煤矿是我国重要的能源资源，我国的煤炭工业长期停留在人工开采水平，生产效率低，安全隐患多，如瓦斯爆炸、地下渗水等事故经常发生。随着计算机应用在各行各业的逐步普及，煤炭生产水平目前逐步实现了自动化，生产效率大大提高。因为煤矿开采的特殊环境，容易发生事故，煤矿行业也被称为高危险的行业。
近年来，煤矿事故频频发生，如何加强安全生产，提高预警和事后搜救工作效率，摆到了国家各级主管部门和领导的面前。在经济高速发展、能源供应紧张的形势下，如何处理好保证安全和提高产量的关系，需要深入研究，发展不能以牺牲环境和生命为代价。
为此，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，有效进行矿工管理，保证抢险救灾、安全救护的高效运作显得尤为重要和紧迫。我们认为提升安全生产信息化管理水平，加强以灾害预防、搜救为主要目标的安全生产长效机制，是我国安全生产工作的必由之路。
本系统从视频监控、信号传输、中心控制、远程监管等各方面提出全方位的解决办法，可以实现井下监控中心、地、市煤矿安全监控指挥中心与省局监控指挥中心联网，使煤矿安全管理工作向科学化、规范化、数字化管理轨道迈进，提高煤矿安全管理水平。

总体需求
实时了解各矿井、厂区情况，避免违规作业，确保安全生产，防盗。
通过图像监控、灯光联动、环境监控，监视现场设备的运行状况，起到预警和保护的作用。
系统特色
本系统软件具备高度的开放性，可以与其他系统有机整合成为一套真正意义的管理软件，例如，可以与其他安全防卫系统、管理系统有机整合，开放数据库的数据调用端口，允许其他系统调用图像数据。本系统设计为多级结构，可以承担庞大系统的构建，每个市县的控制中心可以预留网络出口，最终可以实现全市、全省乃至全国的监控管理系统。省级或中央管理部门通过登录服务器可以随意查看系统内的所有视频图像。
系统总体设计上由主监控中心、矿井监控室和监控点组成。系统示意图如下图所示:

主监控中心的建设方案：
主监控中心设置在市县的管理部门，目录服务器和存储服务器都设置在主监控中心。目录服务和存储服务可以安装在同一台服务器上。系统主要由整个系统的系统服务器、网络视频服务器的解码端和大屏幕显示系统等组成。
主监控中心的系统服务是整个系统的管理中枢，主要实现对整个系统的客户端和前端视频的管理。主监控中心配置目录服务器及存储转发服务器。这样与前端子系统就建成了一个完全基于网络，功能非常强大的网络视频系统。将目录服务器和存储服务器都设置在主控中心，主要是考虑能够最有效的保证录像数据的完整和准确，当然，这种设置方式就要求具备较高的网络带宽，根据实际传输数据的情况，选择适合的图像效果进行录像存储，存储服务器提供图像的存储、回放、服务。根据实际情况，如果整个系统扩容，需要所有的监控点同时录像，我们在主控中心要求最大限度的利用高效率的系统服务器组，因为整个系统可以支持拥有多个存储服务器，多个存储服务器与目录服务器可以有机的形成一个整体。对于整个系统的管理将非常合理、高效、安全。
煤矿监控管理平台
软件可以完全涵盖模拟矩阵的所有功能，如顺序切换、程序切换、群组切换、点切换等等。这种切换较模拟矩阵系统更加方便、更加快捷。
联网的授权用户都可通过登陆目录服务器查看权限范围内任意一路图像及录像文件。
分控中心
此设计方案中，分控中心只需要配置电脑终端，通过客户端软件，通过用户所具备的权限察看图像数据。
多级分控
在网络上的任意一点，比如说矿区领导的办公室等，只要登录系统的主服务器都可以成为一个分控点，这样每一个分控都可以根据自己的权限查看并且控制前端的监控点，包括查询、回放录像文件。
煤矿监控点
煤矿监控点分布在所辖的各矿井。主要由监控摄像机、云台及云台解码器等组成。
目前，煤矿井下作业因为远离地面，地形复杂，环境恶劣与地面人员间沟通不便，如果利用远程视频监控系统，地面监控人员则可以直接对井下情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，而且能及时发现事故，防患于未然，也能为事后分析事故提供有关的第一手图像资料。同时上级有关监管部门可以通过网络远程查看进行状况，提出整改方法。使用远程视频监控系统，网络内具有操作权限的用户可以按照它的级别使用IE浏览器或用客户端软件通过登录服务器观看摄像机图像。

