礦井融合調(diào)度通信系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

薛曉炎，　霍振龍，　顧俊

(1.中煤科工集團常州研究院有限公司， 江蘇 常州　213015；2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州　213015)

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科研成果

礦井融合調(diào)度通信系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

薛曉炎1，2，霍振龍1，2，顧俊1，2

(1.中煤科工集團常州研究院有限公司， 江蘇 常州213015；2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州213015)

摘要：針對大多數(shù)煤礦通信系統(tǒng)各自分散、無法跨越各系統(tǒng)進行調(diào)度指揮的問題，設(shè)計了礦井融合調(diào)度通信系統(tǒng)，詳細介紹了系統(tǒng)的組成及功能實現(xiàn)。實際應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)能兼容現(xiàn)有煤礦通信系統(tǒng)，為跨越各系統(tǒng)之間的通信提供高效業(yè)務(wù)平臺與橋梁，有效提高了礦井應(yīng)急調(diào)度處置能力，進一步提升了煤礦安全生產(chǎn)管理水平。

關(guān)鍵詞：礦井通信； 通信聯(lián)絡(luò)； 融合調(diào)度通信; 移動調(diào)度通信

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160803.0956.001.html

0　引言

目前，礦井有線通信、無線通信、應(yīng)急廣播、人員定位、工業(yè)視頻等系統(tǒng)的實施有效提高了井下作業(yè)人員的安全系數(shù)與工作效率[1]，但這些系統(tǒng)各自分散，煤礦仍然缺乏能夠整合礦井有線通信、無線通信、廣播等系統(tǒng)，業(yè)務(wù)上能夠涵蓋數(shù)據(jù)、語音、視頻的高效一體化調(diào)度通信指揮系統(tǒng)，限制了礦井各系統(tǒng)的無縫溝通與多媒體信息傳遞，無法滿足相關(guān)管理人員在井上及井下快速獲取所需綜合通信信息來輔助科學(xué)決策的需求，無法通過同一調(diào)度指揮界面將形成的調(diào)度決策指令迅速傳遞到任何地點或任何人[2-3]。

針對上述問題，從井下通信裝備實際情況出發(fā)，筆者設(shè)計了礦井融合調(diào)度通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)在兼容煤礦現(xiàn)有通信系統(tǒng)的前提下，為跨越各系統(tǒng)之間的通信提供高效業(yè)務(wù)平臺與橋梁，能夠為煤礦集控中心及各分控中心提供更高效的多系統(tǒng)協(xié)同通信與綜合調(diào)度指揮業(yè)務(wù)，可以進一步提升煤礦安全生產(chǎn)管理水平。

1　系統(tǒng)設(shè)計

礦井融合調(diào)度通信系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)主要由融合通信服務(wù)器、語音接入服務(wù)器、調(diào)度服務(wù)器、觸摸屏調(diào)度臺及移動多媒體調(diào)度通信終端組成。

融合通信服務(wù)器與選煤廠擴音電話系統(tǒng)、數(shù)字程控調(diào)度系統(tǒng)通過語音服務(wù)器進行信令和媒體的對接與中繼；與礦用應(yīng)急廣播系統(tǒng)、WiFi無線通信系統(tǒng)、礦用工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)直接通過IP網(wǎng)絡(luò)進行信令和媒體的對接與中繼；與集控平臺、人員定位等系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)聯(lián)動。融合通信服務(wù)器采用SIP中繼方式與移動IMS(IP多媒體子系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)進行語音通信，通過權(quán)限配置，使井下無線通信終端能夠與地面移動通信網(wǎng)進行語音通信。融合通信服務(wù)器支持對接配套調(diào)度服務(wù)器，可通過觸摸屏調(diào)度臺進行多媒體信息呈現(xiàn)和綜合調(diào)度，也可通過移動多媒體調(diào)度通信終端進行移動多媒體遠程調(diào)度和通信。所有互聯(lián)系統(tǒng)的調(diào)度通信功能都通過融合調(diào)度通信平臺軟件實現(xiàn)。

圖1　礦井融合調(diào)度通信系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

2　系統(tǒng)功能設(shè)計

2.1融合通信功能

礦井融合調(diào)度通信系統(tǒng)具備多媒體融合通信功能，集通信子系統(tǒng)和終端接入、交換控制、媒體處理、協(xié)同通信、調(diào)度管理功能于一體，支持包括語音、視頻和數(shù)據(jù)等多媒體業(yè)務(wù)類型，系統(tǒng)多媒體融合通信功能設(shè)計邏輯如圖2所示。

