可视化矿井车场机车视频追踪监管系统

1.一种可视化矿井车场机车视频追踪监管系统，其特征在于，该系统分为 车载发射部分和静态接收两部分；其中，车载发射部分由装在机车上的摄像仪(1) 和无线微波发射器(2)组成，摄像仪视频输出端与无线微波发射器(2)的输入 端(U)相连接，无线微波发射器(2)的输出端接发射天线；静态接收部分由N 个车场组成，每个车场有四个不同频率的微波接收器，即第一微波接收器(4A)、 第二微波接收器(4B)、第三微波接收器(4C)、第四微波接收器(4D)，该四个 不同频率的微波接收器与对应的一台四路视频光载波发射机(5)的“A、B、C、 D”四个视频输入端相接，四路视频光载波发射机(5)的输出端通过光缆(3) 与光接收机(6)的输入端相连接，光接收机(6)的四个输出端与四画面分割器 (7)的四个输入端连接，四画面分割器(7)的输出端接计算机(8)。
2.根据权利要求1所述的可视化矿井车场机车视频追踪监管系统，其特征 在于无线微波发射器(2)的无线微波载波频率在0.9----2.5GHz范围内可调。
3.根据权利要求1所述的可视化矿井车场机车视频追踪监管系统，其特征 在于四路视频光载波发射机(5)传送影像信号频率在6-10MHz。
4.根据权利要求1所述的可视化矿井车场机车视频追踪监管系统，其特征 在于四路视频光载波发射机(5)传送载波信号波长1330/1550nm。

技术领域\n本发明是一种不仅适合煤矿井下环境而且适合于冶金系统各类矿山矿井工 作环境的机车运输全新的追踪监控系统。属于矿井运输监控装置制造的技术领 域。\n背景技术\n现有技术存在的问题是：矿井下的机车一旦从调度室(站)发出，就变成失 去联系的、无人管理、无人问津的机车，无法知道机车运行的方位，由于对司机 没有有效监督管理机制，造成违章操作时有发生。因此，经常发生机车对撞、侧 撞、追尾等事故以及事故发生后扯皮现象。到目前为止还没有一种可视频监督机 车而且视频监督司机的运输的追踪监管系统，为杜绝和制止上述事故发生，规范 机车运输的管理，严格司机行车操作规程，矿井下需要一种可全程视频监控机车 运行的系统，而该种监控系统，目前在发明在国内、外尚无先例。\n发明内容\n技术问题：本发明的目的是提供一种可视化矿井车场机车视频追踪监管系 统，该系统可实时视频监管矿井下运行的机车，实现机车动态管理，提高机车运 行的安全性。本发明不仅适合煤矿井下环境而且适合于冶金系统各类矿山矿井工 作环境的机车运输。\n技术方案：本发明监视的对象是驾驶机车的司机及牵引的车辆。因此，在 所有被监视的机车上安装摄像仪和无线微波发射器，在机车运输线路上不同的车 场安装无线微波接收器，经光载波发送器通过光缆到地面调度室，将光载波接收 并还原监视图象信号经计算机屏幕显示出来，完成以下的功能：\n1.驾驶机车人员的动态管理，通过视频监视司机可严格规章制度的考核， 从而根本上杜绝违章操作机车设备；\n2.机车动态管理，视频监视可追踪机车运行位置，牵引货车装载量，列车 种类和车辆的数量；\n3.实现机车和车辆的生产统计管理报表生成，完成车辆的量化分析，实现 机车现代化的管理。\n本发明的可视化矿井车场机车图象追踪监管系统，它是矿井运输行业标准化 一直追求的目标，实现把机车内司机一举一动以及机车运行状态全部通过摄像仪 以图象方式返回到调度室。该系统是由发送、接收两部分组成；发送部分是由机 车、车载摄像仪、影像无线微波发射、电源等设备组成；接收部分是由影像微波 无线接收、光发射机、光缆、光接收机、画面分割器、硬盘录像计算机以及显示 屏幕等组成。