廣電融合網(wǎng)在全礦區(qū)可視化應(yīng)急指揮通信中的應(yīng)用探討

胡欣

摘 要：文章針對煤礦應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)存在的井下通信系統(tǒng)難以及時恢復(fù)、井下井上無法統(tǒng)一通信、現(xiàn)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(wǎng)構(gòu)建全礦區(qū)可視化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)的解決方案，并從網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)、應(yīng)急指揮應(yīng)用方面做了敘述，總結(jié)了應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：廣電融合網(wǎng)；應(yīng)急指揮；可視化；通信；700 M LTE

現(xiàn)有的煤礦通信系統(tǒng)一般包括程控調(diào)度通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、應(yīng)急廣播通信系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)，利用不同的通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的功能，如通過井下自建基站實(shí)現(xiàn)井下與井上語音通信、通過無線對講實(shí)現(xiàn)井下通信及廣播、通過RFID實(shí)現(xiàn)人員定位[1]。這些通信系統(tǒng)雖在煤礦生產(chǎn)和應(yīng)急救援過程中發(fā)揮著重要作用，但由于煤礦企業(yè)缺少專用無線頻段且各通信系統(tǒng)建設(shè)于不同時期，導(dǎo)致無線數(shù)據(jù)傳輸帶寬不足，無法傳輸圖像視頻信號，難以確定現(xiàn)場情況；井下井上缺少統(tǒng)一覆蓋的無線信號，無法統(tǒng)一通信，形成信息孤島；當(dāng)事故發(fā)生后，井下通信無法及時恢復(fù)，影響救災(zāi)搶險指揮決策。這些問題的存在，嚴(yán)重影響了煤礦應(yīng)急指揮救援的效果，在事故發(fā)生時如何迅速地建立一個穩(wěn)定可靠的全礦區(qū)井上井下可視化應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)，成為煤礦應(yīng)急指揮研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

在三網(wǎng)融合的深入推動下，廣電已具備了有線無線融合網(wǎng)建設(shè)的能力，并在部分領(lǐng)域開展了一些應(yīng)用?；趶V電有線無線融合網(wǎng)建設(shè)一張滿足全礦區(qū)有線無線一體化的應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)全礦區(qū)井上井下全覆蓋的可視化通信，滿足煤礦應(yīng)急通信的需求，對于煤礦應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)的建設(shè)意義重大。

1 基于廣電融合網(wǎng)的全礦區(qū)一體化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)

1.1 廣電有線無線融合網(wǎng)

隨著新技術(shù)快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)環(huán)境不斷變化，以雙向、互動、高清為標(biāo)志的廣播電視網(wǎng)，正在向?qū)拵А⒍嗥?、智慧化升級，我國廣播電視網(wǎng)絡(luò)發(fā)展已進(jìn)入一個全新階段，未來的下一代廣播電視網(wǎng)絡(luò)（Next Generation Broadcasting Network-Wireless，NGB-W）將發(fā)展為電視有線、無線、衛(wèi)星多通道無縫連接的融合覆蓋網(wǎng)絡(luò)，為個人、家庭、政府、企業(yè)等客戶提供內(nèi)容可控、傳輸可靠、終端可管的寬帶無線接入業(yè)務(wù)，將傳統(tǒng)廣播電視向移動交互新媒體方向進(jìn)行延伸，使得廣電網(wǎng)絡(luò)成為兼具宣傳文化和信息服務(wù)特色的新型網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而推動廣播電視行業(yè)服務(wù)的轉(zhuǎn)型升級[2-3]。

廣電有線無線融合網(wǎng)的設(shè)計是在構(gòu)建無線雙向網(wǎng)基礎(chǔ)上，將有線電視網(wǎng)、廣電自適應(yīng)無線網(wǎng)、無線雙向網(wǎng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)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(wǎng)[3]。

廣電有線網(wǎng)絡(luò)以光纖接入的方式提供有線電視、數(shù)據(jù)傳輸和互聯(lián)網(wǎng)寬帶服務(wù)，其不僅是廣播電視技術(shù)專網(wǎng)，還是國家和地區(qū)的重要信息基礎(chǔ)設(shè)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(wǎng)（NGB）、無線數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)、基于700 M無線頻率LTE無線雙向網(wǎng)、自適應(yīng)無線網(wǎng)融合傳輸?shù)幕A(chǔ)[4]。

