新景选煤厂智能化视频系统改造研究

胡 楠

(阳泉煤业（集团）有限责任公司，山西 阳泉 045000)

视频监控系统作为选煤厂综合自动化的组成部分，在选煤调度、安全监控等方面起到十分重要的作用。视频监控系统可以使管理人员准确直观地掌握各生产环节、关键部位和设备的运行及操作情况，可以实现对生产现场监控、记录与回放，可以实时发现问题并解决问题，有效地促进了选煤厂的安全生产[1]。

1 应用现状

新景选煤厂初始设计洗选能力为360万t/a，经多次升级改造，洗选能力已达850万t/a。采用全重介洗选加工工艺，即块煤重介浅槽排矸系统+末煤无压三产品重介旋流器+粗煤泥螺旋分选机+尾煤压滤和烘干联合工艺。主要产品有洗中块、洗小块、1#、2#、4#喷吹精煤、电煤和煤泥。全厂主要由原煤准备筛分系统、块煤洗选系统、末煤洗选系统、煤泥水处理系统和产品储装运系统组成。

在各生产车间安装的前端模拟摄像机已使用多年，像素较低且设备老化，模拟信号受传输距离的影响，会发生衰耗、畸变、延时等问题，并且信号极易受到干扰，因此视频图像色彩模糊、质量较差且图像抖动[2]。另外，摄像机的视频图像经过普通模拟硬盘录像机编码存储后，图像质量进一步失真，录像质量难以满足实际应用需求。尽管在集控室竖起了大屏，但视频系统的作用并未全部发挥，还停留在传统的监视和录像功能上[3]。虽然能够发现问题，但很难及时作出处理，大多数也仅处于“事后处理”的水平上[4]。

新景选煤厂的视频监控系统仍然是人工监视为主、视频为辅的“被动化”监控模式，如何唤醒视频监控系统的自身“主动性”，打造智能化监控系统，成为新景选煤厂构建全新视频监控系统需要思考的重要问题。

2 关键技术

智能视频系统或设备能够对操作人员的违章行为进行预警性的提示和管理，并且进行事后的问题处理。如何真正有效辨识穿越警戒面、人物非正常聚集、对人员所处安全位置的判断等等，都成为新景选煤厂急需依靠智能视频监控解决的问题，也是本系统的关键技术。

智能视频监控系统中作为“大脑”的是移动侦测技术（英文翻译为“Motion detection technology”），一般也叫运动侦测[5]。它对视频图像序列自动地进行运动对象的提取、描述、跟踪、识别和行为分析，借助计算机强大的数据处理功能，对采集的数据进行快速分析，迅速屏蔽掉监控者不关心的信息，给监控者呈现出有效信息。它按照不同帧率采集得到的图像通过CPU按照一定算法进行计算和比较，当画面有变化时，如有人走过，镜头被移动，计算比较结果得出的数字会超过阈值并指示系统自动作出相应的处理。目前常用的图像采集方法有背景减除法、时间差分法、光流法[6]。根据使用环境的不同，图像采集也会遇到一些问题：比如对背景变化的可适应性、目标特征的有效甄别、监控对象的遮挡等问题。特别是在选煤厂的使用环境更容易受到光照、噪音、天气及被障碍物遮挡等情况，而影响到系统的使用效果。因此构建系统的关键是找到最能适应选煤厂实际的图像采集方式和计算方法。

根据选煤厂的生产环境，车间内已经安装部分摄像机，因此拍照过程中最主要的因素是光线的改变。另外，工人在工作过程中的速度并不快，且不经常发生运动（移动），并综合考虑到车间的光线变化，以及机器振动（共振），最终选用背景减除法进行图像检测，并采用混合高斯模型进行背景建模及更新。首先，背景减除法检测物体简单，速度快，对噪声敏感度低，可克服帧间差分法的空洞现象，可以满足选煤厂实时检测的需求。同时为了克服背景减除法对背景变化过为敏感的问题，结合了基于混合高斯模型的算法，方便快捷，适用性高。这也为新景矿智能视频监控系统提供了可靠的算法保证，提供了智能的“大脑”[7]，视频综合监控网络图如图1所示。

