一种综采工作面电液控集成视频传输系统及方法

摘要

本发明公开了一种综采工作面电液控集成视频传输系统及方法，其中该系统包括隔爆电源、支架阀驱动及传感检测装置、四芯连接电缆和PC服务器、摄像仪、支架控制器、隔离器和网络转换器，摄像仪将由视频图像数据转换的载波信号发送至支架控制器；支架控制器接收载波信号并发送至与其相邻的外部设备；隔离器的两端与左/右邻支架电源组尾/首支架控制器相连，对不同支架电源组进行电气隔离和信号耦合，通过直通模式或者中继模式传输载波信号；其中，具有预设编号的隔离器与隔爆电源相连以引入外部电源；网络转换器的两端分别与支架控制器和PC服务器相连，将接收的载波信号转换为以太网格式数据发送至PC服务器。实现了在既有电液控系统上的视频数据高宽带传输。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及视频传输技术，尤其涉及一种综采工作面电液控集成视频传输系统及方法。

背景技术

随着我国煤炭高产高效矿井建设的不断发展，煤炭开采自动化和智能化装备水平不断提高，由于视频技术可以将工作面的状态在工作面外实时地显示，工人可根据视频显示图像在工作面外实时观测工作面的情况，辅助远程与集中控制设备，工人可从工作面外完成对工作面设备的作业控制，达到工作面少人化的效果，视频监控成为提高综采自动化水平的关键内容。

传统的综采工作面视频监控系统均采用视频监控系统独立配置的方式，一方面，随着工作面设备数量与种类的不断增加，视频监控系统出现线缆铺设量大，在狭小的工作面空间内安装调试困难的问题；另一方面，视频监控系统存在重复建设、设备成本高和后续维护不便等问题。

目前，针对上述问题，视频监控系统正在向支架控制系统集成视频监控一体化发展，改进方案主要有两类：一类是系统构成和传输机制与原有电液控相同的基础上，直接将视频数据通过原有系统支架间总线传输，但是支架控制串行总之速率较低，只能完成定时的图片传输，无法实现真正连续码流的视频监控；另一类是将以太网交换模块置于支架控制器内，以POE(Power Over Etherent，以太网供电)方式在支架间互连线上完成支架控制器的网络连接和电源供应，实现基于现有电液控系统的工作面高带宽承载网络覆盖，但是用以太网取代原有支架间的串行控制总线，当多业务混合传输中存在网络流量波动或者数据拥塞时，易出现影响控制数据可靠性的问题。

发明内容

本发明提供一种发明一种综采工作面电液控集成视频传输系统及方法，以实现在既有电液控系统上的视频数据高宽带传输，节省成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种综采工作面电液控集成视频传输系统，该系统包括：

包括隔爆电源、支架阀驱动及传感检测装置、四芯连接电缆和PC服务器，还包括：摄像仪、支架控制器、隔离器和网络转换器，

所述摄像仪，用于将视频图像数据转换为载波信号，将所述载波信号发送至所述支架控制器；

所述支架控制器与所述摄像仪相连，用于接收所述摄像仪发送的所述载波信号，将所述载波信号发送至外部设备，所述外部设备包括与所述支架控制器相邻的支架控制器、隔离器或网络转换器，其中由预设数量的所述支架控制器形成支架电源组，所述支架电源组内相邻的支架控制器通过所述四芯连接电缆相连；

所述隔离器的一端与左邻支架电源组的尾端支架控制器相连，所述隔离器的另一端与右邻支架电源组的首端支架控制器相连，用于对不同支架电源组进行电气隔离和信号耦合，通过直通模式或者中继模式对所述载波信号进行传输；其中，具有预设编号的隔离器还连接有所述隔爆电源，用于引入外部电源；

所述网络转换器一端与支架控制器相连，另一端通过以太网与所述PC服务器相连，用于接收所述支架控制器发送的载波信号，将所述载波信号转换为以太网格式数据，并将所述以太网格式数据发送至所述PC服务器。