SIP信令協(xié)議有控制靈活、可擴展性強、支持分布式等特點，能將蜂窩系統(tǒng)和因特網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域融合在一起，被3GPP(第三代合作伙伴計劃)工作組定義為第三代移動通信系統(tǒng)提供IP多媒體服務(wù)的信令協(xié)議，是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議之一。國內(nèi)外許多組織也在致力于SIP在煤礦行業(yè)井下專網(wǎng)領(lǐng)域的研究、應(yīng)用及擴展[4]。SIP協(xié)議的開放性及針對煤礦行業(yè)專網(wǎng)應(yīng)用的可擴展性已得到實際驗證[5]。系統(tǒng)基于SIP信令協(xié)議和多媒體通信技術(shù)來設(shè)計適合煤礦井下應(yīng)用的融合通信與綜合調(diào)度業(yè)務(wù)功能。系統(tǒng)可與礦方現(xiàn)有礦用工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)對接，支持在觸摸屏調(diào)度臺上對工業(yè)視頻進行查看、錄像、截圖，并實現(xiàn)視頻聯(lián)動功能，調(diào)度撥打某個電話時，在被叫振鈴前就可以將該電話綁定的1路或者多路視頻信號進行顯示，便于調(diào)度指揮人員更及時、更全面了解現(xiàn)場情況。系統(tǒng)可與礦方現(xiàn)有廣播系統(tǒng)對接，綜合調(diào)度臺實現(xiàn)廣播功能，包括與單個廣播終端通話、播放語音，臨時將廣播終端建立群組，實現(xiàn)針對不同區(qū)域廣播不同語音。

圖2　系統(tǒng)多媒體融合通信功能設(shè)計邏輯

2.2綜合調(diào)度通信功能

綜合調(diào)度通信功能支持多路綜合調(diào)度臺和移動調(diào)度臺登錄，并設(shè)計權(quán)限管理和優(yōu)先級管理，實現(xiàn)上級調(diào)度員能對下級調(diào)度員及下級所有用戶進行所有調(diào)度操作，而下級的調(diào)度員不能對上級調(diào)度員進行調(diào)度操作。同時綜合調(diào)度通信業(yè)務(wù)具有常用數(shù)據(jù)交互接口及便捷的數(shù)據(jù)通信接口二次開發(fā)功能，可與礦用人員定位、安全監(jiān)測等系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互和聯(lián)動，實現(xiàn)交互數(shù)據(jù)實時多向傳輸。這樣的分級調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高了調(diào)度的效率，滿足新形勢下跨地域、跨部門的大規(guī)?，F(xiàn)代指揮調(diào)度的通信需求。綜合調(diào)度通信業(yè)務(wù)平臺也具備多種媒體、多種方式應(yīng)急預(yù)案的管理與調(diào)度發(fā)布功能，能夠適應(yīng)不同礦山及不同突發(fā)事件下的不同應(yīng)急預(yù)案管理與調(diào)度流程[5]。

2.3移動調(diào)度通信功能

在井下或地面基站無線信號覆蓋的任何區(qū)域，利用移動調(diào)度通信終端接入融合調(diào)度通信系統(tǒng)，可實現(xiàn)移動語音調(diào)度通信、視頻監(jiān)控、人員位置查詢、崗位管理等功能設(shè)計。移動調(diào)度通信終端上安裝有移動調(diào)度通信客戶端APP，可通過融合通信服務(wù)器對井下電話、廣播終端等語音設(shè)備進行雙工語音通信，同時融合視頻業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)通信和智能聯(lián)動于一體，使煤礦管理人員在調(diào)度室以外的井下或地面也可實時了解礦井生產(chǎn)、安全等情況，及時發(fā)現(xiàn)和消除生產(chǎn)過程中的各類安全隱患[6]。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

融合調(diào)度通信系統(tǒng)軟件可實現(xiàn)對各種類型調(diào)度終端，如有線電話、IP電話、礦用手機、公網(wǎng)手機、公網(wǎng)固話、可視電話、IP智能終端等進行通信與統(tǒng)一調(diào)度。呼叫控制和媒體承載邏輯上相互分離。