需求分析
在我国，采煤机械化程度仅为４５％，矿工队伍很大一部分是文化水平较低、培训时间有限的农民工，甚至存在井下抽烟等严重违章现象，在高度危险的作业环境中，极易发生事故，造成重大伤亡。我们在分析近期几个煤矿发生的特大事故时发现，造成重大损失主要是因为以下几个原因。
地面与井下人员的信息沟通不及时；
地面人员难以及时动态掌握井下人员的分布及作业情况；
一旦煤矿事故发生，抢险救灾、安全救护的效率低，搜救效果差。

一套合格的煤矿监控系统需要满足以下功能要求：
视频监控设备满足煤矿行业防爆、隔爆等级国家标准；
可以实现各级部门联网监控，指挥终端、中心控制室以及上级领导终端可通过语音对讲对煤矿开采企业进行远程指挥；
系统具有特定的视频效果：以矿井为单元，将一路或多路视频信号进行图像预览和录像。
系统具有实时日期和时钟视频叠加功能：对矿井全程视频图像进行实时日期和时钟预览和录像，保证采矿过程的完整性和真实性。其日期和时钟在画面中的显示方式和显示位置可根据现场实景进行位置调整。
系统具有单画面、多画面和全屏等多种显示方式，预览显示画面在多画面显示方式下，其显示位置可进行人为调整。
系统具有录像效果调节功能、网络传输质量，保证其图像在局域网和广域网上都能进行网络传输。
系统具有音、视频实时网络浏览功能，每路图像可允许多个网络客户端同时进行网络浏览。
系统具有录像资料转制VCD、DVD光盘存储功能，便于资料的保存和资料审阅的便捷。
系统具有对剩余硬盘空间显示和容量不足警示功能，提供线性和循环录像两种模式。
系统具有客户端对录像资料的检索、管理和回放。
系统具有通过网络实现上级领导与矿井监控中心工作人员进行网络会话的功能，从而保障指挥的有效性和实时性。
系统具有易安装性和易维护性。
系统具有操作简单，界面简洁，功能直观明确。

根据以上要求，整个系统基于专门针对煤矿系统开发的数字图像监控系统进行设计。系统平台的核心设备包括网络视频服务器及客户端软件。

视频电视监控系统由摄像设备、和视频服务器（具有监控主机、硬盘录像功能）等设备构成。后台视频服务器的各种信号输入接口满足煤矿终期建设规模要求。
工业电视监控系统可分为主站监控层、终端层（分为井上部分、井下部分）及远端监控中心，终端层的用摄像机作系统的前端单元负责采集各监视点的视频信号，并将视频信号压缩编码传送到控制室室内的视频监控中心。这样工作人员就可以在控制室的图像控制台或图像监视器来监视各种设备的运行状况。同时，工作人员也可以通过图像控制机对前端的摄像机发布控制命令，对图像进行诸如取景、定位、光圈大小、聚焦远近和变倍等操作。远端监控中心通过局域网获取前端煤矿图像，并且在登录权限满足的情况下具备前端煤矿矿井等拥有的一切管理操作功能。
根据线缆技术参数和我方施工经验可以保证现场图像传输的清晰度和控制效果，因此井下摄像机信号通过光纤以及光端机传输，其它井上摄像设备通过光缆及视频光端机结合视频电缆、控制线与系统连接，视频、控制信号的传输都采用屏蔽电缆。
此外，图像监视系统应具有和煤矿内其它监控系统接口的功能，运行值班人员在监控主机上操作时，可直接在监视器观看相应设备的状况。这样可以进一步提高运行人员操作设备时的可靠性和安全性。
布置在井上的摄像设备包括高速智能球机、红外枪机、嵌入式红外半球摄像机等，布置于井下的摄像机设备为煤矿专用防爆摄像仪，该设备内置超低照度摄像机、视频光端机，可直接通过光缆传输到监控中心。
系统核心设备是网络视频服务器，图像信号的接收、编码、发送；云台镜头控制信号的发送；报警信号的接收；以及系统数据管理都由它完成。
网络视频服务器可接入内部传输网，送到煤矿企业MIS，通过在有权限的用户机器上安装客户端软件就可实现对前端设备的管理监控。