\n该系统是由车载发射部分和静态接收两部分；其中，车载发射部分由装在机 车上的摄像仪和无线微波发射器组成，摄像仪视频输出端与无线微波发射器的输 入端相连接，无线微波发射器的输出端接发射天线；静态接收部分由N个车场组 成，每个车场有四个不同频率的微波接收器，既第一微波接收器、第二微波接收 器、第三微波接收器、第四微波接收器，该四个不同频率的微波接收器与对应的 一台四路视频光载波发射机的“A、B、C、D”四个视频输入端相接，四路视频光 载波发射机的输出端通过光缆与光接收机的输入端相联接，光接收机的四个输出 端与四画面分割器的四个输入端联接，四画面分割器的输出端接计算机。无线 微波发射器的无线微波载波频率在0.9----2.5GHz范围内可调。四路视频光载波 发射机传送影像信号频率在6-10MHz。发射机载波信号波长为1330/1550nm。下 面以四路视频为例进行详细说明。系统还可制成8路或更多路视频监视。\n首先，机车上安装摄像仪将机车所在位置以及运载的物资等图象记录下来， 把动画影像放大、调制到无线微波频率上再由天线发出去。尽管机车摆动只要震 动幅度在无线接收范围之内均有效。墙上无线微波接收器感应到发过来信息，则 接收器将信息放大送光发射器中经光缆将信息传到调度室，光接收机收到信号， 经四画面分割器、输出工控硬盘机收到井下上来的机车信号解调后送显示屏幕。 图2显示屏幕可按不同车号进行动态图象追踪显示。\nN个车场动态图象追踪系统：每个车场由四个微波接收A、B、C、D、一个光 发射机组成；光缆、光接收机、四画面分割器、硬盘录象计算机以及显示屏幕等 设备组成接收。图中车场是机车主要作业场地以及运行途中中间的站场，不仅有 调配车辆的功能而且负有接送上下班工作人员的任务，是事故多发生的地方。故 对车场进行严密监控管理。图中车场设一个分站，每个分站有四个微波接收器A、 B、C、D，一个四路图象追踪光发射机组成。四个微波接收器其工作原理基本相 同，唯一不同是载波频率不同，通常对于不同微波段有四个波段开关，故有四种 频率；车场中光发射机将四路图象信号并行输入后，先将模拟信号转换成数字信 号，进行逻辑编程，完成数字信号并行到串行序列转换，在编码，调制和时钟提 取，经驱动电路使激光器工作。光缆传输后，到达光接收机后光探测器工作，把 串行电脉冲进行解玛，解调和时钟提取，再把串性数据转换成并行四路数字年， 最后变成四个模拟量信号A、B、C、D。四路图象信号进入四画面分割器，而N 个四画面分割器一起接入硬盘计算机，计算机屏幕可显N个车场以及N个车号。\n有益效果：该系统首次在矿井恶劣环境提出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：\n1；机车牵引车辆类型，人车，料车，货车，矸石车。\n2；机车出现的掉道，对撞，追尾等事故，发生事故的车辆的车号和司机\n3；机车事故出现的地点，故障类型，及发生时间。\n4；系统可追踪记录和监督工作人员和司机行车有无违章的现象。\n5；系统可追踪记录和监督列车行进中的车辆丢失现象。\n6；系统可连续监控机车运行状态。包括传送的图象及声音。\n7；机车行进在三岔点处可自动判断行车信号，实现信号自动闭塞。\n8；系统无须安装传感器，避免维护传感的苦恼。\n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。\n附图说明\n图1是本发明的总体结构示意图。\n图2是微波发射器2的电路框图。图3是微波发射器2的电路原理图。\n图4是微波接收器的电路框图。\n图5是四路视频光载波发射机5的电路框图。\n图6是微波接收器的电路原理图。\n图7是光接收机6的电路框图。\n以上的图中有：摄像仪1，发射器2，光缆3，第一微波接收器4A、第二微 波接收器4B、第三微波接收器4C、第四微波接收器4D，光载波发射机5，光接 收机6、四画面分割器7，计算机8。