基于流媒体技术的煤矿视频监控系统的研究.pdf

第 6 期 2 0 0 6年 1 2月 工矿 自 动 化 I nd us t r y a nd M i n e Aut o mat i o n No ． 6 De c ． 2 0 0 6 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 x 2 O O 6 O 6 一o O 5 9 一o 4 基于流媒体技术的煤矿视频监控系统的研究 汤 文 兵 安徽理工大学计算机科学与技术系 ， 安徽 淮南2 3 2 0 0 1 摘要 文章详细介绍了流媒体技术的相关概念， 并针对当前煤矿安全生产中的一些突出问题， 提出了流 媒体技术在煤矿视频监控领域应用的设计方案。 关键词 煤矿 ； 视频监控 系统；流媒体 ；流式传输 ；网络技术 中图分类号 T D 7 6 ； T P 3 9 3 文献标识码 B 0 引言 煤矿井下作业远离地面 ， 地形复杂、 环境 恶劣 ， 极易发生事故。加强煤矿生产安全管理 ， 加速煤矿 行业信息化建设 ， 已越来 越引起广泛 的关注 。随着 网络在我国的普及和高速发展 ， 基于网络的视 频监 控系统正在成为一种新 的网络多媒体典型应用 。它 利用现存的企业计算机 网络平台， 将监 控范围内所 需的视频、 音频、 数 据以数字 形式通过 网络进行传 输、 存储和共享 ， 使企业领导和相关部门及时获得关 于监控现场实时 、 准确 、 具体 、 直观的数据 ， 为监督安 全生产 、 提高生产效率 、 监控重要业务环节提供一种 崭新的现代化手段 。当前一些煤矿使用的视频监控 系统都是早期的模拟监控系统 ， 性能和稳定性不高。 随着计算机网络技术 、 图象压缩处理技术 以及传输 技术的快速发展 ， 使得安全防范行业能够采用最新 的计算机 、 通信和图象处理技术 ， 通过计算机 网络传 输数字图象。利用矿 区现有 的网络环境与技 术条 件 ， 充分发挥计算机网络的优势 ， 建成高效可靠的远 程视频监控系统 ， 为企业 的安全防范、 高效管理提供 更有力的技术保 障， 所 以在煤矿安全监控 系统 中引 入现代网络远程视频监控系统将是一种趋势 。 下文介绍如何利用流媒体技术实现煤矿视频监 控系统与计算机 网络的结合 ， 从而通过 网络化 的视 频监控系统实现数据的压缩存储 与传输。 收稿 日期 2 0 0 6 0 8 2 5 作者简介 汤文兵 1 9 6 7 一 ， 男 ， 安徽 庐江人 ， 高级 工程师 ， 主要 研究方向为计算机监控 、 计算机 网络 。 1 流媒体技术 1 ． 1 流 媒 体 的 概 念 流媒体是一种可 以使音频、 视频 和其它多媒体 能在互联网及企业 网上 以实时 的、 无 需下载等待的 方式进行播放的技术。流媒体把连续的影像 和声音 等信息经过特殊 的压缩方式分成一个个压缩包 ， 由 视／ 音频服务器向用户计算机连续 、 实时地传送 。在 采用流式传输方式的系统 中， 用户不 必象非 流式播 放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到 当中 的内容 ， 而是只需经过几秒或几 十秒 的启动 延时即 可在用户的计算机上利用相应的播放器或其它的硬 件 、 软件对压缩的动画 、 视／ 音频等流式多媒 体文件 解压后进行播放和观看 ， 多媒体文件 的剩余 部分将 在后 台的服务器内继续下载 。 1 ． 2流媒体 传输 协议 1 实时传输协议 R I 、 P与 R TC P R TP就是实时传输协议 ， 它是用于 I n t e r n e t 上 针对多媒体数据流 的一种传 输协议 。R TP被定义 为在一对一或一对 多的传输 情况 下工作 ， 其 目的是 提供时间信息和实现流同步 。它通常使用 UD P来 传送数据 ， 但也可以在 T C P或 ATM 等其它协议之 上工作。当应用程序开始一个 R TP会话时将使用 两个端 口 一 个给 R TP， 一个给 RT C P。RT P算法 并不作为一个独立 网络层来实现 ， 而是作为应用程 序代码的一部分。 