廣電無線雙向網(wǎng)有效利用低頻段的700 MHz與成熟的LTE技術(shù)，具有信號覆蓋廣、穿透力強(qiáng)、組網(wǎng)成本低、技術(shù)先進(jìn)的優(yōu)勢。廣電無線雙向技術(shù)的下行鏈路擬采用頻譜效率很高的正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)作為主要調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速率傳送。上行鏈路選取SC-FDMA方式，以降低發(fā)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(fù)用技術(shù)，能提供高速率的無線數(shù)據(jù)傳輸，擴(kuò)大各類業(yè)務(wù)的應(yīng)用范圍[5]。

1.2 全礦區(qū)一體化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)

基于廣電融合網(wǎng)建設(shè)的全礦區(qū)一體化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)具有安全可靠、可管可控、寬帶移動等特點(diǎn)，其以廣電有線網(wǎng)絡(luò)作為傳輸基礎(chǔ)，建立礦務(wù)局與礦區(qū)、礦區(qū)與礦區(qū)的連接，為井下生產(chǎn)、井上辦公和家庭生活提供基礎(chǔ)通信傳輸服務(wù)；無線通信以廣電700 M LTE無線雙向網(wǎng)為主，為礦區(qū)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(dá)150 Mbps，上行最高可達(dá)75 Mbps，覆蓋半徑最大可達(dá)約5 kM；借助Mesh自適應(yīng)無線網(wǎng)，可以在臨時或緊急情況下快速部署、恢復(fù)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，滿足各類業(yè)務(wù)的通信需求。

礦區(qū)一體化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

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

地面采用LTE標(biāo)準(zhǔn)基站，架設(shè)室外天線覆蓋地面工作區(qū)域和生活區(qū)域；井下采用礦用無線基站，覆蓋井下作業(yè)區(qū)域。各通信基站通過IP環(huán)網(wǎng)與核心網(wǎng)互聯(lián)，提供可視化指揮調(diào)度、定位跟蹤、語音通信、環(huán)境監(jiān)測等服務(wù)。同時，核心網(wǎng)通過統(tǒng)一通信平臺與程控交換系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)與原有的有線調(diào)度電話互通。其中，井下所有通信設(shè)備均采用礦用本安型通信設(shè)備，保證安全。

2 全礦區(qū)一體化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)在應(yīng)急指揮通信中的應(yīng)用

借助全礦區(qū)一體化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)，可以解決當(dāng)前煤礦應(yīng)急指揮通信中井下通信系統(tǒng)難以及時恢復(fù)、井下井上無法統(tǒng)一通信、現(xiàn)場圖像視頻無法回傳的問題，為煤礦出現(xiàn)事故時有效進(jìn)行應(yīng)急救援提供支撐。

2.1 井上井下統(tǒng)一通信

全礦區(qū)一體化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)中的700 M LTE無線雙向網(wǎng)，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(shí)現(xiàn)井上井下統(tǒng)一通信。

通信終端采用專業(yè)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(huán)境中，也不會產(chǎn)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(yīng)急終端，使應(yīng)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(jiān)聽、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、遙暈遙斃等集群語音功能，支持GPS/北斗衛(wèi)星定位，也支持圖像采集回傳、視頻對講等寬帶業(yè)務(wù)功能，還可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要定制移動APP，為應(yīng)急指揮、救援人員與待救人員提供更全面、更強(qiáng)大的通信服務(wù)。

2.2 應(yīng)急通信快速恢復(fù)

Mesh自適應(yīng)無線網(wǎng)與傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)和蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)一樣，是一種網(wǎng)絡(luò)組織形式，但是與有著集中控制中心的網(wǎng)絡(luò)又有所不同[6]。Mesh自適應(yīng)無線網(wǎng)最大的優(yōu)勢就在于它天生的網(wǎng)絡(luò)容錯能力，它易于架設(shè)，方便維護(hù)，有著很高的帶寬。在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，基站出現(xiàn)問題將會導(dǎo)致其覆蓋區(qū)域內(nèi)所有通信的中斷，而Mesh自適應(yīng)無線網(wǎng)與此不同，可以提供極高的網(wǎng)絡(luò)容錯性，即使多個節(jié)點(diǎn)不可用，網(wǎng)絡(luò)仍然可以正常通信[7]。

