廣電融合網在全礦區可視化應急指揮通信中的應用探討

胡欣

摘 要：文章針對煤礦應急指揮通信系統存在的井下通信系統難以及時恢復、井下井上無法統一通信、現場圖像視頻無法回傳的問題，提出了基于廣電有線無線融合網構建全礦區可視化應急指揮通信專網的解決方案，并從網絡特點、應急指揮應用方面做了敘述，總結了應急指揮通信專網的優勢和應用前景。

關鍵詞：廣電融合網；應急指揮；可視化；通信；700 M LTE

現有的煤礦通信系統一般包括程控調度通信系統、無線通信系統、應急廣播通信系統、人員定位系統，利用不同的通信系統實現了相應的功能，如通過井下自建基站實現井下與井上語音通信、通過無線對講實現井下通信及廣播、通過RFID實現人員定位[1]。這些通信系統雖在煤礦生產和應急救援過程中發揮著重要作用，但由于煤礦企業缺少專用無線頻段且各通信系統建設于不同時期，導致無線數據傳輸帶寬不足，無法傳輸圖像視頻信號，難以確定現場情況；井下井上缺少統一覆蓋的無線信號，無法統一通信，形成信息孤島；當事故發生后，井下通信無法及時恢復，影響救災搶險指揮決策。這些問題的存在，嚴重影響了煤礦應急指揮救援的效果，在事故發生時如何迅速地建立一個穩定可靠的全礦區井上井下可視化應急指揮通信系統，成為煤礦應急指揮研究的熱點和難點。

在三網融合的深入推動下，廣電已具備了有線無線融合網建設的能力，并在部分領域開展了一些應用。基于廣電有線無線融合網建設一張滿足全礦區有線無線一體化的應急指揮通信專網，可以實現全礦區井上井下全覆蓋的可視化通信，滿足煤礦應急通信的需求，對于煤礦應急指揮通信系統的建設意義重大。

1 基于廣電融合網的全礦區一體化應急指揮通信專網

1.1 廣電有線無線融合網

隨著新技術快速發展和產業環境不斷變化，以雙向、互動、高清為標志的廣播電視網，正在向寬帶、多屏、智慧化升級，我國廣播電視網絡發展已進入一個全新階段，未來的下一代廣播電視網絡（Next Generation Broadcasting Network-Wireless，NGB-W）將發展為電視有線、無線、衛星多通道無縫連接的融合覆蓋網絡，為個人、家庭、政府、企業等客戶提供內容可控、傳輸可靠、終端可管的寬帶無線接入業務，將傳統廣播電視向移動交互新媒體方向進行延伸，使得廣電網絡成為兼具宣傳文化和信息服務特色的新型網絡，進而推動廣播電視行業服務的轉型升級[2-3]。

廣電有線無線融合網的設計是在構建無線雙向網基礎上，將有線電視網、廣電自適應無線網、無線雙向網進行有機結合，打通相互間的傳輸通道，形成廣電特色的有線無線融合網[3]。

廣電有線網絡以光纖接入的方式提供有線電視、數據傳輸和互聯網寬帶服務，其不僅是廣播電視技術專網，還是國家和地區的重要信息基礎設施、家庭的智能信息載體以及安全可控的主流意識傳播渠道，還將是下一代廣播電視網（NGB）、無線數字電視覆蓋網、基于700 M無線頻率LTE無線雙向網、自適應無線網融合傳輸的基礎[4]。

廣電無線雙向網有效利用低頻段的700 MHz與成熟的LTE技術，具有信號覆蓋廣、穿透力強、組網成本低、技術先進的優勢。廣電無線雙向技術的下行鏈路擬采用頻譜效率很高的正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術作為主要調制方式，實現數據高速率傳送。上行鏈路選取SC-FDMA方式，以降低發射終端的峰均功率比，減小終端的體積和成本。總體上，700 MHz頻段資源豐富，上下行傳輸采用頻分復用技術，能提供高速率的無線數據傳輸，擴大各類業務的應用范圍[5]。

