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1、智能数字应急救援语音系统在矿井安全生产中的综合应用 摘 要 井下通信畅通是保证煤矿企业安全生产重要因素之一，计算机和工业以太网技术的发展带动了煤矿的信息化建设，引发了煤矿井下通信系统领域的技术革新。为保证煤矿企业遭遇突发性事件时，能以最简捷、最快的途径通知井下作业人员，并指导相关人员紧急疏散或采取相应安全措施，做到及时并有效的应急救援。军城煤矿根据语音广播的现状与发展方向，结合煤矿安全生产，以安全监测监控系统、人员定位系统、综合自动化系统数据为依据，以各种应急预案为基础，采用数字技术、单片机编解码技术、高级软件编程技术等安装了数字化可寻址矿用智能应急救援语音系统。该系统集安全播报、调度指挥、安
2、全监测、公共语音为一体，是新一代的数字化语音系统。日常可以进行安全宣传、教育，在指定区域播放安全规章、安全措施、注意事项等，增强职工安全意识。还可共享安全监控系统有关数据，经过定制，当出现瓦斯超限、风机不能正常工作等情况时，自动在特定区域发出安全告警，指挥相关人员撤离或采取必要的措施。如果检测到安全监控系统告警，井下出现重大安全事故时，可以根据事先设定程序，调动相关应急预案，指挥现场人员撤离；也可以人工调用应急预案语音材料，播放给指定区域，并可以通过麦克风，直接指挥有关人员撤离。根据需要，可以播放背景音乐。 结合数字视频技术，可以实时观察工况直观图像，做到数据、语音、视频的真正联动。 设计理念
3、：“音源数字化、扩展自由化、融合有机化、播放自动化、管理智能化、操作人性化” 。 关键词 工业以太网技术;IP软交换技术;井下安全语音广播系统。1、引 言 随着国家对于煤矿安全生产的重视，要求建设完善煤矿通信联络系统。军城煤矿按照煤矿安全规程的要求，建设井下通信系统，并按照在灾变期间能够及时通知人员撤离和实现与避险人员通话的要求，进一步建设完善通信联络系统。发生险情时，及时通知井下人员撤离。作为安全预警及安全通知的语音广播系统可以在最快时间内通知本系统所含盖的最大范围内的井下所有工作人员，并起到相互通知，相互转告的作用，从而在时间和空间上能够及时的疏导工作人员撤离危险区域，引导安全的紧急避险通
4、道，保证工作人员的生命安全。2、井下语音广播通信技术矿井生产各个系统分布于工业广场的地面和井下，各个系统的设备位置分散。随着互联网技术的发展、以太网传输速率的提高和以太网交换技术的发展，工业以太网的组网可以采用星型、树型或环形等结构。采用星型、树型等组网路由复杂，铺设、维护线缆复杂，而环形网络结构可靠性高，所以采用环形组网结构。采用环形网络结构能够迅速对故障节点进行定位，大大提高整个网络的易维性。军城煤矿安装的语音广播系统是基于千兆工业以太环网，采用IP软交换技术与传统调度语音通讯技术相结合，稳定可靠的将军城煤矿的生产信息通过调度室交换机接入临矿集团监控数据网，整个网络有极高的冗余度，保证了网
5、络的高可用性。实现了生产信息化和企业管理信息化的融合，实现了局矿两级信息共享。 基于软交换的网络体系结构分成媒体接入层、传输服务层、控制层和业务应用层，软交换的核心位于控制层。媒体接入层:设有各种网关，用于实现异构网络到核心传输网以及异构网络之间的互连互通。基于软交换技术的混合网络采用分层、开放的体系结构，使上层业务与底层的异构网络无关，体现了业务驱动的理念，为实现多网融合和灵活的业务提供创造了条件。 SIP(Session Initiation Protocol)是一个应用层的信令控制协议。用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。这些会话好像Internet多媒体会议、IP电话或多媒体分