對于每一個通話方(主叫或被叫)，系統(tǒng)都會生成一個語音會話對象與之對應(yīng)。傳入各應(yīng)用模塊的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是該語音會話對象，它封裝了會話數(shù)據(jù)和信令/媒體處理函數(shù)，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想，為各應(yīng)用模塊屏蔽了底層處理的復(fù)雜性。呼叫狀態(tài)控制層是介于底層協(xié)議棧和上層應(yīng)用模塊之間的核心控制層，它為每個語音會話對象啟動或結(jié)束一個獨立的處理任務(wù)，該處理任務(wù)以一個狀態(tài)機的形式運行，系統(tǒng)通過該狀態(tài)機來實現(xiàn)并約束一個合法的語音呼叫或語音應(yīng)用流程。

系統(tǒng)軟件采用C/C++語言編碼實現(xiàn)，系統(tǒng)開發(fā)和部署采用Linux環(huán)境。系統(tǒng)軟件采用靜態(tài)內(nèi)核與動態(tài)模塊的架構(gòu)模式。系統(tǒng)內(nèi)核功能包括：① 線程和內(nèi)存池管理。② 呼叫狀態(tài)控制。③ 抽象各種接口，包括信令、語音編解碼、號碼路由、定時器、呼叫應(yīng)用、短信應(yīng)用、API函數(shù)、文件系統(tǒng)及這些接口的通用調(diào)用函數(shù)。④ 模塊和接口的動態(tài)管理。各具體功能模塊都能實現(xiàn)動態(tài)加載與卸載機制，加載函數(shù)將本模塊實現(xiàn)的功能注冊到內(nèi)核的相應(yīng)接口上，卸載函數(shù)按順序完成各功能模塊卸載與資源釋放。融合調(diào)度通信系統(tǒng)軟件設(shè)計如圖3所示。

圖3　融合調(diào)度通信系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用背靠背用戶代理(B2BUA)模式進行設(shè)計，系統(tǒng)軟交換平臺分別作為UAS(用戶代理服務(wù)器)和UAC(用戶帳戶控制)參與到呼叫建立和媒體交互過程，可以將不同能力集的用戶互通起來。系統(tǒng)軟件設(shè)計了異步消息的注冊、發(fā)布和接收響應(yīng)機制，同時在實時性要求高的部分設(shè)計了同步回調(diào)，有效組織各個功能模塊成為一個統(tǒng)一整體。調(diào)度通信業(yè)務(wù)可以作為融合通信平臺應(yīng)用服務(wù)來提供，由多個任務(wù)及任務(wù)間的配合來完成多媒體通信及一體化調(diào)度功能，實現(xiàn)功能包括用戶狀態(tài)實時監(jiān)控、點擊呼叫、呼叫轉(zhuǎn)接、呼叫排隊、呼叫代答、監(jiān)聽、錄音、強插、強拆、強掛、多方會議、組呼、 群呼、點名、輪詢、夜服等。會議管理支持即時會議、預(yù)研式會議，可對與會者執(zhí)行隔離、踢出、禁言等操作，支持會議錄音，最大支持256路會議資源。通過調(diào)度臺觸摸選擇電話會議參與人員(內(nèi)外線號碼均可)，點擊“開始會議”按鈕即可快速召開電話會議，當會議成員相對固定時，可預(yù)設(shè)會議并采用一鍵電話會議功能。

4　系統(tǒng)應(yīng)用

目前，國陽新能股份有限公司一礦(以下簡稱國陽一礦)已建設(shè)的井下通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)包括數(shù)字程控調(diào)度系統(tǒng)(容量為1 120門)、選煤廠擴音電話系統(tǒng)(容量為128門)、礦用應(yīng)急廣播系統(tǒng)(廣播終端為110個)、WiFi無線通信系統(tǒng)(手機終端為300部)、礦用工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)(各類攝像頭為312個)、井下人員定位系統(tǒng)等。除了WiFi無線通信系統(tǒng)與數(shù)字程控調(diào)度系統(tǒng)通過語音網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)通信外，其余各系統(tǒng)均為獨立系統(tǒng)，無法實現(xiàn)跨越系統(tǒng)進行一體化調(diào)度通信指揮。為此，該礦決定應(yīng)用融合調(diào)度通信系統(tǒng)對礦井有線通信、無線通信、廣播通信、工業(yè)視頻等系統(tǒng)進行業(yè)務(wù)全面對接，實現(xiàn)了全礦井各通信系統(tǒng)間的多媒體融合通信與一體化調(diào)度管理。

