煤矿调度通信和视频监控融合系统的设计与实现

刘学红，李子园，宋铁成

（1.山东兖矿集团鄂尔多斯能化公司营盘壕煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017200；2.东南大学 信息科学与工程学院，江苏 南京 210096）

为适应新版《煤矿安全规程》需求，并结合煤矿生产的实际情况，本文对调度通信和视频监控系统进行融合升级改造，建立高度融合的一体化综合调度平台。

煤矿调度通信和视频监控融合系统充分兼容了原有无线通信设备，通过控制中心实现煤矿的视频监控以及双向通信联络系统，在应急时刻更能发挥出它独特的应急指挥作用[1]。综合了通信领域TDM，VoIP等先进技术，充分利用现有的煤矿生产已建TDM网络，搭建综合一体化系统，同时优化系统功能，简化操作，更好地为矿井应急救援服务[2]。系统采用合理设计，保障系统的网络安全和数据安全，减少系统故障隐患同时采用了先进、成熟的技术，对系统方案进行优化设计，提高系统的可靠性，成为矿井安全生产保障的有力手段。

本文介绍的煤矿调度通信和视频监控融合系统实现了对煤矿生产的远程监测和集中连锁控制，包括控制中心、传输平台和前端设备3个部分，并阐述了各个部分的具体实现方案。

1 煤矿调度通信和视频监控融合系统的总体方案

煤矿调度通信和视频监控融合系统的总体方案如图1所示，由控制中心、传输平台和前端设备3个部分组成。

图1 煤矿调度通信和视频监控融合系统总体方案

控制中心是煤矿调度通信和视频监控融合系统的枢纽，主要用于数据存储、数据配置、业务管理、影音存储、其他系统接入等。控制中心由总调度台、IP语音交换机、广播总站、数据服务器4个设备组成。

传输平台负责控制中心与前端设备间的数据传输，利用矿用本安型交换机，与矿上现有的环网平台对接，实现不同系统之间的信号转换，保证系统的互联互通。传输平台主要由传输设备和矿井中的传输网络组成。

前端设备由无线基站、摄像仪、广播分站组成，前端设备遍布煤矿生产的几乎各个区域。前端设备的主要功能为提供无线通信服务，采集视频监控录像，广播语音报警提示以及安全知识，实现广播站之间对讲等。

2 硬件平台设计与实现

煤矿调度通信和视频监控融合系统完成了对调度通信和视频监控的一体化，采用统一的传输平台实现控制中心与前端设备的通信。控制中心、传输平台和前端设备3个部分的硬件平台设计与实现如下所述。

2.1 控制中心

控制中心结构如图2所示，包括总调度台、IP语音交换机、广播总站、数据服务器。控制中心通过传输平台向前端设备下达各项指令并收集前端设备反馈的各项信息。

图2 控制中心结构

总调度台采用KTJ113调度主机并配备ZSK-1型触摸屏调度台。调度主机采用嵌入式实时操作系统，主控采用Motorola PowerPC系列的专业通信控制平台，VoIP板主控采用MindSpeed专业语音控制和处理芯片，调度台主控采用ARM7/9专业工业控制平台，具有强大的处理能力和高可靠性设计。触摸屏设计提高了操作便捷性，尤其适用于紧急情况下的通信调度。

IP语音交换机是系统的核心设备，采用的是一种满足多业务、多制式的全IP接入平台BL8000C IP语音交换机，其综合了通信领域的多种TDM，VoIP及移动的先进技术，真正实现了有线、无线、VoIP综合业务接入及调度。用于完成语音交换、号码配置、录音功能、号码状态查询等，支持数字中继（PRI信令）、录音、配合调度台实现调度功能、手机短信、配合语音网关实现拨打外线的功能。

广播总站采用了KTK113（A）矿用本质安全型广播总站，其传输距离长且工作机制为全双工。广播总站实现了对井下广播分站的定时广播、多路广播、分区广播、人工呼叫自动广播、一键群呼、自动播放、自主定制预案等功能。

数据服务器负责对视频监控系统进行影音存储以及对广播系统进行录音存储，大容量硬盘保证录音文件的长时间存储，正常工作录音存储不少于1个月。同时系统通过数据服务器接收处理人员定位提供的数据信息，并将相关的处理结果转发给广播总站，联动广播分站发出指定的报警声音。

2.2 传输平台

目前大多数煤矿生产的有线、无线、广播仍是独立架构，需要调度员分别操作相应的系统软件，井下设备传输通道相互独立，未能减少传输线缆和维护工作量，只能通过中继连接。而本文中的煤矿调度通信和视频监控融合系统应用了开放的VoIP技术[3]，在传输平台上实现各个设备的互联互通，采用的有线、无线、广播系统均基于以太网架构，可以将有线、无线、广播的信息有机融合，在一个传输平台上实现设备之间的数据传输。

本系统的传输平台采用开放式交换平台的设计思想，可配置丰富的用户和中继接口，并兼容多种信令和协议，以满足控制中心设备和前端设备需要[4]。传输平台中使用到的主要接口有：FXS二线用户接口、FXO环路中继接口、数字中继接口、以太网接口、2B+D接口、隔离RS422接口。传输平台中使用到的主要电信信令和网络协议有：中国No.1，中国No.7，PRI/PRA，SIP，Tcp/Ip，FTP/TFTP。