第二方面，本发明实施例还提供了一种综采工作面电液控集成视频传输方法，该方法包括：

摄像仪获取视频图像数据，将所述视频图像数据转换为载波信号，将所述载波信号发送至支架控制器；

所述支架控制器接收所述摄像仪发送的所述载波信号，将所述载波信号发送至外部设备，所述外部设备包括与所述支架控制器相邻的支架控制器、隔离器或者网络转换器，所述载波信号通过相邻的所述支架控制器或者所述隔离器传输至所述网络转换器，其中所述隔离器通过直通模式或者中继模式对所述载波信号进行传输；

网络转换器接收相邻的所述支架控制器发送的所述载波信号，将所述载波信号转换为以太网格式数据，并将所述以太网格式数据发送至PC服务器。

本发明实施例通过视频传输系统以预设编号的隔离器为中继和连接点、以摄像仪为载波接入点的宽带载波多中继视频传输网络为基础，将载波信号通过宽带载波多中继视频传输网络传输至网络转换器，通过矿井环网传输至PC服务器，解决了现有技术中视频传输速率低或者配置独立视频监控组网成本高的问题，实现了在既有电液控系统的基础上对视频数据高宽带承载，无需再单独配置视频监控组网设备，降低了经济成本。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的综采工作面电液控集成视频传输系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的宽带载波多中继视频传输网络结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的摄像仪的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的隔离器的结构示意图；

图5是本发明实施例一提供的支架控制器的结构示意图；

图6是本发明实施例一提供的网络转换器的结构示意图；

图7是本发明实施例二提供的综采工作面电液控集成视频传输方法的流程图；

图8是本发明实施例三提供的综采工作面电液控集成视频传输方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的综采工作面电液控集成视频传输系统的结构示意图，如图1所示，一种视频传输系统，包括隔爆电源110、支架阀驱动及传感检测装置120、四芯连接电缆130、PC服务器140、摄像仪150、支架控制器160、隔离器170和网络转换器180，

摄像仪150，用于将视频图像数据转换为载波信号，将载波信号发送至支架控制器180；

支架控制器160与摄像仪150相连，用于接收摄像仪150发送的载波信号，将载波信号发送至外部设备，外部设备包括与支架控制器相邻的支架控制器、隔离器或网络转换器，其中由预设数量的支架控制器形成支架电源组，支架电源组内相邻的支架控制器通过四芯连接电缆130相连；

隔离器170的一端与左邻支架电源组的尾端支架控制器相连，隔离器的另一端与右邻支架电源组的首端支架控制器相连，用于对不同支架电源组进行电气隔离和信号耦合，通过直通模式或者中继模式对载波信号进行传输；其中，具有预设编号的隔离器还连接有隔爆电源110，用于引入外部电源；

网络转换器180一端与支架控制器170相连，另一端通过以太网与PC服务器140相连，用于接收支架控制器170发送的载波信号，将载波信号转换为以太网格式数据，并将以太网格式数据发送至PC服务器140。

本实施例中，视频传输系统在既有电液控系统的基础上加入摄像仪、支架控制器、隔离器和网络转换器，其他各部件的连接关系、供电方式与既有电液控系统相同，隔爆电源、支架阀驱动及传感检测装置、四芯连接电缆、PC服务器与既有电液控系统中的对应部件特性功能相同，可直接兼容沿用。

