广电融合网在全矿区可视化应急指挥通信中的应用探讨

胡欣

摘 要：文章针对煤矿应急指挥通信系统存在的井下通信系统难以及时恢复、井下井上无法统一通信、现场图像视频无法回传的问题，提出了基于广电有线无线融合网构建全矿区可视化应急指挥通信专网的解决方案，并从网络特点、应急指挥应用方面做了叙述，总结了应急指挥通信专网的优势和应用前景。

关键词：广电融合网；应急指挥；可视化；通信；700 M LTE

现有的煤矿通信系统一般包括程控调度通信系统、无线通信系统、应急广播通信系统、人员定位系统，利用不同的通信系统实现了相应的功能，如通过井下自建基站实现井下与井上语音通信、通过无线对讲实现井下通信及广播、通过RFID实现人员定位[1]。这些通信系统虽在煤矿生产和应急救援过程中发挥着重要作用，但由于煤矿企业缺少专用无线频段且各通信系统建设于不同时期，导致无线数据传输带宽不足，无法传输图像视频信号，难以确定现场情况；井下井上缺少统一覆盖的无线信号，无法统一通信，形成信息孤岛；当事故发生后，井下通信无法及时恢复，影响救灾抢险指挥决策。这些问题的存在，严重影响了煤矿应急指挥救援的效果，在事故发生时如何迅速地建立一个稳定可靠的全矿区井上井下可视化应急指挥通信系统，成为煤矿应急指挥研究的热点和难点。

在三网融合的深入推动下，广电已具备了有线无线融合网建设的能力，并在部分领域开展了一些应用。基于广电有线无线融合网建设一张满足全矿区有线无线一体化的应急指挥通信专网，可以实现全矿区井上井下全覆盖的可视化通信，满足煤矿应急通信的需求，对于煤矿应急指挥通信系统的建设意义重大。

1 基于广电融合网的全矿区一体化应急指挥通信专网

1.1 广电有线无线融合网

随着新技术快速发展和产业环境不断变化，以双向、互动、高清为标志的广播电视网，正在向宽带、多屏、智慧化升级，我国广播电视网络发展已进入一个全新阶段，未来的下一代广播电视网络（Next Generation Broadcasting Network-Wireless，NGB-W）将发展为电视有线、无线、卫星多通道无缝连接的融合覆盖网络，为个人、家庭、政府、企业等客户提供内容可控、传输可靠、终端可管的宽带无线接入业务，将传统广播电视向移动交互新媒体方向进行延伸，使得广电网络成为兼具宣传文化和信息服务特色的新型网络，进而推动广播电视行业服务的转型升级[2-3]。

广电有线无线融合网的设计是在构建无线双向网基础上，将有线电视网、广电自适应无线网、无线双向网进行有机结合，打通相互间的传输通道，形成广电特色的有线无线融合网[3]。

广电有线网络以光纤接入的方式提供有线电视、数据传输和互联网宽带服务，其不仅是广播电视技术专网，还是国家和地区的重要信息基础设施、家庭的智能信息载体以及安全可控的主流意识传播渠道，还将是下一代广播电视网（NGB）、无线数字电视覆盖网、基于700 M无线频率LTE无线双向网、自适应无线网融合传输的基础[4]。

广电无线双向网有效利用低频段的700 MHz与成熟的LTE技术，具有信号覆盖广、穿透力强、组网成本低、技术先进的优势。广电无线双向技术的下行链路拟采用频谱效率很高的正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术作为主要调制方式，实现数据高速率传送。上行链路选取SC-FDMA方式，以降低发射终端的峰均功率比，减小终端的体积和成本。总体上，700 MHz频段资源丰富，上下行传输采用频分复用技术，能提供高速率的无线数据传输，扩大各类业务的应用范围[5]。

