煤礦調度通信和視頻監控融合系統的設計與實現

劉學紅，李子園，宋鐵成

（1.山東兗礦集團鄂爾多斯能化公司營盤壕煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 017200；2.東南大學 信息科學與工程學院，江蘇 南京 210096）

為適應新版《煤礦安全規程》需求，并結合煤礦生產的實際情況，本文對調度通信和視頻監控系統進行融合升級改造，建立高度融合的一體化綜合調度平臺。

煤礦調度通信和視頻監控融合系統充分兼容了原有無線通信設備，通過控制中心實現煤礦的視頻監控以及雙向通信聯絡系統，在應急時刻更能發揮出它獨特的應急指揮作用[1]。綜合了通信領域TDM，VoIP等先進技術，充分利用現有的煤礦生產已建TDM網絡，搭建綜合一體化系統，同時優化系統功能，簡化操作，更好地為礦井應急救援服務[2]。系統采用合理設計，保障系統的網絡安全和數據安全，減少系統故障隱患同時采用了先進、成熟的技術，對系統方案進行優化設計，提高系統的可靠性，成為礦井安全生產保障的有力手段。

本文介紹的煤礦調度通信和視頻監控融合系統實現了對煤礦生產的遠程監測和集中連鎖控制，包括控制中心、傳輸平臺和前端設備3個部分，并闡述了各個部分的具體實現方案。

1 煤礦調度通信和視頻監控融合系統的總體方案

煤礦調度通信和視頻監控融合系統的總體方案如圖1所示，由控制中心、傳輸平臺和前端設備3個部分組成。

圖1 煤礦調度通信和視頻監控融合系統總體方案

控制中心是煤礦調度通信和視頻監控融合系統的樞紐，主要用于數據存儲、數據配置、業務管理、影音存儲、其他系統接入等。控制中心由總調度臺、IP語音交換機、廣播總站、數據服務器4個設備組成。

傳輸平臺負責控制中心與前端設備間的數據傳輸，利用礦用本安型交換機，與礦上現有的環網平臺對接，實現不同系統之間的信號轉換，保證系統的互聯互通。傳輸平臺主要由傳輸設備和礦井中的傳輸網絡組成。

前端設備由無線基站、攝像儀、廣播分站組成，前端設備遍布煤礦生產的幾乎各個區域。前端設備的主要功能為提供無線通信服務，采集視頻監控錄像，廣播語音報警提示以及安全知識，實現廣播站之間對講等。

2 硬件平臺設計與實現

煤礦調度通信和視頻監控融合系統完成了對調度通信和視頻監控的一體化，采用統一的傳輸平臺實現控制中心與前端設備的通信。控制中心、傳輸平臺和前端設備3個部分的硬件平臺設計與實現如下所述。

2.1 控制中心

控制中心結構如圖2所示，包括總調度臺、IP語音交換機、廣播總站、數據服務器。控制中心通過傳輸平臺向前端設備下達各項指令并收集前端設備反饋的各項信息。

圖2 控制中心結構

總調度臺采用KTJ113調度主機并配備ZSK-1型觸摸屏調度臺。調度主機采用嵌入式實時操作系統，主控采用Motorola PowerPC系列的專業通信控制平臺，VoIP板主控采用MindSpeed專業語音控制和處理芯片，調度臺主控采用ARM7/9專業工業控制平臺，具有強大的處理能力和高可靠性設計。觸摸屏設計提高了操作便捷性，尤其適用于緊急情況下的通信調度。

IP語音交換機是系統的核心設備，采用的是一種滿足多業務、多制式的全IP接入平臺BL8000C IP語音交換機，其綜合了通信領域的多種TDM，VoIP及移動的先進技術，真正實現了有線、無線、VoIP綜合業務接入及調度。用于完成語音交換、號碼配置、錄音功能、號碼狀態查詢等，支持數字中繼（PRI信令）、錄音、配合調度臺實現調度功能、手機短信、配合語音網關實現撥打外線的功能。