R T C P就是实时传输控制协 议 ， 与 R T P一起提 供流量控制和拥塞控 制服务 。在 R T P会话期 间， 各 参与者周期性地传送 R T C P包。R T C P包 中含有 已 发送的数据包的数量、 丢失数 据包的数量等统计资 料 ， 因此， 服务器可以利用这些信息动态地改变传输 速率 ， 甚至改变有效载荷类 型。R T P和 R T C P配合 维普资讯 6 O 工矿 自动化 2 O O 6年 1 2月 使用， 能以有效反馈和最小开销使传输效率最佳化， 因而特别适合传送网上的实时多媒体数据 。 2 实时流协议 RT S P 实 时 流 协 议RT S P 由Re a l Ne t wo r k s 和 Ne t s c a p e 共同提出， 该协议定义一对多 的应用程序 如何有效地通 过 I P网络传送多媒体数 据。R TS P 在体系结构 上 位 于 R T P和 R TC P之 上， 它使 用 T C P或 R TP完 成数据 传输。HTT P与 RT S P相 比， HTT P传送 HT ML， 而 RT S P传送 的是多媒体 数据。HT TP请 求 由客户机 发 出， 服务 器作 出响 应 。使用 R TS P时， 客户机 和服 务器都 可 以发 出 请求 。 3 资源预订协议 R S VP R S V P就是 资源预订协议 ， 由于音频和视频数 据流比传统数据对网络 的延时更敏感 ， 要在 网络中 传输高质量的音频和视频信息， 除带宽要求之外 ， 还 需其它更多条件。使用 R S VP预 留一部分 网络 资 源 。 能在一定程度上为流媒体传输提供方便。 1 ． 3 流媒 体传 输过 程 首先 ， 多媒体数据必须进行预处理才能适合流 式传输。 这是 因为 II前 的网络带宽对多媒体 巨大 的 数据流量来说还显得远远不够。预处理主要包括降 低质量和采用先进高效的压缩算法两方面。 其次 ， 流式传输的实现需要缓存， 因为 I n t e r n e t 是 以包传输为基础进行断续的异步传输 。数据在传 输 中它们要被分解为许 多包， 由于网络是动态变化 的， 各包选择 的路 由可能不尽相同， 故到达客户端的 时间延迟也就不等 。为此 ， 使用缓存系统来弥补延 迟和抖动的影响， 并保证数据包的顺序正确 ， 使媒体 数据能连续输 出， 不会因网络暂时拥塞使播放出现 停顿。 最后， 流式传输 的实现需要合适 的传输协议 。 WWW 技术是 以 HTT P协议 为基础 的， 而 HTTP 又建立在 T C P协议基础之上。由于 T C P需要较多 的开销， 故不太适合传输实时数 据。在流式传输 的 实现方案中， 一般采用 HT TP ／ T C P来传输控 制信 息 ， 而 用 RT P ／ uDP来 传 输 实 时视 频 和 声 音 等 数据 。 流式传输的过程 用户选择某一流媒体服务后 ， We b浏览器与 We b服务器之 间使用 HTT P ／ T C P 交换控制信息 ， 以便把需要传输的实时数据从原始 信息中检索出来 ； 用 HTT P从 We b服务器检索相 关数据 ， A ／ V播放器初始化 ； 从 We b服务器检索 出 来相关服务器的地址定位 A／ V 服务器 ； A／ V 播放 器与 A／ V服务器之间交换 A／ V传输所需要的实时 控制协议 ； 一旦 A／ V数据抵达客户端 ， A／ V播放器 就可以播放。 在流式传输中， 使用 R T P ／ UD P和 R TS P ／ TC P 两种不同的通信协议与 A／ V服务器建立联系， 是为 了能够把服务器的输出重新定向到一个不同于运行 流媒体播放程序所在客户机的 目的地址 。实现流式 传输一般都 需要专 用服 务器 和播放 器， 其 原理 如 图 1 所示。 匹 囤 启 动 定 位 囱 图 1 流 式 传 输 实 现原 理 图 1 ． 4流媒体 格 式 到 目前为止 ， 因特 网上使用较多 的流媒体格式 主要有 3种 R e a l Ne t w o r k s 公 司 的 R e a l Me d i a ； 微 软 公 司 的 Wi n d o ws Me d i a ； 苹 果 公 司 的 Qu i c k Ti me 。