系统结构
整个系统有井上视频采集、井下视频采集、监控中心控制室和远程视频监看指挥系统三部份组成，远程指挥终端可通过网络访问监控中心的数字视频服务器监看井上、井下视频，还可以使用双向对讲向煤矿企业进行远程指挥。由于煤矿企业一般都有自己的井下检测设备，我公司的数字视频网络视频服务器具有友好的程序接口，可以和煤矿企业自有设备完美结合起来。
煤矿监控分为井上和井下监控。井下的防爆摄像仪通过光纤传输到地面控制中心的网络视频服务器上，井上的摄像机信号直接通过视频同轴电缆连接到网路视频服务器。通过中心视频服务器对网络视频服务器进行配置。
监控客户端以及中心视频服务器通过交换机和网络视频服务器连接，煤矿系统用户输入系统分配地用户名和密码就可进入安全监视系统进行系统操作。
监控前端
图像监视系统可分为主监控层和终端层，终端层用摄像机作系统的前端单元负责采集各监视点的视频信号，并将视频信号压缩编码传送到控制室室内的视频监控中心。这样工作人员就可以在控制室的图像控制台或图像监视器来监视各种设备的运行状况并对可控制的摄像机发布控制命令。
主监控层
主监控层配置中心视频管理服务器，监控主机通过中心交换机与网络视频服务器联网，在监控主机上可以实现实时监视。模拟视频信号从网络视频服务器的视频或VGA输出口输出，通过直接操作视频服务器可对前端摄像机进行操作，并能接收显示各路报警信号。

终端层
煤矿井下专用摄像机
煤矿井下环境恶劣：第一、煤矿内坑道没有光线，且不能使用红外射灯，需要使用低照度摄像机；第二、坑道内只有660V、127V两种电压，需要考虑电源转换；第三、井下空气中瓦斯和粉尘含量较高，容易发生爆炸，所以必须使用经过煤安认证的隔爆防护罩。
针对井下的复杂环境，综合考虑各种因素，我们选择矿用本安型光纤摄像仪，机器应配备有星光级摄像机，高品质手动调焦、自动光圈镜头，它可以在仅有一点星光的环境中,就可以达到白天的效果，免于安装红外灯，同时达到高清画面效果。摄像仪防护罩采用全不锈钢构造，密封性能好，并且防腐、防尘、防水，可装定焦镜头，已经通过煤安隔爆等级认证D级标准，适用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的煤矿井下。防护罩内安装一台单路视频光端机用于视频传输，同时内置电源适配器可以满足井下的电力使用标准，符合集中供电的要求。
煤矿井道中采用光缆进行视频传输，因为使用光信号传输杜绝了以往传统视频线缆传输产生的电信号，减少隐患，而且光纤传输距离很长，可达30km，便于煤矿企业合理布线设置监控中心。

地面高速智能球机
智能球机采用高速一体化智能球机产品，需配有温控设备，在寒冷天气来临时，摄像机将自动切换加热装置，达到低温环境下的监视要求；球机具有预置点功能，当现场发生报警时，通过联动设置，球机会自动转动到报警发生地，调节镜头进行监视。智能球机配合我公司的网络视频服务器可实现三维智能定位功能，通过鼠标点击可轻松将监视对象自动定位到屏幕中心，并通过鼠标的拖拽可实现被监视物体的任意放大和缩小。

井上红外摄像机
地面部分采用彩色红外枪机及彩色红外半球摄像机，产品均自带红外灯、防尘、防雨，完全可以满足煤矿井上部分电视监控要求。

煤矿安全生产异常事件检测报警系统
智能分析预警设备方案
智能分析概述
多年以来，煤矿安全生产事故频发，给国家和人民以及经营单位带来巨大的经济损失。
这些年，基于计算机的智能化技术，自动控制技术，在我国迅猛发展。然而，智能化的安全防范技术尚未得到推广，不少与安全生产相关的科技人员，由于各种因素困扰，难以实施科技手段，去更加有效地保障生命和财产安全。目前，煤矿都安装了各种监控与监测系统。而现有的视频监控系统大都采用全天候录像方式，如出现异常事故，工作人员再将视频监控录像调出进行核对，这种方式，主要能实现人工监视及录像事后取证的功能。
事后取证是必要的，然而更重要的，是预防事故。现有系统大多数难以做到“即时”发现“即时”处理；而自动预警功能则能弥补这一缺陷。人工监视与控制摄像机巡检的方式，缺乏自动功能，缺乏智能预警，因此，不得不依赖人的长时间值班。但是，由于管理制度的缺陷，安全隐患依然突出。关键的原因是，由于人类的视觉疲劳缺陷，难以长期保持警觉，即使是接受特殊培训的安全人员，长期坚守岗位，也很难做到对关键信息完全获取。
智能预警系统，是结合智能视觉分析，模式识别、信息传输等技术对监视区域所发生的各类事件进行自动检测、自动报警的真正智能化解决方案，系统能实时检测出目标区域发生的物体位移、摄像机画面异常变化，人员跌倒、人员扭打、异常停顿、异物抛撒、人员拥挤，可疑物出现、道路塌陷、人员闯入、值班员离岗、瓦斯爆炸、顶板事故、斜井跑车、井下触电、矿井突水、火灾事故、机械伤人等异常状况，并对发生的异常事件，迅速自动进行报警，提示值班员注意。