在出現(xiàn)緊急情況時，借助Mesh自適應(yīng)無線網(wǎng)和礦用終端，能夠以簡便、快捷的操作方法快速部署通信網(wǎng)絡(luò)，恢復(fù)井上井下統(tǒng)一通信，進(jìn)行集群語音通信和應(yīng)急廣播，通過終端自帶的攝像頭配合礦區(qū)地圖可以實(shí)現(xiàn)可視化指揮調(diào)度，使井上井下能夠統(tǒng)一指揮，發(fā)揮最大資源性能，提高救援效果。

2.3 可視化指揮調(diào)度

基于全礦區(qū)一體化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)設(shè)計的應(yīng)急指揮調(diào)度通信系統(tǒng)，支持“語音、定位、視頻”的可視化指揮調(diào)度，融合了無線集群語音通信、應(yīng)急廣播、人員與車輛定位跟蹤、集成視頻監(jiān)控和可視對講等功能，滿足煤礦行業(yè)“聽得見、看得清、呼得通”的應(yīng)急通信指揮需求。

利用700 M LTE無線網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)礦區(qū)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(shí)現(xiàn)，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(wǎng)回傳至調(diào)度中心。井下定位通過信標(biāo)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，給工作人員或重要物資配備定位標(biāo)簽，定位標(biāo)簽通過信標(biāo)確認(rèn)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(diào)度中心?？梢暬{(diào)度將定位信息展現(xiàn)在地面GIS地圖和井下地圖建模上，并可以根據(jù)需要記錄和查詢軌跡。利用700 M LTE無線雙向網(wǎng)提供的高速數(shù)據(jù)傳輸通道，在應(yīng)急救援中不僅能實(shí)現(xiàn)語音通信，還可以通過終端的攝像頭，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場圖像回傳、現(xiàn)場視頻通信，讓指揮調(diào)度決策者與救援人員充分掌握現(xiàn)場情況，實(shí)施高效救援。

3 全礦區(qū)一體化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)在其他方面的應(yīng)用

除應(yīng)急指揮通信外，全礦區(qū)一體化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)在煤礦安全生產(chǎn)的諸多方面也發(fā)揮著重要作用。

設(shè)備遠(yuǎn)程檢修維修。700 M LTE無線雙向網(wǎng)支持高清視頻通信，可以在井下設(shè)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(xì)節(jié)的高清圖片，保障安全生產(chǎn)[8]。

環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測。700 M LTE無線雙向網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)有線無法到達(dá)區(qū)域井下有害氣體、環(huán)境安全數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等監(jiān)控傳感器的無線數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，為智慧煤礦物聯(lián)網(wǎng)豐富了感知層數(shù)據(jù)點(diǎn)。擴(kuò)展了監(jiān)控的范圍，提升了安全預(yù)警能力[8]。

移動視頻監(jiān)控。利用700 M LTE無線雙向網(wǎng)提供的高速數(shù)據(jù)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(jié)點(diǎn)，填補(bǔ)現(xiàn)有監(jiān)控設(shè)備的盲點(diǎn)，提升井下安全度[8]。

通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控。煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)普遍存在機(jī)房位置偏僻且有線網(wǎng)絡(luò)不易覆蓋的問題，使部分通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)淪為信息孤島[9]。全礦區(qū)一體化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)的700 M LTE無線網(wǎng)絡(luò)信號具有穿透力強(qiáng)、覆蓋廣的特點(diǎn)，通過為通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信傳輸接口安裝數(shù)據(jù)傳輸單元（Data Transfer Unit，DTU），即可將工業(yè)上常用的RS485/232接口和以太網(wǎng)接口數(shù)據(jù)通過700 M LTE無線網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心進(jìn)行監(jiān)控處理，節(jié)省了鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用，解決了信息孤島的難題。

4 結(jié)語

基于廣電有線無線融合網(wǎng)構(gòu)建的全礦區(qū)井上井下可視化應(yīng)急指揮通信專網(wǎng)，不僅解決了當(dāng)前煤礦應(yīng)急指揮通信中的問題，也為煤礦安全生產(chǎn)通信提供了新的思路，實(shí)現(xiàn)了日常通信與應(yīng)急通信融合，對煤礦應(yīng)急指揮通信及全國應(yīng)急指揮一張網(wǎng)的建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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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