\n具体实施方式\n发射器2焊点连接块W以9个焊点连接上下两部分电路，其中焊点“1、2、 3、4”接波段开关K，U是图像输入端，+5V接直流电源，L接左声道输入端，R 接右声道输入端，G接公共地。图中电源直流输入是9-12V，经电源电路“7805” 进一步滤波、稳压输出+5V，电源指示电路“LED1”和电阻、电容组成。\n发射器2下半部分电路有焊点连接W中三个L、R、U信号输入端、天线输出 端E、放大管Q1、Q2及变容二极管D2等器件组成左声道信号放大电路，左声道 信号L经放大电路后输出。而图中放大管Q3、Q4及变容二极管D1等器件组成右 声道信号放大电路，右声道信号R经放大电路后输出。图象信号U经滤波器后直 接与左声道信号L和右声道信号R汇合作为调制信号。图中集成电路LMX233LA 是数字锁相环电路，3端接压控振荡器VCO的输入端，5接压控振荡器VCO的输 出端，图中变容二极管D3和晶体管Q5组成压控电路，而D3、Q5以及集成电路 LMX233LA等器件就组成完整的压控振荡器。该压控振荡器中心为载波频率，其 载波频率由可编程集成电路PIC16C54C、晶振KT1和波段选择开关组成，图中通 过波段选择开关1234可选择四种微波频率。调制信号(左声道L、右声道R及 图象信号U叠加)经变容二极管D3和晶体管Q5控制压控振荡器VCO的频率，使 压控振荡器VCO的频率随电压变化而变化，从而压控振荡器VCO的频率携带调制 信号一并作为载波经晶体管Q6、Q7、及Q8放大后，通过天线E1把载波信号变 为无线电讯号发射出去。电路框图见图2。\n微波接收机焊点连接块W以9个焊点连接上下印刷板电路，其中焊点“1、2、 3、4”接波段开关K，U接图像输出端，+5V接直流，L接左声道输出端L，R接 右声道输出端R，G接公共地。图中I直流电源输入为9-12V，经L7805滤波、 稳压输出+5V，电源指示电路LED1和电阻组成。\n微波接收机中放大器Q1通过天线把无线电讯号耦合及放大后，经Q2选频放大器 进行频率选择。图中集成电路LMX233LA是数字锁相环电路，3端经电阻 容R28与变二极管D1分压接入放大器Q8输入端，5接放大器Q8输出端，这样， 由数字锁相环电路LMX233LA，变容二极管D1以及放大器Q8组成压控振荡器VCO， 同理，其载波频率由可编程集成电路PICl6C54C、晶振KT1和波段选择开关组成， 图中通过波段选择开关1234可选择四种微波频率，通过压控振荡器VCO的发射 极把微波波形频率输出。在选频放大器Q3的输入端，来自无线电信号和来自压 控振荡器VCO信号进行叠加混频后，输出一个视频频率，再经D91、D92放大器 及滤波器后，经集电极放大器Q6输出。集成电路SL1461是宽带调频解调器，信 号经过集成电路SL1461均可输出一个稳定的视频频率，视频信号由放大器Q9、 Q10、Q11、Q12、Q13及Q14输出稳定的信号。同理，视频信号经滤波器后，再 由集成电路MIC336BP是一个低功耗FM中频电路，可作为解调器用滤掉视频信号 保留音频信号，作为左声道L信号，同样道理，采用上述方法可得到右声道R 信号。电路框图见图3。\n光载波发射机5由四路输入预处理电路、四路模拟数字转换AD9280、一个 可编程逻辑控制器件EPM7128、一个编码和速率可调式发送器HDMP1032、激光驱 动电路TZA3041、激光器等组成。其中输入预处理电路有外围芯片LM1881、9012、 二极管D和电阻电容组成视频输入指示，而芯片T05MX以及电阻电容器件组成视 频信号输入A。图中预处理电路共有四个，即同时可接入四个视频输入A、B、C、 D。通常视频输入接摄像仪图像信号。预处理电路输出将图象信号直接送AD9280 输入端。AD9280是一个8位模拟数字转换器，经过抽样-保持放大器和基准电压 将连续的图象信号变成规律性的8位数字并行信号，抽样-保持放大器适合于连 续信道中转换规定范围内所有电压基准，并达到和满足奈奎斯特速率的频率取样 要求，其动态特性比较好。