其中，隔爆电源为系统提供电源，根据隔爆电源的供电能力将预设数量的支架控制器划分为支架电源组，示例性的，预设数量可以是2、3或者4等。工作面内的支架控制器数量根据支架数量确定，示例性的，每一台支架配置一台支架控制器。同一支架电源组内的支架控制器通过相邻的接口相连，不同的支架电源组通过隔离器相连，隔离器的一端与左邻支架电源组的尾端支架控制器相连，隔离器的另一端与右邻支架电源组的首端支架控制器相连，用于对不同支架电源组进行电气隔离和信号耦合。其中，具有预设编号的隔离器与隔爆电源相连，引入电源，示例性的，预设编号的隔离器可以是奇数编号的隔离器，将与网络转换器相邻的支架控制器设置为第一支架控制器，并依次设置系统内支架控制器编号，具体的，可以是第2N-1支架控制器与隔爆电源、左/右相邻的支架电源组相连，第2N支架控制器仅与左/右相邻的支架电源组相连，N为大于等于1的正整数。

隔离器根据接入电源的状态不同，设置对载波信号的传输方式不同，处于电源引入位置的隔离器在启动时，自动切换为宽带载波中继模式，处于非电源引入位置的隔离器在启动时，自动切换为宽带载波直通模式，示例性的，奇数编号的隔离器与隔爆电源相连，在系统启动后处于宽带载波中继模式，偶数编号的隔离器不与隔爆电源相连，在系统启动后处于宽带载波直通模式。当隔离器的工作模式配置完成时，建立以预设编号的隔离器为中继、以摄像仪为载波接入点的宽带载波多中继视频传输网络，系统通过根据预设编号对隔离器进行中继模式和直通模式的间隔化处理，将载波信号在传输过程中的中继次数压缩，在满足载波信号质量与接入节点数量的要求的情况下，降低了系统在多中继情况下的中继延时，提高了系统视频传输的实时性。如图2所示，图2是本发明实施例一提供的宽带载波多中继视频传输网络结构示意图。

网络转换器接收系统中传输的载波信号，将载波信号转换为以太网格式数据，通过矿井环网将以太网数据传输至PC服务器，实现在既有电液控系统的基础上对视频数据高宽带承载，无需再单独配置视频监控组网，降低了成本。

可选的，如图3所示，图3是本发明实施例一提供的摄像仪的结构示意图，摄像仪150包括第一供电模块151、视频采集处理模块152、红外云台辅助模块153、摄像仪一体化接口154、第一高频阻波器155和第一宽带载波模块156；

第一宽带载波模块156一端和摄像仪一体化接口154相连，另一端和视频采集处理模块152相连，用于对视频采集处理模块152发送的视频数据进行处理，并将处理后的数据发送至摄像仪一体化接口154；

摄像仪一体化接口154为四芯接口，其中两芯接口与视频采集处理模块152的配置接口相连，用于接收配置访问指令，另外两芯接口通过电源与宽带载波复用线分别和第一高频阻波器155以及第一宽带载波模块156相连，用于在获取外部电源的同时通过载波复用方式实现视频数据的上传；

第一高频阻波器155一端与摄像仪一体化接口154相连，另一端与第一供电模块151相连，用于对内部电路供电信号与外部载波信号进行阻隔。

本实施例中，视频采集处理模块和红外云台辅助模块与既有电液控系统中的对应部件特性功能相同，可直接兼容沿用。

视频采集处理模块获取工作面的视频图像数据，第一宽带载波模块通过以太网与视频采集处理模块，由以太网口上传视频图像数据，第一宽带载波模块将视频图像数据进行编码与调制解调，将视频图像数据转换为载波信号，经由摄像仪一体化接口将载波信号传输至支架控制器，实现了以太网视频数据的载波传输。

第一高频阻波器能够对内部电路供电信号与外部载波信号进行阻隔，一方面，避免高频信号对内部电路的干扰，造成内部电路不稳定的问题；另一方面，避免内部电路吸收高频信号，造成宽带载波信号的衰减。

可选的，如图4所示，图4是本发明实施例一提供的隔离器的结构示意图，隔离器170包括第二供电模块171第三供电模块1710、第一控制器接口172和第二控制接口173、第一电源引入接口174、第二电源引入接口175、宽带载波处理模块176、第二高频阻波器177、电源接入及高频开关控制模块178和串行数据隔离耦合电路179；