它们的流媒体应用系统的原理基本相同。 2 运 用流媒 体 技术设 计煤 矿视 频监 控 系统 网络化视频监控系统是继模拟视频监控系统之 后的一种新的形式 ， 是融合 了视频编码技术 、 网络传 输技术 、 数据库技术、 流媒体技术和嵌入式技术的综 合应用系统 。在网络视频监控系统中， 视／ 音频数据 的采集 、 编码 、 解码 、 存储等环节都以数字形式实现 ， 而视频流的传输则通过 网络平台进行 。整个系统的 管理和配置等功能由视频监控管理平 台软件实现。 这种视频监控系统是一种全数字化、 全网络化 的系 统 ， 可以同现有的多媒体 系统、 控制系统和信息系统 集成 ， 方便地实现数据 和信息的共享。同时在系统 中可以很方便地实现报警 、 远程控制等功能 。 2 ． 1 系统 构成 根据组网方式， 系统可分 为前端监控视频采集 部分、 网络通信部分、 监控中心控制部分和监控客户 端部分。系统结构示意 图如 图 2所示。 监控终端 图象监控服务器 图 2 系统结构示意图 维普资讯 2 0 0 6年第 6 期 汤文兵 基 于流媒体技术的煤矿视频监控 系统的研究 6 1 2 ． 2 系统 设 计 1 前端监控视频采集部分 前端监控视频采集 部分包括摄像装置、 视频编 解码器和视频服务器。其 中摄像装置是收集被摄物 体的光信号 ， 并将它转换为电视信号的设备 ， 它是整 个系统的核心部分， 包括镜头、 摄像机 、 防护罩及支 撑设备等 。视频编解码器是实现网络化、 数字化处 理的重要设备， 它完成模拟视频监视信号 的数字采 集 、 影像压缩 、 监控数据处理 、 报警信号 的采集等功 能。它将前端的模拟信号同时处理成高清晰的实时 流媒体格式发布到网络 中， 可保证地面 中心站和各 相关部门都能实时监控 到现场情况。视频服务器通 过 B NC接收编解码器的输 出， 然后通过 R J 4 5接头 将视频服务器连接 到网络， 就可 以依托 已有 的快速 局域 网， 实现在局域 网的任何地方， 授权用户都可以 利用浏览器来观看井下的工作情况。监控前端是担 负着 图象监控系统的数据采集和控制命令的执行部 分 ， 是整个系统的重要组成部分之一 。 2 网络通信 部 分 网络视频监控系统采用 HT TP ／ TC P传输控制 信息 ， 用 R T P ／ UDP传输实时 图象数据 ， 应用 在局 域 网或者 广域 网上 。 3 中心控制部分 煤矿 视 频监 控 系 统 采用 B ／ S结 构 ， 在 调度 中心 设置 1台图象监控 系统 服务器和电视墙 ， 该系统配 合 S QL数据库 ， 主要完成现场 图象接收 、 用户登录 管理 、 优先权分配、 控制 信号的协调、 图象 的实时监 控、 录像 的存储 、 检索、 回放、 备份、 恢复等。服务器 将所有前端网络视频服务器及前端监控设备管理起 来 ， 并维护它们的网络连接 ； 同时， 对所有 网络 中的 用户实现授权管理 ， 所有用户可通过局域 网上任一 台计算机登录到服务器 系统 ， 根据不 同权 限对 图象 进行 访问 。 4 监控客户端部分 地面 中心站和各相关部门可安装 网络视频监控 系统的客户端。监控终 端可采用普通 的 P C机 ， 无 需安装客户端软件 ， 由系统管理员提供登陆服务器 的合法身份和系统使用权限， 就可成为客户端 。根 据管理的权限即可使用 系统功能， 用户利用流媒体 浏览器查看本地和远程现场情况 。在客户端上还可 实现多画面实时监控 、 远程控制摄像机云台、 灯光控 制、 制订录像计划等操作。 2 ． 3 系统优 势 1 系统采用标准的模块化设计 前端视频压缩系统采用模块化 的视频服务器 。 视频服务器采用先进 的嵌入 式操作系统， 视频压缩 格式遵循数字视频压缩国际标准 ， 设备体积小 、 稳定 性高 ， 完全适合在无人值守 的环境 中使用 。当用户 系统扩充时， 只需要扩充视频压缩模块 和升级 系统 软件即可 ， 不用对 中心服务器和客户端硬件进行 升 级， 可保护用户 的现有设备投资。 