本系统在需要监视的区域安装场景摄像机，提供实时的信号给智能视觉分析设备；设备上运行视觉分析算法，算法可对监视场景进行区域定位，将关键位置设置为监视器显示的热点区域、非关键位置等设置为无关区域，当热点区域有异常事件发生时，系统会马上进行相应的动作，并对该异常事件发生的过程建立时间索引。
目前对视频检测算法性能影响较大的干扰主要有光线变化、人影、物品阴影等因素，对于这些干扰的影响我们采用了特殊算法进行了补偿、处理，大大提高了系统检测的准确性：
背景更新补偿算法：
采用独具特色的背景自动学习、补偿的算法，能对光线不足、物品阴影、摄像机抖动等干扰因素有效的过滤，减少误报率。
自适应阴影过滤算法：
采用独特的前景、背景、阴影分类算法，能够有效的区分人、物品的阴影，并随阴影倾斜角度、长短，光线亮度的变化动态调整滤除参数，无论因应如何变化都能够有效的将其滤除。

多目标跟踪算法：
设备可选择是对的设定区域进行事件检测或对全场景进行检测,在进行事件检测时可同时对视频场景内多个地点、多个位置发生的事件进行报警、提示，有效的保证了对异常事件的及时发现、及时解决。
动态区域设置技术（DRS）：
在需要设置检测区域的场景下,DRS技术允许在任何时刻对一个检测区域进行编辑修改，随后便立即按照新的检测区域设置规则进行检测,无需重新进行背景学习。
场景自适应技术：
如果摄像机角度发生变化后、监视区域发生变化后，系统可以自动学习、适应新的背景画面，1分钟内即可适应新的背景，并重新开始进行事件事故检测。
事件分级报警
该产品能够对各种监视画面的变化进行检测，对摄像机信号的异常进行检测，并且，系统能够对警报的优先级进行分级，设备能自动对事态等级进行区分，可灵活控制优先对等级较为严重的事件进行报警。
嵌入式设计
本系统所有设备均采用嵌入式设计，设备体积小巧，可方便的部署在前端。而采用工控机+图像采集卡方式进行检测，不仅设备体积较大，不方便部署，且工控主板本身的温度适应性、湿度适应性都无法与嵌入式设备相比。嵌入式产品本身采用了TI高性能DSP芯片，其温度适应范围可达-70摄氏度 ~ 160摄氏度，并且由于嵌入式设备本身内置了“看门狗”等硬件电路，相当于有人在前端进行24小时不间断值守，有效的保证了系统长期、稳定、连续运行。对于经过网络传输过来的数字化信号，我们的软件可以直接进行分析。

智能视频分析系统组成
智能视频分析与预警系统由分布在各监视区域的视频采集单元、数据传输系统、智能视频分析服务器、中心信息管理系统等部分组成。
现场视频采集单元也可以通过光纤LAN或者专线与单位的内部网连接，完成数据传输，在远程中心将接收的视频连接到智能视频分析服务器、智能值守器、视频车辆检测器上，对视频实时进行智能分析。
 

拓扑结构如图所示：

1、 前端视频采集单元
前端视频采集单元安装在现场，在无人值守环境下24小时全天候自动完成图像的采集工作，现场记录单元主要由摄像机、系统配电机箱等组成。
2、 数据传输系统
数据传输系统主要由光纤收发器，网络交换机等通讯链路共同组成，负责将前端数据采集设备采集的信号产送到管理中心进行分析。
3、 智能视频分析器
同时支持多路视频分析，可对各种预先设置好的报警情况进行检测并同时过程记录，支持事件查询及关联视频回放。
4、 中心信息管理系统
设在监控管理部门的监控机房，主要由连接在通讯链路上的智能视频分析服务器、中心服务器、报警计算机、客户端作业计算机及相应的彩色打印机、网络设备和管理软件共同组成。
智能视觉分析模块完成异常事件的检测、记录、报警并通过专网与远程中心客户机及相应的输出设备连接。数据收集服务器收集所有智能终端所记录的异常事件记录数据，统计、分类、诊断、并自动生成报表，定期发送到指定邮箱。
不同的授权用户通过客户端计算机，分别完成对异常事件信息的访问、统计、分类、检索、查询、提取、核对等操作，产生并打印相应报表。