可视化信集闭监控系统.doc

可视化信集闭监控系统 李玉良，胡浩 （江苏省徐州市中国矿业大学信电学院 221008） 摘要本文介绍“可视化信集闭监控系统”基本结构和基本原理。重点说明系统的可视化的实现，采用车载无线摄像发射仪，及信息传输方式。其次说明运输调度的信集闭实现。采用闭塞信号的基本原理完成车场信号的二闭塞、三闭塞、四闭塞。采用视觉位置场景分析、研究移动视频追踪机车的远程可视化监控和信号闭塞关系，从而，有效的保障了机车运输安全性。 关键词可视化车场；追踪机车；视频监控 中图分类号TN920 Visualization Concentration of blocking signals Monitor System Li yu-liang ，Hu hao （college of ination and electrical engineering,china university of mining and technology,xuzhou 221008,china） AbstractThis article describes the basic structure and basic principles of “Visualization Concentration of blocking signals Monitor System”. First, it presents the visualization of the system, including emition instrument of the wireless camera on vehicle and ination transmission. Second, it shows the mode of the transportation management by this system. The system brings about two-block, three block, four block in vehicle yards by the principles of blocking singals. Besides, in order to the safety of the vehicle transportation, the system analyzes visual scene of positions, and researches the relationship of remote visualization monitor of tracking locomotive by mobile video and blocking signals. Keywordsvisual locomotive yard; locomotive tracking; video monitor. 0 引言 随着矿业生产中产量及开采深度的不断加大，对开采、运输过程进行监控变得更加困难，不能的了解到井下的情况，往往造成生产事故，给国家和人民做成巨大的生命和财产损失。迫切的需要对井下进行实时的视频监控，尤其是对移动目标是视频监控。对井下机车的监控主要是由传统的信集闭系统实现，已不能满足现代企业生产的要求。随着计算机技术的发展，对机车的移动视频监控已经成为可能。这对包括金属矿山在内的井下运搬工作的效率及安全性的提高有重要的意义。 传统信集闭控制技术来源于上世纪五十年代引进前苏联的井下运输机车继电控制系统，直到八十年代原煤炭部组织专家，提出将国铁区间闭、集中控制、信号联锁等成熟PLC技术应用于矿井运输中，现在进入新世纪，传统信集闭存在一个致命的缺陷，传感器可靠性和信息量等技术没有过关。传感器一旦出现故障，造成信集闭系统局部故障，若不及时更换修复就造成系统的瘫痪，使系统成为摆设。 今年，有中国矿业大学和兖州煤业集团共同开发“可视化[1]信集闭系统”在东滩煤矿成功应用，并顺利通过集团专家验收。该项目在“巷道无线移动视频技术研究”基础上进行研发的。系统最大的好处是采用无线传输、摄像传感、机车编号、自动追踪机车、司机遥控信号、信号闭塞严密运输数据真实、实时视频监视等特点。加强深部找矿，离不开巷道作业过程的可视化系统，国内尚无该产品。 目前现状目前国内尚无地下无线视频通信技术。隧（巷）道移动视频定位技术研究2007年教育部专家鉴定““填补了国内煤矿井下移动视频无线通信的空白。在井下移动视频无线通信方面达到国内领先水平。”抓紧产品化，研制出国内第一套“可视化信集闭系统”监控系统。 1 可视化信集闭系统 升级后信集闭系统见图1.1，系统由地面运搬管理计算机、井下调度监视、各接收分站、咽喉信号设置、车载无线摄像发射仪等五部分组成。 地面运搬管理计算机与矿网口连接，接收井下调度站传上来的图像数据；将图像数据按通道号（分站）进行分类存放储存；最后按通道号存储数据将机车车号、咽喉信号、沿途场景、运行位置等信息全部显示在分割屏幕图像中，地面计算机采用九画面分割屏幕。