礦井融合調度通信系統的設計及應用

薛曉炎，　霍振龍，　顧俊

(1.中煤科工集團常州研究院有限公司， 江蘇 常州　213015；2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州　213015)

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科研成果

礦井融合調度通信系統的設計及應用

薛曉炎1，2，霍振龍1，2，顧俊1，2

(1.中煤科工集團常州研究院有限公司， 江蘇 常州213015；2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州213015)

摘要：針對大多數煤礦通信系統各自分散、無法跨越各系統進行調度指揮的問題，設計了礦井融合調度通信系統，詳細介紹了系統的組成及功能實現。實際應用結果表明，該系統能兼容現有煤礦通信系統，為跨越各系統之間的通信提供高效業務平臺與橋梁，有效提高了礦井應急調度處置能力，進一步提升了煤礦安全生產管理水平。

關鍵詞：礦井通信； 通信聯絡； 融合調度通信; 移動調度通信

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160803.0956.001.html

0　引言

目前，礦井有線通信、無線通信、應急廣播、人員定位、工業視頻等系統的實施有效提高了井下作業人員的安全系數與工作效率[1]，但這些系統各自分散，煤礦仍然缺乏能夠整合礦井有線通信、無線通信、廣播等系統，業務上能夠涵蓋數據、語音、視頻的高效一體化調度通信指揮系統，限制了礦井各系統的無縫溝通與多媒體信息傳遞，無法滿足相關管理人員在井上及井下快速獲取所需綜合通信信息來輔助科學決策的需求，無法通過同一調度指揮界面將形成的調度決策指令迅速傳遞到任何地點或任何人[2-3]。

針對上述問題，從井下通信裝備實際情況出發，筆者設計了礦井融合調度通信系統，該系統在兼容煤礦現有通信系統的前提下，為跨越各系統之間的通信提供高效業務平臺與橋梁，能夠為煤礦集控中心及各分控中心提供更高效的多系統協同通信與綜合調度指揮業務，可以進一步提升煤礦安全生產管理水平。

1　系統設計

礦井融合調度通信系統拓撲結構如圖1所示，系統主要由融合通信服務器、語音接入服務器、調度服務器、觸摸屏調度臺及移動多媒體調度通信終端組成。

融合通信服務器與選煤廠擴音電話系統、數字程控調度系統通過語音服務器進行信令和媒體的對接與中繼；與礦用應急廣播系統、WiFi無線通信系統、礦用工業視頻監控系統直接通過IP網絡進行信令和媒體的對接與中繼；與集控平臺、人員定位等系統通過工業以太網進行數據聯動。融合通信服務器采用SIP中繼方式與移動IMS(IP多媒體子系統)網絡進行語音通信，通過權限配置，使井下無線通信終端能夠與地面移動通信網進行語音通信。融合通信服務器支持對接配套調度服務器，可通過觸摸屏調度臺進行多媒體信息呈現和綜合調度，也可通過移動多媒體調度通信終端進行移動多媒體遠程調度和通信。所有互聯系統的調度通信功能都通過融合調度通信平臺軟件實現。

圖1　礦井融合調度通信系統拓撲結構

2　系統功能設計

2.1融合通信功能

礦井融合調度通信系統具備多媒體融合通信功能，集通信子系統和終端接入、交換控制、媒體處理、協同通信、調度管理功能于一體，支持包括語音、視頻和數據等多媒體業務類型，系統多媒體融合通信功能設計邏輯如圖2所示。

SIP信令協議有控制靈活、可擴展性強、支持分布式等特點，能將蜂窩系統和因特網應用領域融合在一起，被3GPP(第三代合作伙伴計劃)工作組定義為第三代移動通信系統提供IP多媒體服務的信令協議，是下一代網絡的核心協議之一。國內外許多組織也在致力于SIP在煤礦行業井下專網領域的研究、應用及擴展[4]。SIP協議的開放性及針對煤礦行業專網應用的可擴展性已得到實際驗證[5]。系統基于SIP信令協議和多媒體通信技術來設計適合煤礦井下應用的融合通信與綜合調度業務功能。系統可與礦方現有礦用工業視頻監控系統對接，支持在觸摸屏調度臺上對工業視頻進行查看、錄像、截圖，并實現視頻聯動功能，調度撥打某個電話時，在被叫振鈴前就可以將該電話綁定的1路或者多路視頻信號進行顯示，便于調度指揮人員更及時、更全面了解現場情況。系統可與礦方現有廣播系統對接，綜合調度臺實現廣播功能，包括與單個廣播終端通話、播放語音，臨時將廣播終端建立群組，實現針對不同區域廣播不同語音。