电源接入及高频开关控制模块178通过第一电源引入接口174和第二电源引入接口175与隔爆电源110相连，用于将外部电源引入隔离器170；

第二高频阻波器177一端与第一控制器接口172和第二控制器接口173相连，另一端与第二供电模块171或第三供电模块1710相连，用于对内部电路供电信号与外部载波信号进行阻隔；

宽带载波处理模块176通过高频开关分别与第一控制器接口172和第二控制器接口173相连，用于接收支架控制器传输的载波信号，将载波信号通过中继模式或者直通模式进行传输；其中，若检测到有电源引入时，宽带载波处理模块176进入中继模式，若检测到无电源引入时，宽带载波处理模块176进入直通模式；

串行数据隔离耦合电路179与宽带载波处理模块176相连，用于查询宽带载波处理模块的中继载波单元的状态信息。

本实施例中，电源接入及高频开关控制模块与第一电源控制接口和第二电源控制接口相连，实现电源的引入，根据电源的是否接入控制高频开关的断开与导通，具体的，高频开关是与宽带载波处理模块相连的开关S1、S2、S3和S4。

当无电源接入时，高频开关S3和S4导通，高频开关S1和S2断开，宽带载波处理模块处于载波直通模式，当有载波数据传输时，不对载波数据进行中继处理，将载波信号以直通方式传输；当有电源接入时，高频开关S1和S2导通，高频开关S3和S4断开，宽带载波处理模块处于载波中继模式，当有载波数据传输时，对载波数据进行数据重整和信号还原，提升载波信号质量，一方面解决了系统中宽带载波网络支持节点数量受限的问题，另一方面，解决了系统中长距离信号传输中的信号质量严重衰减问题，提高了系统网络的覆盖范围和通信宽带。

可选的，如图5所示，图5是本发明实施例一提供的支架控制器的结构示意图，支架控制器160包括：支架控制电路161、传感阀驱动接口162、第一接口163、第二接口164、摄像仪接口165和第三高频阻波器166；

摄像仪接口165为四芯接口，其中两芯接口与支架控制电路161相连，另外两芯接口通过电源与宽带载波复用线与第一接口163和第二接口164相连，用于接收摄像仪发送的载波信号。

第一接口163和第二接口164均为四芯接口，其中第一接口163的两芯接口和第二接口164的两芯接口分别与支架控制电路161相连，第一接口163的另外两芯接口与第二接口164的另外两芯接口相连，用于导通支架控制器内部的电源信号和载波信号。

第三高频阻波器166一端通过电源与宽带载波复用线与第一接口163和第二接口164相连，另一端与支架控制电路161相连，用于对内部电路供电信号与外部载波信号进行阻隔。

本实施例中，支架控制电路和传感阀驱动接口与既有电液控系统中的对应部件特性功能相同，可直接兼容沿用。

其中，支架控制器通过摄像仪接口与摄像仪相连，接收摄像仪发送的载波数据，并将载波数据通过第一接口或者第二接口传输至于该支架控制器相邻的外部设备，示例性的外部设备可以是支架控制器、隔离器或者网络转换器。

支架控制器也可以通过第一接口或者第二接口接收相邻设备传输的载波信号，经过电源与宽带载波复用线通过第二接口或者第一接口发送至支架控制器另一端相邻的外部设备，完成对载波信号的传输。

支架控制电路可通过I/O或者RS485等通信方式与传感阀驱动接口相连，用于对外围传感阀驱动设备进行数据采集和驱动控制。

可选的，如图6所示，图6是本发明实施例一提供的网络转换器的结构示意图，网络转换器180包括：以太网口181、第二宽带载波模块182、串行数据至TCP/IP网络数据桥转模块183、第四供电模块184、转换器接入口185、以太网交换模块186和第四高频阻波器187；

