高信噪比（50db）,在极低照度（0.01lux）环境中可获得真实自然的图像，适合煤矿井下光照条件差、监视点多的使用要求。同时产品具有红外拍摄功能，在无光的情况下，摄像仪可自动开启红外功能，照射距离可达20m。摄像仪通过阻燃网线和光缆就近接入井下工业以太环网平台交换机即可，摄像仪之间可级联传输，节约布线。图 12 网络摄象仪连接图监控地点：狮溪兴隆煤矿工业电视监控系统摄像头配置表序号安装位置设备名称单位数量备注地面部分1主井口摄像机台12副井口摄像机台13风井摄像机台14矿区大门摄像机台15工业广场智能球技台16风井配电房摄像机台17风井大门摄像机台18班前会议室半球摄像机台19综合监控调度中心半球摄像机台110地面配电房摄像机台1井下部分11避难硐室井下防爆摄像机台212主井车场起坡点井下防爆摄像机台113副井车场起坡点井下防爆摄像机台114集中轨道上山上部车场井下防爆摄像机台115集中行人上山上部车场井下防爆摄像机台116爆破材料库房井下防爆摄像机台217绞车房井下防爆摄像机台118中央变电所井下防爆摄像机台11.4.2 传输设计根据上面数字视频的分析，在传输主干上我们将采取网络传输的方式，这样就充分利用了现有的环境条件，充分降低了布线对环境美观的影响。井下视频信号就近接入的工业以太环网交换机，通过划分的独立工业电视监控环网，传输到地面核心交换机进入管理网；1.4.3 地面监控中心设计监控中心主要有流媒体转发及视频设备管理服务器、工作站、避雷器、机柜等组成。所有摄像仪图像的编解码、及数据交互均有一台高性能的视频管理服务器完成。磁盘扩展柜用用图像存储，流媒体转发及视频管理服务器用于前端设备的管理、参数修改、查询、用户权限设置等，网络用户通过授权访问服务器能够监控图像定点、循环或选择循环显示,还能够控制全方位摄像仪的动作（云台的上、下、左、右旋转，镜头的变焦大小、调焦远近、光圈明暗等），并可通过网络对录像文件进行查询回放。1.4.4 终端设计由于数字化视频监控采用目前先进的b/s结构。终端部分，用户只要有合法的ip地址，均可在局域网内的任何一台计算机上尽心视频预览，查询等，并可以对前端进行实时的方向控制，以及录像的回放操作等功能。1.4.5 视频存储设计系统应具有存储管理功能，可通过视频编码设备将视频录像流直接写入视频存储阵列，视频存储阵列支持raid0、1、5等raid策略；支持全局及raid5阵列内部磁盘热备；基于数据块的存储，避免文件损坏导致大量的视频数据丢失。系统平台能直接管理存储设备、存储资源和音视频数据，支持对系统所有存储资源进行全方位的监控和管理，支持不间断的视频检索、回放等业务。要求按照重点视频进行录像，用户可在网络上通过新建工业电视管理平台实现统一的视频录像远程查阅。要求录像存储时间不小于15天存储设备上要求实现raid5+热备盘的冗余保护机制；目前按1个摄像仪1小时占容量700m（d1效果）计算，存储30天大约需要硬盘容量：700m*24（小时）*30(天)*1（个）=0.48 t；所以需要配置磁盘容量为6 t的磁盘阵列柜，可满足30天视频存储需求；1.5 系统特点1) 基于以太网光纤传输构建ethernet/internet网络平台，实现真正的数字网络视频监控，距离远，抗干扰能力强，可对前端所有图像实现实时监控；2) 采用标准h.264视频、音频压缩标准，数据量小，录像效果达到d1，存储时间长15天；3) 强大的设备管理功能，可实现对前端设备的区域添加、删除、参数设置等，支持本地及远程维护与升级4) 实现对动点摄像机的远程控制，包括能够控制摄像机的转动、焦距推远拉近、视野、明暗、参数设定等；5) 强大的用户认证机制，系统具有1个超级用户，多个高级用户，及无限个终端用户。通过超级用户可对其他的用户进行权限分配、修改、查询等。高级用户只对自己区域内的摄像仪有管理功能，每级用户都有自己的密码、权限。6) 实时图像预览功能，计算机屏幕上可同时显示一个、四个、九个、十六、二十五、三十六个摄像机的图像，画面格式可选，并可对其进行图像冻结、放大、缩小等操作，并具备有图像抓拍功能。