2 适合 网络化 、 数字化 的监控要求 系统采用标准 的 TC P ／ I P协议 ， 可架构在 局域 网、 广域网之 上。视 频服务器 提供 R J 4 5以太 网接 口， 可直接接入局域网交换机或者 HUB上 ， 设备可 任意设置网关 ， 完全支持跨 网段、 有路 由器 的远程视 频监控环境 。通过视频服务器压缩的视频信号和控 制信号完全通过网络传输 ， 节省 了铺设长距 离线缆 的成本 ， 真正做到“ 一网多用” 。 3 采用视频代理机制 ， 节省带宽资源 在广域 网带宽有限的环境下 ， 系统提供代理访 问机制， 即当多个用户集中访问某一路图象时， 该路 图象 由中心服务器转 发给发 出访问请求 的用户 ， 从 而节省了有 限的广域 网带宽资源 。同时， 图象传输 以“ 点播” 的方式发送 ， 即当有用户发 出请求时才发 送 图象， 没有用户观看时 ， 不 占用网络资源 ， 从而使 网络带宽的利用率更高。另外系统还具有多点广播 功能 ， 可 以一 对多 地进 行 网络 广 播 ， 有 效地 节 省 了 网 络带 宽 。 4 设备简单， 便 于施工 通过使用视频服务器 系统 ， 极大地简化 了监控 系统中可能涉及的设备 种类 和数量， 它完全取代 了 模拟监控系统 中的视频矩阵 、 切换器 、 画面分 割器、 字符叠加塔等需要 配合使用 才能实现的功 能， 不仅 减少了调试设备的施工周期 ， 同时较少设备的使用， 可提高整体系统的稳定性 和可靠性 ， 减少 日后维护 设备的难度 。 5 易于与 MI S系统结合 系统采用的是一种标准的 we b服务器 的形式 ， 具有很 强的开 放性 和 兼容性 ， 完 全能 与各 系统 的 MI S网方便地 联 网。MI S网 内的用 户 只要使 用标 准的 I n t e r n e t 浏览器即可进 行 图象监控 ， 无 需任何 设置。监控前 端可 以将许多 现有 的资源接人本 系 统， 避免重复投资 。 3结语 随着视频压缩技 术和 网络技术的发展 ， 新一代 基 于流媒体技术的网络化视频监控系统在煤矿安全 维普资讯 第 6期 2 0 0 6年 1 2月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n NO ． 6 De c ．2 0 0 6 文章编号 1 6 7 1 --2 5 1 X 2 0 0 6 0 6 --0 0 6 2 --0 3 基于M--B U S的单体液压支柱信息管理系统 徐 乐年 ， 员玉 良， 王 雷， 甄雁翔 山东科技大学机械电子工程学院 ， 山东 青岛 2 6 6 5 1 0 摘要 针对 目前单体液压支柱管理 中存在的一 系列 问题 ， 文章介绍 了一种基于 MB US的单体液压 支 柱信息管理 系统。该 系统采用信息钮扣对支柱进行编号， 由数据采集器采集、 存储编号和相应的时间， 然后 通过 MB US将数据传输到管理 中心， 实现 支柱信息的 自动跟踪与处理。 关键词 煤矿；单体液压支柱；信息管理 系统 ； 数据采集器；MB US 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 ； T P 3 3 6 文献标识码 B Th e I nf o r ma t i o n Ma n a g e me nt S ys t e m o f I n d i v i d u a l Hy d r a ul i c Pr op Ba s e d o n M BUS XU Le n i a n， YUN Yu l i a n g ， W ANG Le i ， ZHEN Ya n x i a n g C o l l e g e o f M e c h a n i c a l a n d El e c t r o n i c En g i n e e r i n g o f S h a n d o n g Un i v e r s i t Y o f S c i e n c e＆ Te c h n o l o g y． Qi n g d a o 2 6 6 5 1 0，Ch i n a A b s t