平煤股份一矿基于TCP-IP技术的应急通信保障系统的研究与应用
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摘要：针对国家对煤矿安全避险“六大系统”的建设要求，结合煤矿程控电话、小灵通等语音通信系统在煤矿紧急避险时不能及时、有效地通知到井下每名作业人员的功能局限性，研究利用基于VOIP语音通信技术和网络传输技术，以语音网关和全双工数字扩音电话为核心，来实现煤矿井下应急通信保障系统。应用表明，该应急通信保障系统不仅实现了井上下的全双工通话、应急广播和录音等功能，同时系统具有一键通功能，大大提高了紧急情况下通知井下人员的效率，为煤矿的安全避险和通信联络提供了有效手段和安全保障。
关键词：六大系统；应急通信保障；全双工数字扩音电话；VOIP
中图分类号：TD635
文献标识码：A
文章编号：1009-2374（2012）26-0082-03
近年来，煤矿安全生产越来越受到国家和各煤矿企业的重视，根据国务院23号文件及《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范（试行）》（安监总煤装[2011]33号）的要求，煤矿要建立安装监测监控、井下人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络等六大矿山井下避险系统，其中通信联络系统作为六大系统的重要组成部分，为煤矿安全避险及通信联络提供了有效的技术手段和安全保障。
目前在遇到需要人员紧急撤离的情况下，矿区多采用电话拨号或井下手机呼叫方式通知引导现场人员撤离危险区域，但由于矿井环境恶劣、地形复杂等特点，电话安装点和持有井下手机的人员有限，不可能完全及时通知到每名井下作业人员，因而会造成人员通知不及时、不全面，贻误脱险时机，造成较大事故危害。因此建设覆盖全矿，特别是全井下的“一键式”应急通信指挥系统，紧急时刻能够在极短时间内将撤人指令通知到所有井下工人，是目前各煤矿需要重点解决的问题
之一。
1 现状分析
平煤一矿也称中原一矿，建于1957年，是我国自主建设的中原地区第一个大型矿井，一矿井下巷道布置错综复杂、作业地点分散、人员流动性强，矿上建设有程控电话系统和小灵通系统，但是当井下发生紧急事件时，程控电话系统和小灵通系统不能做到及时有效地通知到井下每名人员，因此建设井下应急通信保障系统能够尽快及时地通知到井下人员撤离危险区域，引导人员有序撤离、科学避险，可最大限度地减少灾害影响，减少人员、财产损失。
VOIP电话/VOIP网络电话（又称IP PHONE或VOIP）是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术，其基本原理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包，经过IP网络把数据包传输到接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送语音的目的。VOIP电话/VOIP网络电话的核心与关键设备是VOIP电话和VOIP网络电话网关。
2.1 系统结构设计
矿用应急通信保障系统在结构上共包含核心子系统、网关子系统及通信子系统三部分，每层实现不同的系统功能和目标，系统分层结构示意图如图1所示：
图1 系统分层结构示意图
2.1.1 核心子系统，即应急通信保障系统软件平台，它基于各类业务逻辑，通过调用其他各类型数据通道，实现全系统的综合指挥调度功能。调度中心不但提供友好的用户界面，同时，可为其他各类监控监测、安全保障系统提供丰富的系统联动数据接口，可依据用户自身需求，实现多种类型的定制开发。
2.1.2 网关子系统，由矿用IP语音调度交换机（IPPBX）、各类型专用转换器（KB）等设备组成，它负责各类型数字、模拟语音通道的系统接入、调度和管理功能。网关子系统工作在核心子系统与通信子系统之间，是通信通道的系统接口。
2.1.3 通信子系统，包括扩播电话系统、井下语音广播系统、调度电话系统、WiFi手机或小灵通等井下无线通信系统等，通信子系统既包括新建的各类型语音数据通道，也包括可被本系统兼容整合的煤矿现有的各类型通信系统。