因此有9个通道，其中通道1表示接收西翼大巷运输信息，通道2表示接收北翼大巷运输信息存储，通道3表示接收一号联大巷运输信息存储，通道4表示接收二号联大巷运输信息存储，通道5表示接收一采大巷运输信息存储，通道6表示接收三采大巷运输信息存储，计算机将每天通过该通道所有车辆的运输信息全部存储起来。 井下调度监视管理各巷道的接收分站，在这里采用隔爆监视器，屏幕显示为九画面显示，其中S1、S2、S3、S4、S5、S6等六个画面与巷道接收接收分站相连接。调度员只要看一眼六个运行图像画面，就对机车车号、机车运行位置分布情况比较清晰。 接收分站分别设在各条运行大巷内，每条运输大巷有长有短，长则有数千米，短则有几十米。对于数千米运输大巷一般以车场作业区域作为设置分站的主要位置，这样就可解决无线信号传输中，距离接收分站远而信号就弱的问题，保证机车在车场作业的图像清晰。 咽喉信号是指制约车辆进出车场的必经道口信号。为保障车辆运行安全，在井底车场向采区发车和井底车接收采区返回的车辆这些繁忙的运输道口，设置了闭塞信号机。根据车场特点采用二闭塞、三闭塞、以至四闭塞。 图1.1 系统结构图 车载无线摄像发射仪与接收分站之间移动距离构成信息无线传输通道。在这里，车载无线摄像发射仪追踪监督目标是机车车辆位置，接收分站与计算机和互联网连通，机车与接收分站之间通过无线信道连接，完成信息交换传输任务。这里采用无线视频移动通信技术也就是物联网技术。正式采用车载无线摄像发射仪物联网产品，才得以实现井下机车车辆的一举一动追踪监控。、 采用PAL制式，场频50Hz，隔行扫描625行/每贞，伴音、图象载频带宽6.5MHz。 采用CCD电荷耦合摄像技术，以及贞叠加方式实现对动态目标的光累积探测等技术。完成照度值为10-4Lx下的清晰图象。机车安装车在无线编码摄像仪，在不同巷道装接收分站，机车与分站传输距离1130米。 2 视觉追踪[2] 许许多多二维图像图片均来自照像机或摄像仪从三维视觉场景拍摄而成的，巷道视觉场景图片也不例外。我们把摄像仪置于机车顶部，顶部红色塑胶方箱内装车载无线摄像发射仪[3]，该箱体有三个喇叭咀，其中间带玻璃窗喇叭咀是摄像仪的透视孔见图2.1。左侧喇叭咀为后行摄像仪（图2.2）通信通道。 图2.1 机车前行摄像位置 图2.2 机车后行摄像位置 采用摄像编码技术，编码摄像机有机内编码和机外编码方式，这里采用机外编码方式。由于摄象编码的应用，矿山车辆的编组和调配就容易多了，正是因为摄像编码与车辆形成一个整体，因此摄像编码就是机车车辆编码。这种编码可实现数字、字母、字段等符号，以及视频显示位置可调。这里车号固定在25、26、28、30、31 编号，远程接收图象数据终端显示车辆周围环境场景和编码。 巷道内挂装视频接收分站，接收分站固定在车场中部，通常考虑分站与车载摄像发射仪之间接收移动距离，分站标称无线接收距离为500米，也就是说机车在分站两侧无线距离500米之内接收图像是十分清晰的。事实上，在车场机车作业活动范围均可达到视频监视效果。因此，分站安装位置原则在车场中间地方，分站安装数量主要决定于巷道车场数量，通常一个车场安装一个接收分站；但监控车辆较多时就必须在车场安装两个分站，这样才可达到监视多台机车目的。东滩矿设有六个接收分站，分别在西翼、北翼、一号联、二号联、一采、三采车场。接收分站通过矿网口[4]传输数据。 H.261是CCITT制订的国际上第一个视频压缩标准,主要用于电视电话和会议电视,以满足ISDN日益发展的需要。 H.261视频压缩算法的核心采用运动估值预测和DCT编码,包括视频数据结构、运动估算与补偿、可变长度编码和熵编码等技术。井下调度站与最远分站传输距离约6500米，光缆传输。 3 咽喉区间信号设计 车场控制范围由井下调度站、西翼井底车场、北翼井底车场、东翼井底车场以及东翼运输大巷组成；东翼轨道大巷及一采轨道上山下车场5520米，总长度约6620米，系统能够对上述范围内运行的架线电机车5台进行监控。井下运输车场设计如下见图3.1，按照井下运输标准，确保运输 图3.1 井下运输线路信号设计 车辆保持安全运行间隔，杜绝车辆运行追尾和碰撞事故发生，达到安全行车目的。车场中布置的所有信号机均为具有闭塞功能的闭塞信号机。如调度站门口三岔道口处，为保证车辆安全通过道岔D9，必须设置三个语音闭塞信号机X7、X8和X9（见图），语音信号机平时均亮红灯并处于静音状态（语音不报警）。当有机车通过信号机X9进入副井，首先要由司机遥控道岔D9到弯道，当道岔岔位弯道到位时自动触发语音信号机X9，X9绿灯开放的同时三个音像喇叭发出语音提示“信号已闭塞，注意行车安全”，同时锁闭敌对信号（X7和X8亮红灯，即使申请也不能开放）。司机看到信号为绿灯就可正常行驶进入区间，进入区间信号灯X9亮红灯同时实现三信号继续闭塞。