6、发。会话的参与者可以通过组播（multicast)、网状单播(unicast)或两者的混合体进行通信。3、井下语音广播通信要求 现在许多煤矿的井下广播仍使用着传统的有线调度通信系统，调度电话在井下安装位置固定，且分布数量有限，通信电缆长度有限，由于煤矿工作分布区域广，整个矿区又分为多个工作区，矿井生产环节多、每个生产环节在地理位置上又是分散的，有些地方通信电缆不可能全部到达，为了确保井下人员的人身安全，让他们随时了解到井下的情况和听到地面指挥调度中心的广播，能够对发生的危险及时撤离，矿井内需要全覆盖的语音广播系统来实现上述目标。计算机和工业以太网技术的发展带动了煤矿的信息化建设，引发了煤矿井下
7、通信系统领域的技术革新。对于煤矿矿井这一特殊环境，井下语音广播系统不同于一般的地面广播系统，它应有以下特殊的要求:（1）井下电网电源的电压波动范围较大，一般在75%110%之间，要求语音广播设备的电源电压波动适应能力强，备用电源应维持不小于2小时的正常工作。（2）井下空间窄小、机电设备相对集中，因此，环境电磁干扰严重。要求广播和通信设备应具有较强的抗干扰能力。（3）煤矿井下空气中含有甲烷等可燃性气体和煤尘，容易发生爆炸事故。要求电器设备、广播设备，采用安全性能好的本质安全型防爆设备。（4）煤矿井下空间狭小，设备种类又多，要求广播设备的体积不能很大。（5）根据矿井通信规则，本质安全型防爆电气设备
8、的最大输出功率为25W左右。（6）井下通信设备应有防尘、防水、防潮、防腐、耐机械冲击等防护性能。（7）煤矿井下环境恶劣，设备故障率很高，人为破坏事件时有发生，矿井语音广播系统应有较强的抗故障能力。当系统中某些设备发生故障时，其余非故障设备应该仍能继续工作。（8）随着井下语音广播系统的可靠性以及通信质量的提高、功能的完善、成本的降低，井下语音广播系统可承接更多地业务，如何承担全部的生产调度及救灾通信等任务，这就要求系统具有较好的通话质量。 井下安全语音广播系统的广播台功能应能满足矿井生产调度的需要，且可以与煤矿行政通信系统、程控生产调度通信系统联网、形成一个统一的、资源共享的通信平台。4井下语音
9、广播系统方案4.1语音广播系统模型建立及功能分析 在煤矿井下工业以太网络建设的基础上，根据井下语音广播系统的需求与目标，提出了基于IP软交换技术的井下语音广播系统的模型，如图1所示。 基于IP软交换技术的井下语音广播系统实际上就是用软交换技术实现IP电话的控制系统即IPPBX;然后通过井下工业以太网将承载话音的IP包传输到井下，实现井下的语音广播;并通过软件编程实现对IP电话的调度功能，该调度功能模块可以放在IPPBx系统中，也可以独立出来。 图1井下语音广播系统模型 从图4.1可以看出，井下语音广播系统的模型分为三层结构。（1）数据源。包括广播调度台、IP电话以及其它生产调度指挥的多媒体终端
10、;这里的数据源主要指可将话音等信息数字化经压缩打包为可在IP网络传输的设备。以IPPBx广播控制系统为例，主要由vole处理器，对信号进行编码、分组打包等处理;模数转换及电源控制集成电路，对信号进行模数、数模转换及系统的电源控制;lvrac，接入网关;井下广播话站、井下广播话机和井下广播音箱等几部分组成，该设备作为井下应用时还应具有侧叭认证才能作为模型构建的数据源。（2）承载传输层。包括井下工业以太网以及各种数据协议接口;井下工业以太网是语音广播井下应用的基础，是井下数据IP化的前提条件;承载传输层负责将承载了话音的IP包通过传输网送到目的地;井下IP以太网是井下广播通信系统的核心，是实现井下
11、语音广播通信系统的网络基础。井下语音广播系统的井下系统设计包含了井下IP以太网的设计、部署，网段的划分等;承载传输层还应包括IP与传统电话网的各种接口，如:E1,ISDN等。（3）应用处理层。包括IPPBX(即SIP服务器)、调度台、调度主机、媒体服务器等。本层负责对呼叫进行接续等控制，并实现群呼、强插强拆、录音等电话调度功能。IPPBX是一个以高性能服务器为硬件载体，采用软件技术，使用标准的协议(SIP等)开发的，可以分为硬件层、软件模块层、维护管理层和控制接口层4部分。软件模块层又分为语音信号处理，PSTN呼叫控制、IP呼叫管理、IP呼叫控制、IP数据传输等。其中，语音信号处理包含了语音编