7) 录像功能：录像方式灵活，可连续录像、动态录像、手动录像、报警录像；8) 录像回放功能，具有本地回放、远程回放、图片回放三种模式。可以依据用户要求提供检索及回放，能相应大量用户同时访问，支持录像的导出，导出的录像文件支持播放器直接播放；9) 移动帧测功能，对布防区域内移动的物体具有告警功能10) 告警功能，支持图像遮挡、磁盘溢出、空间不够、移动帧测告警等功能，预留有报警接口，可以连接主动探测器或被动式紧急按钮，增加对突发事件的报警录像功能。11) 支持报警联动，系统收到报警信号后能够实现监控现场的报警信号输出，有明显的文字、图像提示；支持告警录像、预置位、图像切换等联动操作；12) 双向语音功能，可实现与监测点双向语音对讲及语音广播。13) 日志管理及查询功能，系统具有多种查询模式，并生成不同查询模式下不同的查询日志14) 采用b/s结构，在各联网计算机上均可实时浏览、查询、录像、控制等功能15) 电视上墙功能，可实现任意图像的电视上墙16) 实现集团与矿之间联网，远程传输图形、图像、数据，在网络上共享各矿多媒体监控信息；17) 与煤矿安全生产监控系统实现无缝连接，在煤矿调度中心配置大屏幕电视墙，形成集数据、图像和声音为一体的多媒体安全生产综合调度指挥系统；1.6 视频管理软件介绍视频实时监控功能1) 通过c/s客户端和web浏览器，不仅能够单画面或多画面显示实时视频图像；2) 支持不同画面的显示方式：单画面、4画面、6画面、9画面、13画面、16画面等方式，支持多屏显示和多画面全屏显示；3) 能够实现对前端云台镜头的全功能远程控制，包括云台的旋转和自动扫描、镜头的变倍变焦、快球预置位的设置和启动、快球巡航轨迹的设定和启动、支持3d定位；4) 具备图像自动轮巡功能，可以用事先设定的触发序列和时间间隔对监控图像进行轮流显示，参与轮巡的图像和先后顺序可以任意选择；5) 画面切换：可以分为手动切换、自动切换（计划与任务方式）；6) 画面文字显示：包括osd、组织机构、设备类型标识、通道名称、日期与时间、触发类别等；分组轮循功能1) 分组定义：由管理员在系统初始化时，根据城管业务要求，对组进行自定义；管理员可以针对前端的设备厂家与型号、类型、组织机构、应用场所、管理部门等进行分组设置。2) 轮巡：系统按照设定好的规则，在指定的操作终端上进行自动的监控图像显示。根据业务需要，可以分为组内轮巡、分组轮巡以及组合轮巡等。3) 组内轮巡：在指定的组别内，以固定的画面（1/4/9），按照给定的时间进行轮巡显示。应用场合：组内摄像头比较多的情形；4) 分组轮巡：在选定的多个组别中，以固定的画面（1/4/9），按照给定的时间进行轮巡显示。应用场合：组内摄像头不多（一般3-4个，最不超过9个），组别数量比较多的情形；5) 分时轮循：各轮循方案可作为单独得计划来执行，即自动轮循计划。一个计划即是一个时间段，例如 9：00到10：00，到9点即可自动触发轮循计划执行，10点则结束轮循。录像设置功能 手动录像，允许用户在任一时间内，对任何选定的摄像机进行视频图像录制，该功能具有快捷功能，轻点鼠标即可实现。 计划录像，对任一指定摄像机的图像进行预定录制设置，对预定设置的内容没有任何限制，只要你想，简单选择设置，就可以得到你所要的全部细节。 触发录像：具有移动侦测录像、图像遮挡录像、非法闯入录像等。录像文件点播回放1) 单画面/4画面、单进、单退、快进（1/2/4/8倍数）、剪辑、抓帧、下载等。2) 支持预览画面时的即时回放（即，在预览画面时，发现有异常行为，值班人员可以立即回放刚才发生的情景录像）；3) 多路同步回放功能；以及检索查询、剪辑、下载、合并、标签（关联文字描述）、上传等。4) 根据报警事件回放关联的视频图像。抓拍功能1) 操作者在实时监看视频图像、或者在回放视频录像时，发现可疑行为、重要线索、违章车辆等情况，进行图像抓拍（抓录），并填写相关信息说明。2) 图片抓拍：操作者针对特定视频图像，进行临时抓拍，支持单拍、连拍（一次按钮连拍3-5张图片），以便事后举证。