廣播總站采用了KTK113（A）礦用本質安全型廣播總站，其傳輸距離長且工作機制為全雙工。廣播總站實現了對井下廣播分站的定時廣播、多路廣播、分區廣播、人工呼叫自動廣播、一鍵群呼、自動播放、自主定制預案等功能。

數據服務器負責對視頻監控系統進行影音存儲以及對廣播系統進行錄音存儲，大容量硬盤保證錄音文件的長時間存儲，正常工作錄音存儲不少于1個月。同時系統通過數據服務器接收處理人員定位提供的數據信息，并將相關的處理結果轉發給廣播總站，聯動廣播分站發出指定的報警聲音。

2.2 傳輸平臺

目前大多數煤礦生產的有線、無線、廣播仍是獨立架構，需要調度員分別操作相應的系統軟件，井下設備傳輸通道相互獨立，未能減少傳輸線纜和維護工作量，只能通過中繼連接。而本文中的煤礦調度通信和視頻監控融合系統應用了開放的VoIP技術[3]，在傳輸平臺上實現各個設備的互聯互通，采用的有線、無線、廣播系統均基于以太網架構，可以將有線、無線、廣播的信息有機融合，在一個傳輸平臺上實現設備之間的數據傳輸。

本系統的傳輸平臺采用開放式交換平臺的設計思想，可配置豐富的用戶和中繼接口，并兼容多種信令和協議，以滿足控制中心設備和前端設備需要[4]。傳輸平臺中使用到的主要接口有：FXS二線用戶接口、FXO環路中繼接口、數字中繼接口、以太網接口、2B+D接口、隔離RS422接口。傳輸平臺中使用到的主要電信信令和網絡協議有：中國No.1，中國No.7，PRI/PRA，SIP，Tcp/Ip，FTP/TFTP。

傳輸平臺在提供傳統窄帶業務的同時，也提供了寬帶業務的應用。例如IP話音、數據和圖像業務。針對不同的IP業務，進行專門的信令解析，用于實現SIP協議棧功能。在IP組網方式上，采用多種靜態或動態組網的方式完成組網，如DOD1+BID，DOD1+DID，DOD2+BI，DOD2+DID，可滿足各種專用、公用電信網組網要求。

2.3 前端設備

前端設備結構如圖3所示，由分布在煤礦各個區域的無線基站，攝像儀和廣播分站組成。前端設備通過傳輸平臺上傳數據至控制中心并執行控制中心下達的各項指令。

無線基站采用KT162-F礦用本安型無線基站，其通信協議為 IEEE802.11b/g。其主要功能為與巡檢人員的KJD3.7礦用本安型手持終端的進行數據傳輸，包括上傳人員定位信息、巡檢信息及與呼叫通信的功能。通過與手持終端進行無線通信，控制中心可以直接呼叫指定巡檢人員，實現對巡檢人員的指揮調度。

圖3 前端設備結構

攝像儀采用KBA12礦用本質安全型攝像儀，其防爆性能好、分辨率高，適應于井下煤礦生產環境。攝像儀將煤礦生產的實時圖像及現場聲音通過傳輸平臺傳輸至控制中心，由調度臺實時查詢煤礦生產各區域的視頻監控，數據服務器用于存儲一個月內的由攝像儀記錄的視頻監控錄像。

廣播分站采用KTK113（A）礦用本質安全型廣播分站。廣播分站除廣播由廣播總站發布的安全知識、交接班音樂、應急撤離指示等，還可以實現與廣播總站的對講和廣播分站間的對講功能。

3 軟件平臺設計與實現

煤礦調度通信和視頻監控融合系統軟件平臺按照功能劃分為4個模塊，分別為調動通信模塊、人員定位模塊、視頻監控模塊和廣播對講模塊。為保障煤礦生產過程的安全性，本系統特別增設了“一鍵式”應急救援功能，確保事故發生時，多系統聯動指揮現場人員撤離。