传输平台在提供传统窄带业务的同时，也提供了宽带业务的应用。例如IP话音、数据和图像业务。针对不同的IP业务，进行专门的信令解析，用于实现SIP协议栈功能。在IP组网方式上，采用多种静态或动态组网的方式完成组网，如DOD1+BID，DOD1+DID，DOD2+BI，DOD2+DID，可满足各种专用、公用电信网组网要求。

2.3 前端设备

前端设备结构如图3所示，由分布在煤矿各个区域的无线基站，摄像仪和广播分站组成。前端设备通过传输平台上传数据至控制中心并执行控制中心下达的各项指令。

无线基站采用KT162-F矿用本安型无线基站，其通信协议为 IEEE802.11b/g。其主要功能为与巡检人员的KJD3.7矿用本安型手持终端的进行数据传输，包括上传人员定位信息、巡检信息及与呼叫通信的功能。通过与手持终端进行无线通信，控制中心可以直接呼叫指定巡检人员，实现对巡检人员的指挥调度。

图3 前端设备结构

摄像仪采用KBA12矿用本质安全型摄像仪，其防爆性能好、分辨率高，适应于井下煤矿生产环境。摄像仪将煤矿生产的实时图像及现场声音通过传输平台传输至控制中心，由调度台实时查询煤矿生产各区域的视频监控，数据服务器用于存储一个月内的由摄像仪记录的视频监控录像。

广播分站采用KTK113（A）矿用本质安全型广播分站。广播分站除广播由广播总站发布的安全知识、交接班音乐、应急撤离指示等，还可以实现与广播总站的对讲和广播分站间的对讲功能。

3 软件平台设计与实现

煤矿调度通信和视频监控融合系统软件平台按照功能划分为4个模块，分别为调动通信模块、人员定位模块、视频监控模块和广播对讲模块。为保障煤矿生产过程的安全性，本系统特别增设了“一键式”应急救援功能，确保事故发生时，多系统联动指挥现场人员撤离。

3.1 软件平台功能模块设计

煤矿调度通信和视频监控融合系统软件平台将调动通信、人员定位、视频监控、广播对讲多项功能融合到统一的软件平台中，并对系统功能进行了模块化设计，进一步简化了操作步骤。煤矿调度通信和视频监控融合系统软件平台功能模块如图4所示。

图4 软件平台功能模块

调度通信模块可以对巡检人员的手持终端进行实时呼叫，针对指定区域进行一键组呼或一键全呼，实现对井下巡检人员的统一高效指挥，也保障了煤矿生产的安全性。同时，调度通信模块也可以接收巡检人员通过手持终端上传的巡检数据或报警信息。接收到的巡检数据经过筛查核实后，存储至数据服务器中。为接收到的报警信息及时核查，作出反馈并执行应急预案。

人员定位模块根据手持终端的实时定位能确定所有煤矿工作人员的工作位置。在正常煤矿生产中，根据人员定位进行合理工作调度；在紧急报警状态下，结合人员定位疏散工作人员，如出现工作人员被困井下，及时确定被困位置。

视频监控模块能够实时查看煤矿各个区域的视频监控，并调阅一个月内存储于数据服务器的视频监控录像。视频监控模块能够及时发现煤矿生产过程中的安全隐患；检查巡检人员工作情况；在发生应急事件时，也可以直观地了解煤矿生产的现场状况。

广播对讲模块的功能表现为通过广播分站对整个煤矿实时广播应急车指示、交接班音乐、安全知识等。此外，广播对讲模块也可以实现广播总站与某一个或几个广播分站进行实时对讲。

3.2 “一键式”应急救援功能

安全问题一直以来都是煤矿生产中的重中之重，本系统应对应急救援问题时的“一键化”设计，大大简化了调度员的操作步骤，使得在紧急情况下，调度人员能更快捷地完成全矿广播，视频监控的采集并及时通知井下工作人员安全撤离，保证井下的安全生产。

“一键式”应急救援功能流程如图5所示。在煤矿生产过程中，若接收到告警信号，首先通过视频监控或警报附近工作工作人员核实警情是否属实。若告警信号为虚报，则检查虚警原因；若告警信号属实，则需要确定警情等级，即需要全矿撤离或部分区域撤离，针对指定的范围实施“一键式”应急救援方案。“一键式”应急救援方案主要包括3个部分：广播警报情况、视频监控事故点、直呼巡检人员。多项举措并行，加快人员撤离并尽快排除险情。

4 联调与测试

煤矿调度通信和视频监控融合系统成功调度通信、视频监控和广播系统，通过统一的传输平台实现了煤矿生产的一体化调度。融合系统的调度通信、人员定位、视频监控、广播对讲多项功能在一个软件平台上的集中展示，同时实现了对突发事件处理的“一键式”处理，方便决策者在短时间内对突发性事件作出快速反应并提供多样化的指令发布机制。煤矿调度通信和视频监控融合系统软件平台如图6所示。

5 结语

煤矿调度通信和视频监控融合系统实现了调度通信、视频监控和广播系统之间的完美融合，进而形成了煤矿的一体化调度。融合系统的功能更加全面，线缆数量大大降低，可操作性显著提高，应急调度指挥快捷方便，提高了煤矿生产的安全可靠性，避免次生灾害带来的更大损失。目前煤矿调度通信和视频监控融合系统已经在兖州煤业、兴隆庄煤矿等诸多煤矿得到了初步使用，具有广泛的应用前景。

图5 “一键式”应急救援功能流程

图6 煤矿调度通信和视频监控融合系统软件平台