3) 图像抓录：操作者针对特定视频图像，进行临时抓录，抓录时截取事发时之前5分钟，之后5分钟的录像文件，时间可配置。安全管理系统实行操作权限管理，按实际的管理架构对每个用户赋予不同权限等级；系统登录、操作都需要进行权限查验；系统所有重要操作,如登录、控制、退出、报警确认等，均有操作记录，系统可对操作记录进行查询和统计，所有操作记录具有不可删除和不可更改性；系统保存的所有重要数据，包括用户信息、报警信息、操作记录、日志等，具有不可删除和不可更改性；网络浏览系统提供图像的web服务；授权用户可通过标准web浏览器浏览实时和历史图像；在web浏览方式下，同样能控制摄像机和云台等控制对像，也可以同时实时监控多个图像管理子系统的图像。图像web服务可嵌入到银行办公系统中结合使用。领导在办公室可随时查看网点实时视频、网点违规情况统计，可对违规音视频剪辑进行统计与查询、审核。电子地图为使操作者能进行方便、直观的进行操作，提供电子地图功能。在电子地图上标有各网点各摄像机的位置，通过点击这些摄像机图标便能直接调用这个摄像机的图像进行浏览。支持双屏显示的电子地图与图像信息，支持无限层级的电子地图关联显示，可通过电子地图反映报警点的状况信息，并通过电子地图实时调阅现场视频信息；报警后自动展开电子地图。用户管理功能1) 实现精细化权限设定，可针对任何一个用户，针对任何一个图像资源进行精细权限设置，比如可为每个用户设置对每个摄像头的权限（是否可以实时监控、录像文件点播、语音呼叫、云台控制等）；2) 具有清晰的优先等级制度。优先级包括：登录用户有优先等级、预览/控制前端云镜有优先级、回放有优先级；报警联动有优先级。3) 支持行为审计，对所有登录用户进行自动的审计跟踪，并保存审计记录。4) 记录全部的登录用户的全部操作记录。记录的内容包括登录者名称、时间、ip地址/或者主机名称、重要控制动作、修改设置、报警处理、退出系统的时间等。5) 支持自动同步功能，授权用户对系统进行设置修改后，系统可将自动对全网进行更新6) 支持人员统计，包括人员的状态：在线/离线；登录时间、登录次数、ip地址、在线时长等；设备管理功能1) 设备入网登记管理，包括：ip的有效性；授权信息，允许此设备能入网运行2) 设备状态管理，事先预定义好各监控设备的工作状态如正常、关机、故障，该模块定时向各个监控点发送检测信息，根据返回的数据能知道哪些设备工作正常，哪些发生故障。并将这些信息以形象的设备运行图形显示出来，比如绿色表示正常、红色表示故障、灰色表示停机等。3) 设备故障报警，自动把设备故障中的关键性错误（设备不能正常运行）提取出来，反馈给用户并确认。4) 设备维护(新增/修改/删除)5) 设备巡检：登记管理员日常设备巡检记录，将由人工发现的设备故障和由系统自动故障报警发现的故障设备登记故障信息。6) 故障申报：将故障设备进行申报处理，通过硬件短信猫，将设备故障信息通过短信形式发送至维护厂商联系人。7) 维护统计：对维护厂商的设备故障维护情况做登记维护情况登记，并通过该流程对相关考核（在线率、故障保修率、维护响应率、平均无故障时间统计等）。8) 设备统一校时，支持全网设备时间同步，支持手动校时、支持ntp。存储管理功能1) 支持三级录像存储，包括前端存储、集中存储、客户端本地存储；2) 支持多种存储介质，包括ip-san、nas、das等；3) 存储服务器支持分布式管理；4) 支持非常直观的图形化录像计划配置；5) 支持计划录像、事件关联录像、手动录像；6) 支持录像服务器断电数据自动修复。报警管理功能各级监控中心接到智能分析报警，可直接联动到电子地图，调用该监控点，“零时间视频处警”，提升城管部门快速反应能力。同时，能够将现场信息添加到相应事件库中。系统内各类报警可联动相关设备，如上电视墙、报警器、发送短消息等联动。1) 在中心监控管理软件设置下，统一快速接收智能分析、现场设备和其他系统发送的报警信息并转发给指定的客户端、存储服务器中心。