图中线路有A、B、C、D四路数字信号同时输入到可 编程逻辑控制器件EPM7128中，MAX7000系列产品具有高密度，高性能的特点， 采用高级CMOS技术制造，计数器最高速率可达227.3MHZ，支持TTL逻辑仿真， 利用COMS EEPROM单元块来实现逻辑运算功能，可适合许多独立的组合顺序逻辑 功能。在调试中可快速有效编程最多可达重复编程100次。芯片还具有使用独立 可编程时钟、时钟允许、清除、预制功能进行寄存器配置等。实现对四路数字信 号进行编程，其中包括四路八位数字信号从并行变成串行，使四路图象信号有规 律地按时间顺序幅度一致地混合在一起，并按照事先排列好逻辑关系进行编程写 入和固化。这样，四路数字信号变成串行连续时间序列信号。该时间 序列信号送入HDMP1032电路，该集成芯片具有编码，调制，时钟信号提取的功 能，用于建构点对点高速数据之间通信，速率可达1.4G/s。发送接收连接的串 行数据速率是可选择的，这些串行数据速率转换成带宽为260MB到1400GB的编 码串行速率。同时存在一个标志位，用户可使用这个标志位作为附加位。附加位 可用于奇，偶校验位用以表示双字节传输等。经传输速率调整后发送到集成电路 TZA3041的输入端，TZA3041是专门用于激光器件驱动，不仅使激光器件始终工 作在特性曲线的线性区域内，而且适合用于千兆以太网或1.2GB/S速率光纤信 道。图中激光管采用4脚输出方式，其中2脚输出光信号，另2脚为稳定工作点 提供的反馈光路。电路框图见图4\n光载波接收机给出一路光载波输入和四路视频输出的光载波多路视频接收 器电路。该接收器由光探测器、驱动电路TZA3044、解码和速率可调式接收器 HDMP1034、可编程逻辑控制器件EPM7128AETC144、四路数字模拟转换AD9708、 四路视频输出接口电路等组成。\n输入端是一系列连续不断的串行序列光脉冲信号，光探测器电路探测到光信 号后转换成电信号。集成电路ZAT3044不仅为光探测器提供正常工作电压，而且 是带宽为1KHZ-1.25GHZ及高增益放大器，通常应用在622MB/S速率SDH以及 1.25千兆以太网接收机中，使输出连续不断地串行序列电脉冲不失真地传送到 下一个芯片。接收器HDMP 1034收到电脉冲后，对数据进行分析判断，并实现解 码，解调和时钟提取，该芯片可用于点对点高速数据之间通信，并且速率可达 1.4G/s。串行数据速率是可调节的。可编程逻辑控制器件EPM7128是串联系列连 续不断地串行序列数据输入，而输出是A、B、C、D四路并行数字信号，如何将 系列串联信号编程为四路并联数字信号呢，电路采用了MAX7000系列产品具有高 密度，高性能的特点，采用高级CMOS技术制造，计数器最高速率可达227.3MHZ， 支持TTL逻辑仿真，利用COMS EEPROM单元块来实现逻辑运算功能，可适合许多 独立的组合顺序逻辑功能。在调试中可快速有效编程最多可达重复编程100次。 芯片还具有使用独立可编程时钟、时钟允许、清除、预制功能进行寄存器配置等。 并能有规律地按时间顺序将四路图象信号选出来，并按照事先排列好逻辑关系进 行编程写入和固化。8位四路并行数据分别接入四个AD9708芯片。该电路是一 片8位识别，低功率COMS数摸转换器件，将并行8位数据还原成模拟量A，AD9708 内部采用电流源结构与专用转换技术结合。输出接口电路由OPA680、OPA681、 LM33组成，模拟量A经集成电路OPA680和LM339，及电阻电容组成视频驱动， 发光二极管D构成视频输出指示，亮绿灯以及另一发光二极管D构成电源指示亮 红灯。OPA680、OPA681组成视频输出。电路框图见图5。