1.2 全礦區一體化應急指揮通信專網

基于廣電融合網建設的全礦區一體化應急指揮通信專網具有安全可靠、可管可控、寬帶移動等特點，其以廣電有線網絡作為傳輸基礎，建立礦務局與礦區、礦區與礦區的連接，為井下生產、井上辦公和家庭生活提供基礎通信傳輸服務；無線通信以廣電700 M LTE無線雙向網為主，為礦區井上和井下提供無線寬帶信號的全面覆蓋，下行無線寬帶通信傳輸速率最高可達150 Mbps，上行最高可達75 Mbps，覆蓋半徑最大可達約5 kM；借助Mesh自適應無線網，可以在臨時或緊急情況下快速部署、恢復通信網絡，實現互聯互通，滿足各類業務的通信需求。

礦區一體化應急指揮通信專網網絡架構如圖1所示。

井上井下通信“一張網”—礦區700 M無線專網，包括井上和井下兩部分，井上網絡和井下網絡共用一個核心網，可以保證所有通信終端在“一張網”中進行，信息暢通無阻。

地面采用LTE標準基站，架設室外天線覆蓋地面工作區域和生活區域；井下采用礦用無線基站，覆蓋井下作業區域。各通信基站通過IP環網與核心網互聯，提供可視化指揮調度、定位跟蹤、語音通信、環境監測等服務。同時，核心網通過統一通信平臺與程控交換系統互聯，實現與原有的有線調度電話互通。其中，井下所有通信設備均采用礦用本安型通信設備，保證安全。

2 全礦區一體化應急指揮通信專網在應急指揮通信中的應用

借助全礦區一體化應急指揮通信專網，可以解決當前煤礦應急指揮通信中井下通信系統難以及時恢復、井下井上無法統一通信、現場圖像視頻無法回傳的問題，為煤礦出現事故時有效進行應急救援提供支撐。

2.1 井上井下統一通信

全礦區一體化應急指揮通信專網中的700 M LTE無線雙向網，能滿足井上井下的覆蓋需求，對煤礦提供一個全面的寬帶無線覆蓋，實現井上井下統一通信。

通信終端采用專業礦用防爆終端，即使在含有爆炸性氣體和可燃性粉塵的危險環境中，也不會產生靜電或者火花，不會引起爆炸；終端在井上井下均可使用，并在礦井避難室和礦用救生艙中放置應急終端，使應急通信不受地域限制。

通信終端支持單呼、組呼、全呼、廣播呼叫、監聽、強插、強拆、遙暈遙斃等集群語音功能，支持GPS/北斗衛星定位，也支持圖像采集回傳、視頻對講等寬帶業務功能，還可以根據業務需要定制移動APP，為應急指揮、救援人員與待救人員提供更全面、更強大的通信服務。

2.2 應急通信快速恢復

Mesh自適應無線網與傳統的無線局域網和蜂窩通信網絡一樣，是一種網絡組織形式，但是與有著集中控制中心的網絡又有所不同[6]。Mesh自適應無線網最大的優勢就在于它天生的網絡容錯能力，它易于架設，方便維護，有著很高的帶寬。在傳統的蜂窩網網絡中，基站出現問題將會導致其覆蓋區域內所有通信的中斷，而Mesh自適應無線網與此不同，可以提供極高的網絡容錯性，即使多個節點不可用，網絡仍然可以正常通信[7]。

在出現緊急情況時，借助Mesh自適應無線網和礦用終端，能夠以簡便、快捷的操作方法快速部署通信網絡，恢復井上井下統一通信，進行集群語音通信和應急廣播，通過終端自帶的攝像頭配合礦區地圖可以實現可視化指揮調度，使井上井下能夠統一指揮，發揮最大資源性能，提高救援效果。

2.3 可視化指揮調度

基于全礦區一體化應急指揮通信專網設計的應急指揮調度通信系統，支持“語音、定位、視頻”的可視化指揮調度，融合了無線集群語音通信、應急廣播、人員與車輛定位跟蹤、集成視頻監控和可視對講等功能，滿足煤礦行業“聽得見、看得清、呼得通”的應急通信指揮需求。