2) 可以配置报警源、报警类型、报警级别、联动规则及处警预案，通过报警引擎自动关联实时视频和启动录像，启动现场声、光等设备；3) 能够在电子地图上显示报警点的具体位置，摄像头分布等信息；4) 接收到报警后可以自动联动预先定义的关联监控点视频，自动启动快球预置位，也可以手动选择附近监控点图像进行视频验证复核和录像；5) 同时收到多个报警信息时，能够按照警情级别优先显示，同级别报警排队显示，值班人员可以输入处警信息并保存；6) 所有报警信息自动保存到数据库，可以统计、查询和打印，可以通过报警事件来检索录像资料操作员日志记录中心控制终端自动记录操作员每次登录、退出、切换通道、记录违规等操作，并自动发送到管理服务器数据库中保存，作为操作员日常工作绩效考核依据；登录中心控制终端记录信息：操作员号、登录时间；退出中心控制终端记录信息：操作员号、登出时间；切换通道或网点记录信息：操作员号、网点编号、通道号、时间；记录违规记录信息包括：操作员号、网点编号、通道号、时间；远程升级与维护对于网络中各项远程报警、视音频终端设备的维护，管理员不必到达设备现场，在远程就可监测设备运行状态，修改设备的各项参数，既提高了设备维护效率，又节省了人力与时间，也便于整个系统的管理，使整个监控系统的可靠性得到有力保障。统一的联网管理平台系统通过数据中心可以对系统中所有井站监控录像设备、周界安防设备、门禁对讲授权设备、存储设备、服务器设备等进行统一管理。可以对系统内多级用户分配不同权限，统一管理。高效的流媒体服务器：1) 多级流媒体间的转发实现多级流媒体之间的转发，分散访问压力，提高系统稳定性。如：当省厅的用户请求访问派出所的某图像时，视频流通过主管流媒体转发（地市级级流媒体转发服务器）至上级流媒体转发服务器（一级流媒体转发服务器）。2) 跨网段、网关、防火墙等实时流转发当客户端和设备在不同的网段时，有些情况下客户端不能访问到设备，通过将流媒体服务器架设在网关上起到中转的作用，从而使得客户端可以正常取得数据流。3) 跨网段、网关、防火墙等回放与转发服务因dvr、磁盘阵列等设备在网段的另外一侧，网络访问受到限制，通过流媒体转发可实现跨网段、网管、防火墙的访问。4) 支持大容量存储设备转发存储通过流媒体转发服务器将前端dvr、dvs、ipcamera、pc-dvr等视频源转发存储到磁盘阵列等大容量存储设备中。优化的存储中心：系统采用的监控系统专用的存储系统，根据视频监控连续视频流的写入为主的应用特点进行优化，满足高并发写入的需要，存储管理服务器只负责控制管理，采用磁盘阵列视频流的直接写入，可避免服务器单点故障风险，降低服务器采购和管理成本。系统采用高性能的硬件平台，支持 raid 0,1,5,6,10,jbod多种机制，支持磁盘热插拔、磁盘顺序加电及maid节能功能，满足视频监控行业中对存储设备高性能和高稳定性的要求，避免因磁盘损坏导致录像文件丢失。1) 灵活的部署架构，支持视频流经编解码器直接写入，节省服务器硬件成本，避免其形成单点故障和性能瓶颈。 2) 内嵌录像服务器软件模块，可直接对存储设备中的视频数据进行回放、浏览、检索及归档等，支持直接对前端视频源进行配置、管理。3) 支持200路d1分辨率标清视频流或70路1080高清视频流的并发实时存储。4) 每录像卷容量突破传统2tb限制，可达到264b，即数千pb级。5) 彻底解决文件系统损坏带来数据丢失或无法读取的弊端，最小化循环写入带来的文件碎片问题。6) 精确至任意时间点的即时回放、查询，检索性能优秀。7) 支持磁盘maid机制，有效降低设备工作功耗和延长磁盘使用寿命。8) 提供二次开发标准接口及控件1.7 主要设备技术参数1.7.1 井下kba173本安网络摄像仪kba173矿用本质安全型网络摄像仪是基于网络技术的摄像仪，能够实时传输煤矿井上、井下工业电视图像，对煤矿井上、井下主要生产环节、重要设备及关键岗位实施图像监视，对现场的图像、声音及其它敏感数据进行实时监控，以便对敏感事件进行快速反应。1) 内置web浏览器，支持ie访问，具有完整的tcp/ip协议。2) h.264视频压缩技