转换器接入口185用于接收支架控制器传输的载波信号；

第二宽带载波模块182一端与转换器接入口185相连，另一端与以太网交换模块186相连，用于将载波信号转换至以太网格式数据；

以太网转换模块第186一端与第二宽带载波模块182相连，第二端与串行数据至TCP/IP网络数据桥转模块183相连，第三端通过以太网口181与矿井环网相连，用于将以太网格式数据通过矿井环网发送至PC服务器140；

第四高频阻波器187一端与转换器接入口185相连，另一端与第四供电模块184相连，用于对内部电路供电信号与外部载波信号进行阻隔。

其中，网络转换器的转换器接入口与相邻的支架控制器相连，接收相邻的支架控制器传输的载波信号，载波信号经过第二宽带载波模块转换为标准以太网格式数据，通过以太网转换模块，将以太网格式数据经矿井环网发送至PC服务器，实现了工作面的视频图像数据传输到PC服务器的过程。

本实施例的技术方案，视频传输系统以预设编号的隔离器为中继和连接点、以摄像仪为载波接入点的宽带载波多中继视频传输网络为基础，将载波信号通过宽带载波多中继视频传输网络传输至网络转换器，通过矿井环网传输至PC服务器，解决了现有技术中视频传输速率低或者配置独立视频监控组网成本高的问题，实现了在既有电液控系统的基础上对视频数据高宽带承载，无需再单独配置视频监控组网，降低了经济成本。

实施例二

图7为本发明实施例二提供的综采工作面电液控集成视频传输方法的流程图，在上述实施例一的基础上，该方法可以采用本发明实施例一所提供的视频传输系统来执行，该方法具体包括：

S210、摄像仪获取视频图像数据，将视频图像数据转换为载波信号，将载波信号发送至支架控制器。

S220、支架控制器接收摄像仪发送的载波信号，将载波信号发送至外部设备，外部设备包括与支架控制器相邻的支架控制器、隔离器或者网络转换器。

S230、确定支架控制器是否与网络转换器相邻，若不与网络转换器相邻，则执行步骤S240，若与网络转换器相邻，则执行步骤S250。

示例性的，若支架控制器与网络转换器相邻，则将该支架控制器内的载波信号直接发送至网络转换器，若支架控制器不与网络转换器相邻，则将支架控制器内的载波信号直接发送至相邻的支架控制器或者隔离器，使得载波信号在宽带载波多中继视频传输网络中进行传输，由网络转换器接收该载波信号。

S240、将载波信号通过相邻的支架控制器或者隔离器传输至网络转换器。

其中，隔离器通过直通模式或者中继模式对载波信号进行传输。

S250、网络转换器接收相邻的支架控制器发送的载波信号，将载波信号转换为以太网格式数据，并将以太网格式数据发送至PC服务器。

本实施例的技术方案，通过摄像仪将获取的工作面视频图像数据转换为载波信号，将载波信号发送至支架转换器，经宽带载波多中继视频传输网络发送至网络转换器，网络转换器接收载波信号并转换为以太网格式数据，将以太网格式数据经矿井环网传输至PC服务器，实现了既有电液控系统的基础上的视频数据高宽带承载。

在上述实施例的基础上，步骤S210还可以是：

摄像仪的宽带载波模块接收视频采集处理模块传输的视频图像，将视频图像转换为载波信号，将载波信号通过摄像仪一体化接口发送至支架控制器。

在上述实施例的基础上，步骤S240还可以是：

隔离器通过第一控制器接口接收支架控制器的载波信号，在隔离器内将载波信号通过中继模式或者直通模式进行传输，通过第二控制接口将载波信号传输至相邻的支架控制器；其中，若检测到有电源引入时，隔离器通过中继模式传输载波信号，若检测到无电源引入时，隔离器通过直通模式传输载波信号。