12、码器、回波抵消和DTMF检测等。根据分层结构，网关应具有以下基本功能:号码查询、建立通信连接、信号调制、信号压缩、信号解压、路由寻址、信令转换等。 通过对模型的分析可以得出基于IP软交换技术的的井下广播通信系统的设计主要内容是承载传输层的井下IP以太网系统以及应用处理层的IPPBX调度指挥系统。4.2井下语音广播系统设计 基于IP软交换系统的安全语音广播系统，以矿井工业以太环网为整个系统的主干传输平台，通过工业以太网络将数字语音通信信号传输至IP话机或矿IP扩播电话语音网关，语音网关通过矿用广播电话设备将音频信号放大播放，同时在地面可与调度通信系统或程控交换系统对接，利用部分电话线路资源方便组
13、网。该技术也可通过扩播电话自动摘机功能，实现宣传信息广播和背景音乐的播放。（1）在地面通讯机房配置1台基于IP软交换技术的IPPBX广播主机，该主机可通过E1接口与调度通讯系统或程控交换机进行对接，同时可以挂接在以太网络上，对井下IP电话网关进行管理和通信。（2）在地面调度室部署2台广播呼叫控制台，分别部署于矿调度室和生产控制室。在调度室或者皮带系统集控室等了系统分控中心可配置不同权限等级的广播呼叫中心，实现分区、分级广播控制管理。（3）在井下主要采区变电所分别安装有千兆工业以太环网交换机，并划分出专门交换机电口VLAN，以确保各系统稳定运行，井下IP电话网关可直接接入井下IP以太网交换机设定
14、VLAN口，提供音频或FXS话音输出。同时该网关挂接扩播电话，广播电话采用串接方式，一条网关最多可串接20台广播话机，每台扩播话机间隔300m左右，一台网络电话网关与扩播话机组合限制在4000m之内。（4）系统将矿井现有井下具有语音功能的井下胶带输送机控制和工作面通讯控制TKC- 1 O1 /102系统(天津华宁)平滑接入，并提供相关的系统转换接口，在保证其原有功能不受影响的条件下，将其接入安全报警广播系统中，实现广播和回呼功能。（5）IPPBX广播主机通过E1线与原有的调度通信系统或程控交换系统对接，利用电话线路资源连接到井下的广播电话站。通过广播电话具有的自动摘机功能，实现井下语音广播。
15、系统组网结构图如图2示。 系统采用混合组网方式，以IP软交换技术为核心采用工业以太环网传输，结合传统调度通信系统、整合现有工作面、皮带沿线扩播话机通讯系统(天津华宁)，实现统一广播软件界面管理，完成井下广播全覆盖。4.3井下语音广播系统基本功能图2基于1P软交换技术的煤矿安全语音广播系统组网结构图（1）分区广播功能。可对单区、多区和全部区域进行广播可选。（2）广播时间要求。一次广播时间最多不超过30分钟。（3）编程定时广播。可按作息时间定制广播节目，定时播放。（4）紧急广播。紧急语音随时插入即可广播。（5）宣传广播。可播放背景音乐、领导讲话、语音宣传等。（6）在井上对一条或多条线路打点。完成线
16、路连接后，就可以在调度台上选择某一区域或多个区域进行打点，就可以让井下相应的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)。（7）在井上同时接收井下多点的通话。井下的多条线路中任意一台扩音电话按下通话按钮讲话，井上调度台都可以通过扬声器听到讲话声，多条线路同时讲话时，如果所有线路选通(默认状态)，则井上调度系统应当把所有声音线路的声音都播出来;如果选通了一部分线路，则只播放这些线路的声音。（8）在井上应能显示各区域的在线状态。分别给出各条线路的专用网关设备是否在线(正常连接)。（9）可在地面对井下设备进行线路配置。井上集中调度台应提供添加删除点、指定点名称、远程配置井下专用广播设备参数的功能。（10）WEB管理功能。系统软件