3 系统构建

3.1 硬件系统

新景矿属于高瓦斯矿井，选煤厂很多区域按照瓦斯区管理，选用的摄像头防护等级为IICT6，符合国家爆炸性气体环境用防爆电气设备通用要求[8]。本次共新增65台红外筒型网络摄像机、50台半球型网络摄像机、15台防爆网络摄像机、20台红外网络高清中速智能球机，共计150台。系统选用的摄像机最高像素达到130万，并可以节省大量的带宽及存储空间，它可以在煤尘较大、光线较暗、逆光等环境下呈现清晰图像。

图1 视频综合监控网络图

在集控室内安装了监控管理服务器、流媒体服务器、存储服务器，可以允许50人同时流畅地浏览各监控图像。集控室原来的DLP大屏全部更换成LED光源，同时在末煤和块煤等重点生产车间设立了控制室，能够显示本车间的岗位视频和设备流程图。中央集控室可以显示全厂所有监控图像，并能对所有图像进行控制操作，末煤和块煤车间只保留浏览功能。

视频综合平台支持视频图像信息的解码输出，通过视频综合平台可实现原有视频监控系统和新建视频监控系统图像信息的解码输出和前端设备云台控制,软件平台通过视频设备接入模块对非统一标准的视频码流进行转换并显示图像到软件客户端上[9]。

3.2 视频监控软件设计

新景选煤厂智能视频监控平台采用模块化构建方式，通过良好的分层结构，统一的接口服务，可以有效地降低系统构建的复杂度。平台系统根据分层的设计理念把系统分成以下几个层次：基础平台、平台服务、业务逻辑子系统、应用子系统。

基础平台对操作系统、数据库、安全加密、多媒体协议的封装，屏蔽差异，实现上层应用的平台无关性，提高开发效率和系统兼容性。

平台服务层提供了中心管理、认证授权、流媒体、存储管理、报警管理、电视墙代理、云台代理、网管服务、接入管理、智能分析、Web服务器等通用服务外，还提供了电信级系统必须具备的负载均衡、双机热备、全网校时、系统级联等服务。

4 应用效果分析

新景选煤厂通过智能视频监控平台，在完成基本视频监控的同时，还可以对监控点实现自动巡视功能；支持预览按帧抓拍及连续抓拍；可在本地查看抓拍的图片，并在抓拍的图片上添加备注信息以便做好标记；可以对前端的摄像机镜头进行放大、缩小、聚焦，支持转动速度控制，光圈放大缩小，灯光、雨刷自动扫描，镜头的变倍变焦。

监控人员事先对生产系统发生的问题进行报警分级设置，包括视频系统本身问题的报警和检测对象的报警。当发生报警后，系统自动启动包括视频图像、声光显示、信息叠加，语音对讲在内的客户端联动，迅速通过EMAIL通知、短信发送、电子地图、通道抓图等方式完成输出联动，同时支持手动插入备注信息，所有报警信息及确认信息均自动保存，并以报表形式导出，监控人员还可以在电子地图上查看报警录像，报警点的相关信息也会实时显示出来，实现了从被动监控到主动预防的转变，降低了监控人员的工作负荷，提高了工作效率。据统计，对于人员越界的检测准确率达90%以上，智能视频监控系统主界面如图2所示。

5 结语

本文主要针对新景选煤厂原有视频监控系统的不足，进行了智能化升级。在硬件上拓展了原系统的存储空间，提高了摄像头的拍摄速度和拍摄精度，监控画面的存储质量也大为提升。特别是针对选煤厂的安全管理问题，基于背景减除法和混合高斯模型的视觉智能算法，结合选煤厂实际，对监控视频进行运动目标检测与分割，以确定是否处于安全区域，有效地提升了选煤厂的本质安全水平。智能监控视频的应用也为选煤厂向无人化、智能化、高效化发展奠定了视频保障基础。

图2 智能视频监控系统主界面