r a c t Ai mi n g a t a s e r i e s o f p r o b l e ms i n t h e ma n a g e me n t o f i n d i v i d u a l h y d r a u l i c p r o p， t h i s p a p e r i n t r o du c e d a n i nf o r ma t i o n m a na g e me n t s ys t e m o f i nd i v i du a l hyd r a ul i c p r op ba s e d on M BU S． Th i s s y s t e m nu m b e r e d p r o p s by t he i n f or ma t i o n bu t t o n ， c o l l e c t e d a n d s t or e d nu mbe r s a nd t i me s by t he da t a c ol l e c t or ， a n d t h e n t r a ns mi t t e d d a t a t o t he ma n a ge m e nt c e n t e r by M BUS， S O a s t o r e a l i z e a ut o m a t i c t r a c ki n g a nd p r oc e s s i n g of pr op s i n f o r ma t i o n ． Ke y wo r d s c o a l mi n e ，i n d i v i d u a l h y d r a u l i c p r o p，i n f o r ma t i o n ma n a g e me n t s y s t e m ，d a t a c o l l e c t o r ， M BL 5 S 0引言 单体液压支柱广泛应用于煤矿 回采工作面顶板 支护、 综采工作面端头支护 ， 直接服务于生产第一线， 其使用管理直接关系到煤矿安全 。 但是单体液压支 收稿 日期 2 0 0 6 O 8 2 3 作者简介 徐乐年 1 9 6 5 一 ， 山东龙 口人， 副教授 ， 1 9 8 5年 毕业于 天津大学 电子仪器及测量技术专业， 1 9 9 1 年毕业于山东科技大学电力 拖动及其 自动化专业， 长期从事智能仪器及监测 系统方面的研究和教 学工作。 柱使用量大、 周转频繁 、 使用地点分散， 很难实现有效 的管理。目前， 国内外各大矿业集团对单体液压支柱 的管理主要采用 以下方法 在支柱使用前 ， 在每个支 柱上焊接编号条 ， 建立支柱使用信息档案卡， 再 由维 护工人手工查找编辑。这种手工管理形式存在很多 弊端 读写编号难 ， 卡片损坏率高， 支柱损坏率高。 安 全隐患大 ， 等等。尤其是随着信息化、 智能化、 自动化 的普及， 很有必要研制一套新型的单体液压支柱信息 管理系统 ， 以便对支柱的调拨、 使用、 检修 、 库存等进 行全过程 的控 制和管理。本文所介绍 的基于 M一 生产方面有着广阔的发展前景 。它的广泛使用 ， 将 为煤矿的安全生产提供一个强有力 的技术保证 ， 为 全面提升煤矿安全生产管理水平打下坚实的基础 。 参考文献 [ 1 3 吴国勇， 邱正刚， 万燕仔． 流媒体技术与应用[ M] ．北 京 北京邮 电大学出版社， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 蔡安妮， 孙景螫． 多媒体通信技术基础E M] ． 北京 电 子_T业 出版社 ， 2 0 0 0 ． 1 3 ] 岑斌． 流媒 体 技 术 综 述 r J ] ． 中 国 有 线 电 视 ， 2 0 0 3 2 2 ． [ 4 ] 李世银． 流媒 体技 术在电视监控 系统 中的碰用[ J ] ． 电 视技术 ， 2 0 0 2 1 1 ． [ 5 ] 李 萍． 流媒 体技术及应用前景分析[ J ] ． 上海第二工 业大学学报 ， 2 0 0 3 2 ． 维普资讯