1.2 全矿区一体化应急指挥通信专网

基于广电融合网建设的全矿区一体化应急指挥通信专网具有安全可靠、可管可控、宽带移动等特点，其以广电有线网络作为传输基础，建立矿务局与矿区、矿区与矿区的连接，为井下生产、井上办公和家庭生活提供基础通信传输服务；无线通信以广电700 M LTE无线双向网为主，为矿区井上和井下提供无线宽带信号的全面覆盖，下行无线宽带通信传输速率最高可达150 Mbps，上行最高可达75 Mbps，覆盖半径最大可达约5 kM；借助Mesh自适应无线网，可以在临时或紧急情况下快速部署、恢复通信网络，实现互联互通，满足各类业务的通信需求。

矿区一体化应急指挥通信专网网络架构如图1所示。

井上井下通信“一张网”—矿区700 M无线专网，包括井上和井下两部分，井上网络和井下网络共用一个核心网，可以保证所有通信终端在“一张网”中进行，信息畅通无阻。

地面采用LTE标准基站，架设室外天线覆盖地面工作区域和生活区域；井下采用矿用无线基站，覆盖井下作业区域。各通信基站通过IP环网与核心网互联，提供可视化指挥调度、定位跟踪、语音通信、环境监测等服务。同时，核心网通过统一通信平台与程控交换系统互联，实现与原有的有线调度电话互通。其中，井下所有通信设备均采用矿用本安型通信设备，保证安全。

2 全矿区一体化应急指挥通信专网在应急指挥通信中的应用

借助全矿区一体化应急指挥通信专网，可以解决当前煤矿应急指挥通信中井下通信系统难以及时恢复、井下井上无法统一通信、现场图像视频无法回传的问题，为煤矿出现事故时有效进行应急救援提供支撑。

2.1 井上井下统一通信

全矿区一体化应急指挥通信专网中的700 M LTE无线双向网，能满足井上井下的覆盖需求，对煤矿提供一个全面的宽带无线覆盖，实现井上井下统一通信。

通信终端采用专业矿用防爆终端，即使在含有爆炸性气体和可燃性粉尘的危险环境中，也不会产生静电或者火花，不会引起爆炸；终端在井上井下均可使用，并在矿井避难室和矿用救生舱中放置应急终端，使应急通信不受地域限制。

通信终端支持单呼、组呼、全呼、广播呼叫、监听、强插、强拆、遥晕遥毙等集群语音功能，支持GPS/北斗衛星定位，也支持图像采集回传、视频对讲等宽带业务功能，还可以根据业务需要定制移动APP，为应急指挥、救援人员与待救人员提供更全面、更强大的通信服务。

2.2 应急通信快速恢复

Mesh自适应无线网与传统的无线局域网和蜂窝通信网络一样，是一种网络组织形式，但是与有着集中控制中心的网络又有所不同[6]。Mesh自适应无线网最大的优势就在于它天生的网络容错能力，它易于架设，方便维护，有着很高的带宽。在传统的蜂窝网网络中，基站出现问题将会导致其覆盖区域内所有通信的中断，而Mesh自适应无线网与此不同，可以提供极高的网络容错性，即使多个节点不可用，网络仍然可以正常通信[7]。

在出现紧急情况时，借助Mesh自适应无线网和矿用终端，能够以简便、快捷的操作方法快速部署通信网络，恢复井上井下统一通信，进行集群语音通信和应急广播，通过终端自带的摄像头配合矿区地图可以实现可视化指挥调度，使井上井下能够统一指挥，发挥最大资源性能，提高救援效果。

2.3 可视化指挥调度

基于全矿区一体化应急指挥通信专网设计的应急指挥调度通信系统，支持“语音、定位、视频”的可视化指挥调度，融合了无线集群语音通信、应急广播、人员与车辆定位跟踪、集成视频监控和可视对讲等功能，满足煤矿行业“听得见、看得清、呼得通”的应急通信指挥需求。