此时三个信号机（X7、X8、X9）同时处于闭塞状态，确保区间车辆安全运行通过道岔D9，一旦车辆安全通过区间，信号自动恢复到初始状态，喇叭停止语音报警提示，闭塞系统完成一次信号闭塞过程。 从而将车辆运行间隔拉开，保证车辆的安全运输距离。有效防止车辆的碰撞及追尾。 图3.2 闭塞信号开放 图3.3闭塞信号关闭 地面计算机屏幕监视[5]，屏幕显示为九画面分割，屏幕清晰的显示追踪三台机车的场景，31号车在西翼，25号车在北翼，30号车在一号联见图3.4井下调度站安置一台监视器，监视器支具有显示功能但没有存储功能见图3.5。 信号闭塞采用单片机智能。 平时红灯，车辆禁止通行；司机请求发车，调度将道岔达到位，这是司机遥控咽喉区信号机；信号开放，并锁闭敌对进路信号。机车进入闭塞区间后，信号自动关闭进入闭塞状态，敌对进路继续锁闭，断开道岔就地，语音提示。直到机车出清咽喉区；信号自动恢复到初始状态。敌对进路解除，道岔就地恢复，语音提示停止。 图3.4地面计算机显示 图3.5井下调度站监视屏幕 4 功能简介 该系统在矿井恶劣环境将摄像仪安装在机车上，使摄像仪随机车运动而运动，机车到哪里摄像仪则追踪到哪里，使机车始终逃不脱摄像仪的视线。因此，使得机车总在人们视线监控之下。除此之外，该系统还可实现以下技术功能有 1；系统采用车载无线编码摄像发射仪装置，实现机车车号跟踪，完成运输的目标化管理。 2；由单片机输出的闭塞信号与区间道岔实现智能联锁，闭塞时钟完成道岔的智能自动锁闭和解锁。使机车运行更加安全。 3；可视化系统融合了信集闭的道岔集中控制的基本功能，实现调度和机车司机视频图像的工作协调和默契。 4；系统具有咽喉区间线路监视机车运行过程的图像，一旦发现咽喉线路的阻塞现象，调度及时派人清除路障。保证线路畅通。 5；视频监视各编号机车运行中发生各类事故过程，杜绝违章行车，并记录回放之。 6；调度员通过监控视频，掌握各台机车位置情况，牵引车辆的类型、运行机车状态，停靠机车位置等情形为目标化机车管理提供数据。 7；调度员通过监控视频，能准确说出各台机车准确位置，根据生产需要以最快的时间和最短的距离合理调度车辆。 8；系统可实时图像连续监视机车运行状态。传送的图象数据可存储一个月 9；系统不会因传感发生故障，引发系统瘫痪或半瘫痪，系统可靠性高，属免维护型。 10；监控机车运行速度，语音信号提醒司机在闭塞区段、弯道和岔道注意控制行车安全 11；联网功能 通过上位机管理机与矿信息化联网留有接口。 12；提供相关部门认可的系统所需的有效证件。 完成上述功能才是矿井真正意义的机车追踪，运输行业规章制度才真正得以实现。事故才得以杜绝。 车号、场景追踪可目标管理，实现车速，闯红灯报警统计，车辆运输往返趟数、车型种类等完成各类运输数据统计，报表，存储打印。运输调度模拟盘正在研制开发。 5 应用效果 该系统已经在兖州煤业集团东滩煤矿成功应用，取得了良好的效果。系统从2010年元月中旬开始安装，4月进入系统调试阶段和试运行阶段。2010年7月9日，东滩煤矿迎来了集团专家组，除集团专家外还邀请9个矿的运输专家；会上由东滩矿介绍系统使用情况、矿业大学介绍设计情况、观看矿宣传科制作的宣传片等，随后下井参观可视化信集闭系统。专家仔细观察和询问设计过程。经过下井和地面参观，验收组专门对系统进行了地面计算机、闭塞信号功能、井下调度站视频监控、接收分站设置、车载发射设置、视频传输等六大方面功能进行测试。会上大频传输等六大方面功能进行测试。会上大家讨论热烈积极评价这套系统，但也提出需进一步完善功能。验收测试结论是“设备符合规定要求，安装符合标准规范，经检测各项功能基本可靠，使用正常。”专家意见“系统功能符合设计，设备性能满足要求，闭锁功能可靠，能够对机车运行全程进行视频监控，视频信号传输稳定，系统具有良好的显示功能和调度功能，实现了电机车运输调度与监控的自动化和信息化，提高了电机车运行的效率和安全性，同意通过验收。” 参考文献 [1] 李玉良 发明专利名称 可视化矿井车场机车视频追踪监管系统 专利号ZL 200610088405.0 授权公告日2008年10月29日 [2] 李玉良 井下车场机车视觉定位技术研究 煤炭科学技术2009 4 （37）50-56 [3] 李玉良 李晶 实用新型名称 本安无线摄像发射仪 专利号ZL200720035467.5 授权公告日2008年2月6日 [4] 李玉良 工业局域信息网开发及应用 煤炭科学技术2001 29（6）15-18 [5] 李晶 李玉良 张发启 移动视频在井下机车运输监控系统中应用 工矿自动化2009 4（35）59-61 [6] 李玉良 李晶 李佃平等 接近偏移是车位传感研究 煤炭科学技术2005 33（6）55-56 [7]李玉良 鉴定证书 鉴字[教SW2007]第117号“地下（隧）巷道移动视频定位技术”。 李玉良 （1954），男，北京人，教授，信息与电气工程学院，硕士，主要从事工业自动化及通信方面的研究。 Tel;13013954461, E-