煤矿安全生产应急救援卫星通信系统优化设计

文/屈立新

近年来，卫星通信系统在煤矿生产安全事故应急救援工作中得到了广泛应用，为救援指挥提供了有力保障。但是，在应用过程中，也暴露出了一些亟需解决的问题。为充分发挥卫星通信系统在煤矿生产安全事故应急救援工作中的作用，提高应急救援信息化水平，对卫星通信系统优化设计改造十分必要。

一、煤矿安全生产应急救援卫星通信系统运行现状和存在的突出问题

1.现状

2011年，国家安全生产监督管理总局 （国家煤矿安全监察局）卫星地面站建设完成，同时依托煤炭企业和部门建设了21支国家（区域）矿山应急救援队。另外，依托煤炭企业和部门还建设了部分中央企业救援队。这些救援队伍配备的移动卫星指挥车达几十辆，均使用统一租用的中信卫星 “亚7”卫星8兆带宽卫星信道。

2.存在的主要问题

（1）没有卫星信道管理系统。无法实现卫星信道的动态管理、有效分配，无法对各地随意占用卫星信道的行为进行控制，造成应急救援需要时信道被占用，严重影响应急救援工作。此外，信道的不规范使用会对其他卫星用户造成干扰，但没有有效的技术手段查找干扰源。

（2）卫星通信业务单一。除了视频电视电话会议外，未充分开发利用诸如文件传输、对讲机调度、视频广播等卫星通信功能。

（3）与部分中央企业救援队伍，以及各省区自建的救援队伍无法互联互通。由于部分中央企业救援队以及各省区自建的救援队伍在建设时，配置的卫星装备在通信体制、设备型号与国家安全生产监督管理总局所确定的不一致，造成无法互联互通。

（4）卫星通信网络建设滞后。应急卫星通信设备覆盖面小，大部分省均未配备移动卫星指挥车。鉴于卫星指挥车价格昂贵，有必要配备一定数量的更加灵活的便携卫星通信平台，以缩短应急救援通信保障的响应时间。

（5）租用的卫星转发器资源不足。目前，在亚洲7号卫星上租用了8MHz带宽卫星信道。常规情况下，只能支持同时2路（2Mbps的速率）通信，远不能满足全国安全生产应急救援通信指挥的需要。

（6）卫星相关设备IP地址设置混乱，没有按统一标准设置，制约了卫星设备的大规模配备。

二、煤矿安全生产应急救援卫星通信系统优化设计改造目标

对国家安全生产监督管理总局（国家煤矿安全监察局）现有卫星地面通信系统进行优化设计改造后，将实现应急平台卫星信道的自动化管理，卫星通信网络的通信时间、频率和带宽统一监控、管理和分配，彻底消除信道管理混乱带来的问题；带宽扩至20M，支持不少于同时8路以上卫星站接入，500台卫星站在线，以满足通信带宽需求；实现以国家安全生产应急平台为中心，除了与各国家级矿山应急救援基地互联互通外，还可与各省（自治区、直辖市）安监机构、煤监机构，有关央企总部、国家级危险化学品应急救援基地等事故灾难应急救援相关各方，音视频上下贯通、左右衔接、互联互通，实现信息共享、数据交换。具体见图1所示。

图1应急救援卫星通信系统优化设计改造目标示意图

三、煤矿安全生产应急救援卫星通信系统优化改造内容

1．卫星站优化改造

优化改造后的卫星通信网络管理系统可对本系统的卫星通信网络进行管理，同时向下兼容手动管理模式。

（1）卫星通信系统综合网管设计。在已建卫星固定站的基础上，加装VMS网管系统、DVB调制系统等设备，使地面站升级为网管主站，使卫星系统内各远端站实现有序管理；另外，可配备频谱仪以实时检测卫星频谱占用情况；配备一主一备卫星功放（BUC）及高频头（LNB），以提供更高系统可靠性。

（2）关口站设计。由于国家安全生产监督管理总局卫星主站和各个行业卫星系统所用卫星不同，使用的设备也不相同，无法做到直接互联互通。通过在行业用户卫星通信中心配备符合标准的卫星小站，将行业用户卫星通信中心与国家安全生产监督管理总局应急救援卫星通信平台互联互通。救援现场的信息通过新建小站转发，经卫星两跳，落地到国家安全监管总局应急救援卫星通信平台。见图2所示。

图2关口设计示意图

（3）远端站升级改造。对目前已经入网的上百个远端站进行改造，以适应主站管理的需要，每个远端站的调制解调器升级，规范设备IP地址，加装DVB接收机及信道机。

2．视频会议改造

现有D1视频会议系统，升级为1080P高清视频会议系统，国家安全生产监督管理总局视频会议终端配备为4K设备，以保证未来发展需要；另外，增设一台硬件级视频会议MCU，解决现有会议系统无法多点开会问题。受卫星信道带宽限制，20M信道带宽可满足同时8路视频回传、500路以上用户在线观看的需要。

3．对讲机调度系统

在卫星主站上加装对讲机调度系统，在卫星车上新增一台数字转信台和卫星系统连接，另配置一定数量带GPS定位的对讲机，实现总局应急指挥大厅对现场对讲机的调度，并可显示对讲机的实时位置；不在指挥大厅的领导也可通过手机APP实现对现场对讲机的指挥调度，并能观看手机传输的现场图像。

4．在线会商系统

在救援现场往往需要查询相关资料，并和指挥中心的专家讨论救援方案，在卫星信道上加装文件传输系统，可以实现在指挥中心的专家直接把救援方案传输到现场，现场的照片、图像等资料也可以传输给指挥中心的领导和专家，提高救援指挥的效率。

5．网络及网络安全设备

配合主站改造对现有卫星网络设备进行适当升级以满足未来5～10年的卫星网络发展，并提高可靠性和安全性。根据业务需要增加：可堆叠48端口千兆网管交换机一台、可堆叠48端口千兆三层交换机一台。

为增强网络安全性，满足今后增加其他部门卫星或地面链路接入需要，增加NGFW防火墙一台、网络行为审计及流量回溯设备一台。

6．电源及辅助配套设备

立足现有机房环境限制，遵循改造利旧不作浪费的原则，对现有机柜进行重新合理规划，整合设备空间，可满足升级改造需要。