利用700 M LTE無線網絡，可以實現礦區人員、車輛、重要物資的定位跟蹤。地面定位通過移動通信終端實現，移動終端支持GPS/北斗定位，可以將自身的位置信息通過LTE無線專網回傳至調度中心。井下定位通過信標點實現，給工作人員或重要物資配備定位標簽，定位標簽通過信標確認自身位置信息，然后將定位信息通過井下無線基站回傳到調度中心。可視化調度將定位信息展現在地面GIS地圖和井下地圖建模上，并可以根據需要記錄和查詢軌跡。利用700 M LTE無線雙向網提供的高速數據傳輸通道，在應急救援中不僅能實現語音通信，還可以通過終端的攝像頭，實現現場圖像回傳、現場視頻通信，讓指揮調度決策者與救援人員充分掌握現場情況，實施高效救援。

3 全礦區一體化應急指揮通信專網在其他方面的應用

除應急指揮通信外，全礦區一體化應急指揮通信專網在煤礦安全生產的諸多方面也發揮著重要作用。

設備遠程檢修維修。700 M LTE無線雙向網支持高清視頻通信，可以在井下設備檢修、故障排除時為專家會診提供高清移動視頻和局部細節的高清圖片，保障安全生產[8]。

環境遠程監測。700 M LTE無線雙向網可以實現有線無法到達區域井下有害氣體、環境安全數據、設備運行參數等監控傳感器的無線數據遠傳，為智慧煤礦物聯網豐富了感知層數據點。擴展了監控的范圍，提升了安全預警能力[8]。

移動視頻監控。利用700 M LTE無線雙向網提供的高速數據傳輸通道，通過井下工作人員攜帶傳感器、礦用終端，使井下的工作人員成為一個個移動的探測節點，填補現有監控設備的盲點，提升井下安全度[8]。

通風機遠程無線監控。煤礦通風機監控系統普遍存在機房位置偏僻且有線網絡不易覆蓋的問題，使部分通風機監控系統淪為信息孤島[9]。全礦區一體化應急指揮通信專網的700 M LTE無線網絡信號具有穿透力強、覆蓋廣的特點，通過為通風機監控系統通信傳輸接口安裝數據傳輸單元（Data Transfer Unit，DTU），即可將工業上常用的RS485/232接口和以太網接口數據通過700 M LTE無線網傳輸到數據中心進行監控處理，節省了鋪設有線網絡的費用，解決了信息孤島的難題。

4 結語

基于廣電有線無線融合網構建的全礦區井上井下可視化應急指揮通信專網，不僅解決了當前煤礦應急指揮通信中的問題，也為煤礦安全生產通信提供了新的思路，實現了日常通信與應急通信融合，對煤礦應急指揮通信及全國應急指揮一張網的建設具有重要的現實意義。

[參考文獻]

[1]邵尉.建設煤礦五網融合通信廣播系統的必要性分析[J].技術與市場，2017（9）：191.

[2]王宇雯.700M LTE無線接入技術在下一代廣播電視網絡中的應用探討[J].中國信息化，2017（7）：72-74.

[3]喻超，石丹，程小雨.廣電有線無線融合網在村寨消防中的應用探討[J].有線電視技術，2017（5）：48-50.

[4]王飛，高見，周志強，等.廣電有線網絡發展現狀與分析[J].中國有線電視，2015（4）：460-468.

[5]郗望.淺析廣電有線無線一體化融合網[J].中國有線電視，2017（2）：170-173.

[6]AKYILDIZ I，WANG X，WANG W.Wireless mesh networks：a survey[J].Computer Networks，2005（1）：445-487.

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

[8]張曉莉，郭慶.基于TD-LTE技術的礦井寬帶移動通信系統[J].煤礦安全，2015（2）：112-114.

[9]申瑞杰，吳新忠，牛洪海，等.煤礦主要通風機遠程無線監控系統設計[J].工礦自動化，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