利用700 M LTE无线网络，可以实现矿区人员、车辆、重要物资的定位跟踪。地面定位通过移动通信终端实现，移动终端支持GPS/北斗定位，可以将自身的位置信息通过LTE无线专网回传至调度中心。井下定位通过信标点实现，给工作人员或重要物资配备定位标签，定位标签通过信标确认自身位置信息，然后将定位信息通过井下无线基站回传到调度中心。可視化调度将定位信息展现在地面GIS地图和井下地图建模上，并可以根据需要记录和查询轨迹。利用700 M LTE无线双向网提供的高速数据传输通道，在应急救援中不仅能实现语音通信，还可以通过终端的摄像头，实现现场图像回传、现场视频通信，让指挥调度决策者与救援人员充分掌握现场情况，实施高效救援。

3 全矿区一体化应急指挥通信专网在其他方面的应用

除应急指挥通信外，全矿区一体化应急指挥通信专网在煤矿安全生产的诸多方面也发挥着重要作用。

设备远程检修维修。700 M LTE无线双向网支持高清视频通信，可以在井下设备检修、故障排除时为专家会诊提供高清移动视频和局部细节的高清图片，保障安全生产[8]。

环境远程监测。700 M LTE无线双向网可以实现有线无法到达区域井下有害气体、环境安全数据、设备运行参数等监控传感器的无线数据远传，为智慧煤矿物联网丰富了感知层数据点。扩展了监控的范围，提升了安全预警能力[8]。

移动视频监控。利用700 M LTE无线双向网提供的高速数据传输通道，通过井下工作人员携带传感器、矿用终端，使井下的工作人员成为一个个移动的探测节点，填补现有监控设备的盲点，提升井下安全度[8]。

通风机远程无线监控。煤矿通风机监控系统普遍存在机房位置偏僻且有线网络不易覆盖的问题，使部分通风机监控系统沦为信息孤岛[9]。全矿区一体化应急指挥通信专网的700 M LTE无线网络信号具有穿透力强、覆盖广的特点，通过为通风机监控系统通信传输接口安装数据传输单元（Data Transfer Unit，DTU），即可将工业上常用的RS485/232接口和以太网接口数据通过700 M LTE无线网传输到数据中心进行监控处理，节省了铺设有线网络的费用，解决了信息孤岛的难题。

4 结语

基于广电有线无线融合网构建的全矿区井上井下可视化应急指挥通信专网，不仅解决了当前煤矿应急指挥通信中的问题，也为煤矿安全生产通信提供了新的思路，实现了日常通信与应急通信融合，对煤矿应急指挥通信及全国应急指挥一张网的建设具有重要的现实意义。

[参考文献]

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[2]王宇雯.700M LTE无线接入技术在下一代广播电视网络中的应用探讨[J].中国信息化，2017（7）：72-74.

[3]喻超，石丹，程小雨.广电有线无线融合网在村寨消防中的应用探讨[J].有线电视技术，2017（5）：48-50.

[4]王飞，高见，周志强，等.广电有线网络发展现状与分析[J].中国有线电视，2015（4）：460-468.

[5]郗望.浅析广电有线无线一体化融合网[J].中国有线电视，2017（2）：170-173.

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[7]ZHANG Y，LUO J J，HU H L.Wireless mesh networking architectures，protocolsand standards[M].Berlin：Auerbach Publications，2007.

[8]张晓莉，郭庆.基于TD-LTE技术的矿井宽带移动通信系统[J].煤矿安全，2015（2）：112-114.

[9]申瑞杰，吴新忠，牛洪海，等.煤矿主要通风机远程无线监控系统设计[J].工矿自动化，2017（11）：30-34.

Abstract：This paper proposes that the underground communication system existing in the coal mine emergency command communication system is difficult to recover in time， the underground well cannot be unified communication， and the on-site image video cannot be transmitted back. This paper proposes to build a full mine visual emergency command communication network based on the radio and television wired and wireless convergence network. The solution， from the network characteristics， emergency command application， made a narrative， summed up the advantages and application prospects of the emergency command communication network.

Key words：cable & broadcasting and television fusion network； emergency command； visualization； communication； 700 M LTE