高清网络视频监控系统在煤矿安全生产中的应用

王 瑛

（汾西矿业集团信息中心，山西 介休032000）

近些年，为了加强煤矿安全生产、实现远程指挥调度，各煤矿都安装了视频监控系统，对煤矿的重要地点进行了视频监控。随着应用的深入，也暴露出一些问题，如：视频图像不清晰，视频监控需单独布线，视频图像不能被远距离传输和查看，视频图像存储时间较短等。为了解决以上问题，我公司应用了新一代科达高清网络视频监控系统。

1 应用背景

我集团公司是全国最大的主焦煤产地，下辖28座矿井，分别分布于山西的5地区13个县，跨越面积广，相距远，最远的距离集团公司本部约300km。为了高效地将这些跨区域的生产单位做到管理到位，利用了已有的工业以太网，使用了网络光纤传输技术，采用了高清网络视频监控技术，建立了高清网络视频监控系统。其中采用720P的高清网络摄像机，视频图像采用IP SAN存储。

从安全生产和管理的角度出发，把视频监控系统分为三级平台。最低层平台部署在下属各个矿井或区域公司的调度中心，它连接了各个生产一线的高清网络摄像头，是该平台的三级子系统，实现无缝接入；我公司调度中心的高清网络监控系统是二级管理基础系统；焦煤集团为一级管理平台。

这样，不同的管理层次都可以直接看到矿井的实时生产图像，而平台越高，则权限越大，能看到的矿井视频监控更多。

各级调度中心物理距离相隔非常远，要实现上面的功能，必须借助于计算机网络才能实现（见图1）。

图1 视频监控系统的构成

2 高清网络摄像机和工业以太环网

为了达到图像清晰和传输灵活的目的，我们在前端采用了高清网络摄像机，数据传输采用了现有的工业以太环网。

2.1 高清网络摄像机和H.264压缩

高清是指物理分辨率达到720p以上，英文表述为High Definition，简称HD。这里我们采用了720p的摄像机，其中720是指横向1280、纵向720，图像比例为16：9，p是指逐行扫描，相比隔行扫描图像更加清晰。它每秒输出25帧图像，能够提供比模拟摄像机更加清晰的图像。

相比模拟摄像机，高清摄像机提供更加清晰的图像，但随之也带来了数据量巨大的问题，因此必须在传输图像前进行压缩处理。

H.264是新一代视频压缩标准，它的优点是低码率、容错能力强、网络适应性强，能够在较低的带宽下提供高质量的图像。经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，在视频数据存储时所占容量也更小，更加经济（见图2）。

图2

2.2 工业以太环网

与模拟视频监控系统使用专用的传输线路不同，网络视频监控系统使用现有的工业以太环网。

工业以太环网采用专用工业以太网交换机，千兆干线带宽，冗余连接，其中一个节点出现故障，能在300ms内迅速切换，不会影响业务的正常传输。

如今，各煤矿已经建立起工业以太环网，在煤矿生产中的重要地点（井下变电所、皮带传输机、井底车场、主副井井口、主通风机房、水泵房、避难硐室，地面如办公楼、生产车间等）安装了工业交换机，建立起了完整的工业以太环网系统，网络摄像机只要就近接入工业以太网交换机，不再需要铺设专门的线路。

3 多级视频管理平台

高清图像经工业以太网传输到煤矿计算机机房，进入专用的视频监控管理平台。视频监控管理平台是一台专用设备，它是整个视频监控系统的中心，它负责实现网络摄像机的接入与认证、监控视频码流分发、业务功能控制、系统管理等功能。另外，它还具备级联功能，可以分层次进行管理和控制（见图3）。

图3

3.1 网络摄像机的接入与认证

各网络摄像机接入工业以太网后，需要在管理平台中登记注册，以便进行统一的管理。比如：登记网络摄像机的名称，IP地址，设备型号，图像规格等信息。

图4 三级平台级联

3.2 监控视频码流分发

用户可以通过计算机或调度大屏查看实时图像或录像回放。这些都是通过监控平台查看的，即用户不与网络摄像机直接通讯，这样做有两个原因：一是网络摄像机的转发能力差，它只负责将图像传送至管理平台；二是可以隔离用户与摄像机，以便进行权限控制。

3.3 管理平台级联

图4中进行了三级平台级联。三级平台为煤矿平台，为生产的第一线；二级平台为子公司平台，负责生产协调；一级平台为集团公司平台，负责统筹安排。平台越高，能看到的范围越大，各平台各司其职，形成一个统一的视频监控指挥调度系统。

4 视频监控的查看和存储

由于通过以太网传输，因此只要接入网络，便可以在任何地方对视频进行查看和存储。

4.1 视频监控的查看

（1）通过计算机查看（软解码）。用户可以坐在办公室通过计算机查看视频监控图像。这需要在用户的计算机中安装专用的客户端软件，该软件接收来自“视频管理平台”的压缩图像数据，通过计算机CPU对视频数据进行H.264软解码后，呈现出视频画面。

（2）通过调度大屏查看（硬解码）。如今，各煤矿都在调度中心建立了调度大屏，用来实时显示各种生产信息。视频监控系统也可以显示在调度大屏上，这需要在调度中心安装专用的视频解码器硬件，它接收来自“视频管理平台”的压缩图像数据，通过自身的硬件平台进行H.264硬解码，将视频画面呈现在大屏上。

4.2 视频监控存储

为了实现视频监控画面的回放，需要对视频数据进行存储。以往的视频监控系统使用硬盘录像机进行存储，它存储容量小，扩展性差，安装位置不灵活。在本项目中我们采用了先进的IP SAN磁盘阵列存储系统，它具有存储容量巨大，扩展性强，安装位置灵活的优点。

IP SAN磁盘阵列存储系统通过iSCSI（互联网小型计算机系统接口）标准，在TCP／IP上进行数据块的传输，iSCSI可以实现在IP网络上运行SCSI协议，使其能够在高速千兆以太网上进行快速的数据存取操作。即在任何位置，只要接入以太网，就可以对视频数据进行存储和读取，这个特性，大大提高了部署存储系统的灵活性。

在本项目中，我们采用的磁盘阵列提供16个硬盘插槽，每个插槽安装一块2TB SATA3.0接口硬盘，总存储容量达32TB。为了提高存储安全性，16块硬盘做RAID5操作。与传统的硬盘录像机相比，磁盘阵列系统提供了更高的读取速度和更大的存储容量，同时在存储冗余安全性上也得到了提高。

5 结语

采用了高清网络视频监控系统后，视频图像比原来的模拟系统清晰，视频图像数据存储时间更长，系统整体架构简单，系统各组成部分安装位置灵活，多级平台架构提供了远程指挥管理。实践证明，高清网络视频监控系统可以更好地在煤矿安全生产中发挥其作用。