3.1 軟件平臺功能模塊設計

煤礦調度通信和視頻監控融合系統軟件平臺將調動通信、人員定位、視頻監控、廣播對講多項功能融合到統一的軟件平臺中，并對系統功能進行了模塊化設計，進一步簡化了操作步驟。煤礦調度通信和視頻監控融合系統軟件平臺功能模塊如圖4所示。

圖4 軟件平臺功能模塊

調度通信模塊可以對巡檢人員的手持終端進行實時呼叫，針對指定區域進行一鍵組呼或一鍵全呼，實現對井下巡檢人員的統一高效指揮，也保障了煤礦生產的安全性。同時，調度通信模塊也可以接收巡檢人員通過手持終端上傳的巡檢數據或報警信息。接收到的巡檢數據經過篩查核實后，存儲至數據服務器中。為接收到的報警信息及時核查，作出反饋并執行應急預案。

人員定位模塊根據手持終端的實時定位能確定所有煤礦工作人員的工作位置。在正常煤礦生產中，根據人員定位進行合理工作調度；在緊急報警狀態下，結合人員定位疏散工作人員，如出現工作人員被困井下，及時確定被困位置。

視頻監控模塊能夠實時查看煤礦各個區域的視頻監控，并調閱一個月內存儲于數據服務器的視頻監控錄像。視頻監控模塊能夠及時發現煤礦生產過程中的安全隱患；檢查巡檢人員工作情況；在發生應急事件時，也可以直觀地了解煤礦生產的現場狀況。

廣播對講模塊的功能表現為通過廣播分站對整個煤礦實時廣播應急車指示、交接班音樂、安全知識等。此外，廣播對講模塊也可以實現廣播總站與某一個或幾個廣播分站進行實時對講。

3.2 “一鍵式”應急救援功能

安全問題一直以來都是煤礦生產中的重中之重，本系統應對應急救援問題時的“一鍵化”設計，大大簡化了調度員的操作步驟，使得在緊急情況下，調度人員能更快捷地完成全礦廣播，視頻監控的采集并及時通知井下工作人員安全撤離，保證井下的安全生產。

“一鍵式”應急救援功能流程如圖5所示。在煤礦生產過程中，若接收到告警信號，首先通過視頻監控或警報附近工作工作人員核實警情是否屬實。若告警信號為虛報，則檢查虛警原因；若告警信號屬實，則需要確定警情等級，即需要全礦撤離或部分區域撤離，針對指定的范圍實施“一鍵式”應急救援方案。“一鍵式”應急救援方案主要包括3個部分：廣播警報情況、視頻監控事故點、直呼巡檢人員。多項舉措并行，加快人員撤離并盡快排除險情。

4 聯調與測試

煤礦調度通信和視頻監控融合系統成功調度通信、視頻監控和廣播系統，通過統一的傳輸平臺實現了煤礦生產的一體化調度。融合系統的調度通信、人員定位、視頻監控、廣播對講多項功能在一個軟件平臺上的集中展示，同時實現了對突發事件處理的“一鍵式”處理，方便決策者在短時間內對突發性事件作出快速反應并提供多樣化的指令發布機制。煤礦調度通信和視頻監控融合系統軟件平臺如圖6所示。

5 結語

煤礦調度通信和視頻監控融合系統實現了調度通信、視頻監控和廣播系統之間的完美融合，進而形成了煤礦的一體化調度。融合系統的功能更加全面，線纜數量大大降低，可操作性顯著提高，應急調度指揮快捷方便，提高了煤礦生產的安全可靠性，避免次生災害帶來的更大損失。目前煤礦調度通信和視頻監控融合系統已經在兗州煤業、興隆莊煤礦等諸多煤礦得到了初步使用，具有廣泛的應用前景。

圖5 “一鍵式”應急救援功能流程

圖6 煤礦調度通信和視頻監控融合系統軟件平臺