圖2　系統多媒體融合通信功能設計邏輯

2.2綜合調度通信功能

綜合調度通信功能支持多路綜合調度臺和移動調度臺登錄，并設計權限管理和優先級管理，實現上級調度員能對下級調度員及下級所有用戶進行所有調度操作，而下級的調度員不能對上級調度員進行調度操作。同時綜合調度通信業務具有常用數據交互接口及便捷的數據通信接口二次開發功能，可與礦用人員定位、安全監測等系統進行數據交互和聯動，實現交互數據實時多向傳輸。這樣的分級調度系統結構提高了調度的效率，滿足新形勢下跨地域、跨部門的大規模現代指揮調度的通信需求。綜合調度通信業務平臺也具備多種媒體、多種方式應急預案的管理與調度發布功能，能夠適應不同礦山及不同突發事件下的不同應急預案管理與調度流程[5]。

2.3移動調度通信功能

在井下或地面基站無線信號覆蓋的任何區域，利用移動調度通信終端接入融合調度通信系統，可實現移動語音調度通信、視頻監控、人員位置查詢、崗位管理等功能設計。移動調度通信終端上安裝有移動調度通信客戶端APP，可通過融合通信服務器對井下電話、廣播終端等語音設備進行雙工語音通信，同時融合視頻業務、數據通信和智能聯動于一體，使煤礦管理人員在調度室以外的井下或地面也可實時了解礦井生產、安全等情況，及時發現和消除生產過程中的各類安全隱患[6]。

3　系統軟件設計與實現

融合調度通信系統軟件可實現對各種類型調度終端，如有線電話、IP電話、礦用手機、公網手機、公網固話、可視電話、IP智能終端等進行通信與統一調度。呼叫控制和媒體承載邏輯上相互分離。

對于每一個通話方(主叫或被叫)，系統都會生成一個語音會話對象與之對應。傳入各應用模塊的主要數據結構就是該語音會話對象，它封裝了會話數據和信令/媒體處理函數，采用面向對象的設計思想，為各應用模塊屏蔽了底層處理的復雜性。呼叫狀態控制層是介于底層協議棧和上層應用模塊之間的核心控制層，它為每個語音會話對象啟動或結束一個獨立的處理任務，該處理任務以一個狀態機的形式運行，系統通過該狀態機來實現并約束一個合法的語音呼叫或語音應用流程。

系統軟件采用C/C++語言編碼實現，系統開發和部署采用Linux環境。系統軟件采用靜態內核與動態模塊的架構模式。系統內核功能包括：① 線程和內存池管理。② 呼叫狀態控制。③ 抽象各種接口，包括信令、語音編解碼、號碼路由、定時器、呼叫應用、短信應用、API函數、文件系統及這些接口的通用調用函數。④ 模塊和接口的動態管理。各具體功能模塊都能實現動態加載與卸載機制，加載函數將本模塊實現的功能注冊到內核的相應接口上，卸載函數按順序完成各功能模塊卸載與資源釋放。融合調度通信系統軟件設計如圖3所示。

圖3　融合調度通信系統軟件設計

系統軟件采用背靠背用戶代理(B2BUA)模式進行設計，系統軟交換平臺分別作為UAS(用戶代理服務器)和UAC(用戶帳戶控制)參與到呼叫建立和媒體交互過程，可以將不同能力集的用戶互通起來。系統軟件設計了異步消息的注冊、發布和接收響應機制，同時在實時性要求高的部分設計了同步回調，有效組織各個功能模塊成為一個統一整體。調度通信業務可以作為融合通信平臺應用服務來提供，由多個任務及任務間的配合來完成多媒體通信及一體化調度功能，實現功能包括用戶狀態實時監控、點擊呼叫、呼叫轉接、呼叫排隊、呼叫代答、監聽、錄音、強插、強拆、強掛、多方會議、組呼、 群呼、點名、輪詢、夜服等。會議管理支持即時會議、預研式會議，可對與會者執行隔離、踢出、禁言等操作，支持會議錄音，最大支持256路會議資源。通過調度臺觸摸選擇電話會議參與人員(內外線號碼均可)，點擊“開始會議”按鈕即可快速召開電話會議，當會議成員相對固定時，可預設會議并采用一鍵電話會議功能。

4　系統應用

目前，國陽新能股份有限公司一礦(以下簡稱國陽一礦)已建設的井下通信聯絡系統包括數字程控調度系統(容量為1 120門)、選煤廠擴音電話系統(容量為128門)、礦用應急廣播系統(廣播終端為110個)、WiFi無線通信系統(手機終端為300部)、礦用工業視頻監控系統(各類攝像頭為312個)、井下人員定位系統等。除了WiFi無線通信系統與數字程控調度系統通過語音網關實現通信外，其余各系統均為獨立系統，無法實現跨越系統進行一體化調度通信指揮。為此，該礦決定應用融合調度通信系統對礦井有線通信、無線通信、廣播通信、工業視頻等系統進行業務全面對接，實現了全礦井各通信系統間的多媒體融合通信與一體化調度管理。