在上述实施例的基础上，步骤S250还可以是：

网络转换器的转换器接入口接收相邻的支架控制器发送的载波信号；

网络转换器的宽带载波模块将载波信号转换至以太网格式数据；

网络转换器的以太网交换模块将以太网格式数据通过矿井环网发送至PC服务器。

实施例三

图8是本发明实施例三提供的综采工作面电液控集成视频传输方法的流程图，在上述实施例的基础上，进一步的在摄像仪获取视频图像数据，将视频图像数据转换为载波信号，将载波信号传输至支架控制器之前，增加了当对系统上电时，检测各隔离器的电源接入状态，根据电源接入状态确定隔离器的载波模式，其中载波模式包括中继模式和直通模式；统计中继模式隔离器的数量，设置中继模式隔离器处于未启动状态；为中继模式隔离器分配非重叠载波频段，启动中继模式隔离器，形成宽带载波传输网；将宽带载波接入节点接入相应的载波中继，加入宽带载波传输网。相应的，该方法具体包括：

S310、当对系统上电时，检测各隔离器的电源接入状态，根据电源接入状态确定隔离器的载波模式，其中载波模式包括中继模式和直通模式。

其中，在对系统进行上电的初始时刻，隔离器中的高频开关均处于断开状态，且隔离器内部的宽带载波处理模块处于未启动状态。当系统完成上电之后，隔离器根据外部电源的接入状态确定宽带载波处理模块的工作状态。当有电源接入时，隔离器的宽带载波处理模块处于中继模式；当没有电源接入时，隔离器的宽带载波处理模块处于直通模式。检测所有隔离器的宽带载波处理模块的载波模式是否全部配置完成，若没有全部配置完成，返回步骤S310继续进行载波模式的配置，若全部配置完成，则执行步骤S320。

S320、统计中继模式隔离器的数量，设置中继模式隔离器处于未启动状态。

S330、为中继模式隔离器分配非重叠载波频段，启动中继模式隔离器，形成宽带载波传输网。

其中，载波频段指的是电磁波的一个载波频率范围，示例性的，中继模式隔离器数量为10台，设置为奇数编号的中继模式隔离器配置A载波频段，处理A载波频段的载波信号，偶数编号的中继模式隔离器配置B载波频段，处理B载波频段的载波信号，其中，A载波频段与B载波频段不重叠，示例性的，A载波频段可以是1920MHz-1980MHz，B载波频段可以是2110MHz-2170MHz。

中继模式隔离器根据分配的载波频段开启载波中继工作，中继模式隔离器经电源与宽带载波复用线进行互连，用于载波信号的传输，实现载波传输网络的逐级拓展，形成覆盖全部工作面的宽带载波传输网。

S340、将宽带载波接入节点接入相应的载波中继，加入宽带载波传输网。

其中，宽带载波接入节点指的是载波信号的输入点，示例性的，宽带载波接入节点可以是摄像仪。

S350、摄像仪获取视频图像数据，将视频图像数据转换为载波信号，将载波信号发送至支架控制器。

S360、支架控制器接收摄像仪发送的载波信号，将载波信号发送至外部设备，外部设备包括与支架控制器相邻的支架控制器、隔离器或者网络转换器。

S370、若支架控制器未与网络转换器相邻，则执行步骤S240，若支架控制器与网络转换器相邻，则执行步骤S250。

S380、将载波信号通过相邻的支架控制器或者隔离器传输至网络转换器。

其中，隔离器通过直通模式或者中继模式对载波信号进行传输。

S390、网络转换器接收相邻的支架控制器发送的载波信号，将载波信号转换为以太网格式数据，并将以太网格式数据发送至PC服务器。

本实施例的技术方案，通过对系统中的中继模式的隔离器工作频段的间隔化，保证各级宽带载波中继子网之间在载波频段上不重叠，避免了相邻的宽带载波中继子网在临界域从空间上形成射频同频自干扰，进一步提高载频信号的传输质量。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。