2.2 系统组成
煤矿应急通信保障系统核心为综合指挥救援呼叫中心，可通过中继网关、专用转换器等通信网关设备整合扩播电话、小灵通、WiFi手机、调度电话、井下广播系统等既有资源，建设成覆盖全矿区（井上井下），统一调度，实现双向语音及数据通信的矿用应急广播通信系统，系统组成如图2所示：
图2 矿用应急通信保障系统拓扑图
2.3 系统功能设计
为满足应急通信保障的要求，系统应具有如下功能：
2.3.1 紧急广播与救援：当出现紧急情况时，应急通信保障系统平台可向全矿区及时发出紧急广播，井下系统更可通过高分贝播放预置好的广播内容，疏导人员按预定线路及时撤离危险区域，相关调度电话、小灵通及WiFi手机用户也可同时得到相关警情通知，及时采取有效措施，避免事故及危害的扩大。
2.3.2 区域扩音广播：应急通信保障平台可实现对井下一条或多条线路实现实时扩音广播（不需要井下人员接听），系统支持多种不同音频输入及麦克风输入，可方便选择由哪路音源进行输入。
2.3.3 定时广播：系统可按煤矿设置的播放时间表，通过自动播放软件，在全网、指定线路或指定区域自动播放背景音乐、安全守则、领导讲话、语音宣传等预置内容。
2.3.4 多线路打点：综合救援指挥呼叫中心可在调度台屏幕上按下某一条或多条线路的选择按钮后，通过打点按钮，使井下相应线路的所有扩音电
话中发出单频的打点声音（不需要井下人员接听）。
2.3.5 多线路通话：井下的多条线路中任意一台扩播电话按下通话按钮，均可与井上调度中心实现实时通话，同时调度软件会标志出当前处于通话状态的线路。默认状态下，系统会播放所有处于通话状态的线路语音，调度员可以手动选择收听或屏蔽某条或某几条线路的通话语音，被屏蔽线路的语音将被自动录音并可依据线路、时间等条件进行播放。
2.3.6 系统联动定制开发：系统提供丰富的应用系统接口，并支持定制开发，可与矿区内各类型监测监控、安全保障及应急通信系统实现数据交互，并依据相应业务处理逻辑，实现系统间的应急联动。例如，瓦斯监控系统的数据异常报警被传递到综合救援指挥呼叫中心，系统依据报警等级，自动调用应急语音广播通道，向危险区域警情并提供井下人员安全疏散语音引导信息。
3 系统的安装与应用
3.1 应急通信保障系统的安装
在经过现场测量和技术培训后，在2012年6月，系统在平煤一矿进行实施，整合工程于6月底完成了安装和调试投入运行。
3.2 应急通信保障系统的应用
系统平台监控界面如图3所示：
图3 系统平台监控界面
从图中可以看出，应急通信保障系统平台可以监测各网关设备、电话设备的通信状态，实现井上下的通信联络、打点、区域广播等功能；同时具有完备的事件记录、录音等功能。系统除了满足应急通信保障的使用要求外，还为皮带运输、斜巷轨道运输等日常生产提供语音联络服务，整个系统在安装调试完成后，运行稳定、可靠。
4 结语
平煤一矿应急通信保障系统采用先进、可靠的语音通信和网络传输技术，充分利用新建、整合相结合的建设方式，实现了VOIP架构下的语音通信平台的搭建，实现了紧急情况下井下的全覆盖扩音广播与井上下的通信联络，解决了煤矿程控电话、小灵通等语音通信系统布置数量和地点有限及不能扩音广播的局限，为煤矿紧急情况下的应急通信广播、人员安全避险提供了直接、有效的手段。同时结合与安全监测系统和人员定位系统的联动开发，提高了煤矿的应急通信保障和智能化管理水平，为煤矿的安全生产和通信联络提供有力的保障和支持。
参考文献
[1] 丁恩杰，苗曙光，朱微维，赵正芳．一种基于CAN总线的煤矿数字化扩音电话系统的设计[J]．工矿自动化，2010，（1）．
[2] 谢安．一种新型矿井广播电话系统的研究[J]．信息科技，2010，（28）．
[3] 孙弋．新型煤矿井下应急无线通信系统的建立[J]．西安科技大学学报，2008，（1）．
基金项目：江苏省科技成果转化资金项目（BA2010058）
作者简介：高亚超，男，江苏徐州人，供职于徐州中矿大华洋通信设备有限公司，研究方向：矿井综合自动化、信息化的研究与应用。