(1) 井下電話、移動通信終端等具有撥號呼叫功能，可直接撥號呼叫到任意通信終端，井下廣播、攝像頭等不具有撥號呼叫功能的終端將能夠接受呼叫和訪問，支持錄音業務，實現了全礦井范圍內語音通信無縫融合。系統在與各通信系統互聯互通基礎上，在礦總調度室及3個分控調度室，通過具有權限分級的協同通信與綜合調度控制平臺，支持多路調度功能，各調度臺可配置不同調度內容，支持多調度臺間的權限管理。調度員可在統一調度界面完成包含語音、廣播、短信、視頻在內的多媒體信息查看與協同通信指揮。用戶界面如圖4所示。

圖4　融合調度通信系統用戶界面

(2) 觸摸屏調度臺可對內外網手機用戶群發短信，短信調度支持臨時建組群發短信，支持預先設定短信組、群發短信功能，外網短信通過與移動運營商短信網關IP通信對接方式實現；通過可定制的通信預案流程及數據庫，可與國陽一礦應急預案系統聯動，將礦井應急預案管理與調度延伸至整個國陽一礦企業通信的各個分支。

(3) 通過移動調度方式讓管理人員使用移動調度通信終端在井下進行移動多媒體遠程調度指揮；系統可提供可靠數據交互與應急聯動二次開發接口，實現與井下人員定位等系統進行數據聯動。

(4) 融合通信服務器為雙機熱備運行方式，并在各通信系統上層部署，不影響各通信系統原有內部通信方式與使用方式的使用，保障了系統穩定性與可靠性。選用帶斷電逃生功能的調度電話，在調度室出現長時間停電的情況下，啟用調度應急電話，保證生產、調度指揮的正常運行。

5　結語

礦井融合調度通信系統為實現煤礦各通信系統間的融合提供了高效的業務平臺與橋梁，為井下及地面的管理人員、作業人員提供更便捷的數據、語音及視頻等多媒體通信業務與信息聯絡手段，為礦集控中心及機運、選煤、通風分控中心提供更高效的多系統協同通信與綜合調度指揮業務，有效提高了全礦井應急處置能力，進一步提升了煤礦安全生產管理水平。

參考文獻：

[1]孫繼平.現代化礦井通信技術與系統[J].工礦自動化,2013，39(3)：1-5.

[2]顧俊,霍振龍,徐茜亮.基于軟交換平臺的礦用調度通信業務系統的研究和實現[J].工礦自動化，2011，37(1)：5-8.

[3]霍振龍,顧俊.基于Mesh技術的礦井應急救援通信系統設計研究[J].工礦自動化，2012，38(11)：1-4.

[4]顧俊，羅克，徐茜亮，等.基于SIP的礦用應急通信業務系統設計[J].工礦自動化，2013，39(7)：8-11.

[5]顧俊，李正東，包建軍，等.井下分布式對等通信技術研究[J]．工礦自動化，2015，41(4)：22-26.

[6]霍振龍，顧義東，李鵬.LTE通信技術在煤礦的應用研究[J].工礦自動化，2016，42(1)：10-12.

文章編號：1671-251X(2016)08-0001-05

DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.08.001

收稿日期：2016-05-19；修回日期：2016-07-06；責任編輯：張強。

基金項目：天地科技股份有限公司技術創新基金項目(KJ-2015-CZGF-02)。

作者簡介：薛曉炎(1982-)，男，江蘇常州人，工程師，碩士，現主要從事礦用通信產品的研發與推廣工作，E-mail:tdkjxxy215@126.com。

中圖分類號：TD655

文獻標志碼：A網絡出版時間：2016-08-03 09:56

Design and application of mine integration dispatching communication system

XUE Xiaoyan1, 2,HUO Zhenlong1, 2,GU Jun1, 2

(1.CCTEG Changzhou Research Institute, Changzhou 213015, China;2.Tiandi (Changzhou) Automation Co., Ltd., Changzhou 213015, China)

Abstract:In view of problem that most mine communication systems scattered, and could not cross the others for scheduling command, a mine integration dispatching communication system was designed, and composition and functions of the system were introduced. The practical application results show that the system can be compatible with existing coal mine communication system, provide efficient business platform and bridge to leapfrog communication among each system, and effectively improve mine emergency scheduling disposal ability and management level of coal mine safety production.

Key words:mine communication; communication liaison; integration dispatching communication； mobile dispatching communication

薛曉炎，霍振龍，顧俊.礦井融合調度通信系統的設計及應用[J].工礦自動化，2016,42(8)：1-5.