(1) 井下電話、移動通信終端等具有撥號呼叫功能，可直接撥號呼叫到任意通信終端，井下廣播、攝像頭等不具有撥號呼叫功能的終端將能夠接受呼叫和訪問，支持錄音業(yè)務(wù)，實現(xiàn)了全礦井范圍內(nèi)語音通信無縫融合。系統(tǒng)在與各通信系統(tǒng)互聯(lián)互通基礎(chǔ)上，在礦總調(diào)度室及3個分控調(diào)度室，通過具有權(quán)限分級的協(xié)同通信與綜合調(diào)度控制平臺，支持多路調(diào)度功能，各調(diào)度臺可配置不同調(diào)度內(nèi)容，支持多調(diào)度臺間的權(quán)限管理。調(diào)度員可在統(tǒng)一調(diào)度界面完成包含語音、廣播、短信、視頻在內(nèi)的多媒體信息查看與協(xié)同通信指揮。用戶界面如圖4所示。

圖4　融合調(diào)度通信系統(tǒng)用戶界面

(2) 觸摸屏調(diào)度臺可對內(nèi)外網(wǎng)手機用戶群發(fā)短信，短信調(diào)度支持臨時建組群發(fā)短信，支持預(yù)先設(shè)定短信組、群發(fā)短信功能，外網(wǎng)短信通過與移動運營商短信網(wǎng)關(guān)IP通信對接方式實現(xiàn)；通過可定制的通信預(yù)案流程及數(shù)據(jù)庫，可與國陽一礦應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)聯(lián)動，將礦井應(yīng)急預(yù)案管理與調(diào)度延伸至整個國陽一礦企業(yè)通信的各個分支。

(3) 通過移動調(diào)度方式讓管理人員使用移動調(diào)度通信終端在井下進行移動多媒體遠程調(diào)度指揮；系統(tǒng)可提供可靠數(shù)據(jù)交互與應(yīng)急聯(lián)動二次開發(fā)接口，實現(xiàn)與井下人員定位等系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)聯(lián)動。

(4) 融合通信服務(wù)器為雙機熱備運行方式，并在各通信系統(tǒng)上層部署，不影響各通信系統(tǒng)原有內(nèi)部通信方式與使用方式的使用，保障了系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性。選用帶斷電逃生功能的調(diào)度電話，在調(diào)度室出現(xiàn)長時間停電的情況下，啟用調(diào)度應(yīng)急電話，保證生產(chǎn)、調(diào)度指揮的正常運行。

5　結(jié)語

礦井融合調(diào)度通信系統(tǒng)為實現(xiàn)煤礦各通信系統(tǒng)間的融合提供了高效的業(yè)務(wù)平臺與橋梁，為井下及地面的管理人員、作業(yè)人員提供更便捷的數(shù)據(jù)、語音及視頻等多媒體通信業(yè)務(wù)與信息聯(lián)絡(luò)手段，為礦集控中心及機運、選煤、通風(fēng)分控中心提供更高效的多系統(tǒng)協(xié)同通信與綜合調(diào)度指揮業(yè)務(wù)，有效提高了全礦井應(yīng)急處置能力，進一步提升了煤礦安全生產(chǎn)管理水平。

參考文獻：

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[6]霍振龍，顧義東，李鵬.LTE通信技術(shù)在煤礦的應(yīng)用研究[J].工礦自動化，2016，42(1)：10-12.

文章編號：1671-251X(2016)08-0001-05

DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.08.001

收稿日期：2016-05-19；修回日期：2016-07-06；責(zé)任編輯：張強。

基金項目：天地科技股份有限公司技術(shù)創(chuàng)新基金項目(KJ-2015-CZGF-02)。

作者簡介：薛曉炎(1982-)，男，江蘇常州人，工程師，碩士，現(xiàn)主要從事礦用通信產(chǎn)品的研發(fā)與推廣工作，E-mail:tdkjxxy215@126.com。

中圖分類號：TD655

文獻標志碼：A網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-08-03 09:56

Design and application of mine integration dispatching communication system

XUE Xiaoyan1, 2,HUO Zhenlong1, 2,GU Jun1, 2

(1.CCTEG Changzhou Research Institute, Changzhou 213015, China;2.Tiandi (Changzhou) Automation Co., Ltd., Changzhou 213015, China)

Abstract:In view of problem that most mine communication systems scattered, and could not cross the others for scheduling command, a mine integration dispatching communication system was designed, and composition and functions of the system were introduced. The practical application results show that the system can be compatible with existing coal mine communication system, provide efficient business platform and bridge to leapfrog communication among each system, and effectively improve mine emergency scheduling disposal ability and management level of coal mine safety production.

Key words:mine communication; communication liaison; integration dispatching communication； mobile dispatching communication

薛曉炎，霍振龍，顧俊.礦井融合調(diào)度通信系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].工礦自動化，2016,42(8)：1-5.