CN102427450A - 矿用应急通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用通信系统，特别是涉及一种煤矿应急通信保障系统。包括通过以太网交互连接的综合指挥救援呼叫中心服务器，IP电话交换机，语音网关，所述语音网关同时和调度交换机连接，语音网关采用矿用综合IP语音接入网关，所述语音接入网关采用32位嵌入式微处理器，处理器的协议转换位址连接系统接口模块，微处理器的串口连接现场总线协议转换模块，现场总线协议转换模块连接井下调度扩音电话，微处理器的MAC位址连接网络模块，通过网络模块连接以太网交换机，微处理器设有相应的数据接口连接光纤传输模块，通过所述光纤传输模块接入井下工业光纤环网，井下扩播电话通过转换器接入井下工业光纤环网。本发明矿用通信系统解决了矿区宽带网络井下通讯的速度瓶颈难题，为矿井监测监控系统的网络化、信息化铺平了道路。

Description

矿用应急通信系统

技术领域

本发明涉及一种矿用通信系统，特别是涉及一种矿用应急通信保障系统。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，约占一次能源的70%，我国煤矿约95%是井工矿，开采条件复杂，而且随着采掘深度增加，煤矿瓦斯、水患、冲击地压等灾害越来越严重，很容易引起重大事故。近年来河北唐山刘官屯煤矿“12.7”特别重大瓦斯爆炸事故，造成死亡108人；山西临汾瑞之源煤矿“12.5”特别重大瓦斯爆炸事故，造成死亡105人；山西焦煤集团屯兰矿“2.22”特别重大瓦斯爆炸事故，造成死亡78人；河南平顶山市新华四矿“9.8”特别重大瓦斯爆炸事故，造成死亡79人；其他大大小小的事故，更是不计其数。血淋淋的事实，血的教训，发人深省。这些事故不仅给国家、集体或个人造成重大的经济财产损失，而且使多少原本幸福的家庭家破人亡。

2007年7月29日河南省陕县支建煤矿发生透水事故，共有69人被困。被困人员通过电话及时将被困人数、位置和状况向地面汇报，为救援提供了准确信息，缩短了救援时间。同时通过该电话安抚被困人员，增强了被困人员生还信心。最终被困69人成功获救。通过此次事件突出反映了煤矿通信在应急救援中的重要作用。2010年5月19日国家安全生产监督管理总局召开的“全国煤矿坚决遏制重特大事故推广井下救生舱等避险设施现场会”明确提出要求煤矿推广完善“六大系统”，《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》（国发〔2010〕23号）等国家政策也明确建设和完善煤矿井下安全避险“六大系统”。2011年国家安全生产监督管理总局将开始组织达标检查，而“六大系统”中的通信联络系统潜在的改造需求非常大。

国外在加强和改进煤矿安全生产降低百万吨死亡率等方面进行了长期的科学研究和实践探索。先进的生产技术和安全管理与救援支持系统的有机结合，保障了煤矿生产的低事故和低死亡率。上世纪九十年代后期，世界工业发达国家，如美国、加拿大、澳大利亚等先后建成了矿山井下无线安全预警与救援信息系统，主要采用可实现穿透岩层、煤层进行透地通信的井下无线安全预警与救援信息系统。该系统由主控制计算机及控制应用管理软件、信号调制器、超低频功率放大器、井下环形天线以及无线信息接收机等单元设备共同组成。具有设备结构简单（井下设备只有环形天线）、系统日常使用中基本无需维护；整套系统工作状态能够长期保持于正常可靠待机工作状态的突出特点。井下无线急救通信系统的投入使用，有效地建立了一条紧急信息由地面指挥中心快速发送给井下作业矿工的应急通信手段。

但由于国外急救通信系统的技术垄断，造成国外产品的价格不菲，国内煤炭企业难以承受；同时国外产品系统的后期技术支持和售后服务不方便，难以在我国煤矿中大量推广使用。近年来，我国也逐渐重视应急通信系统的建立。国内已先后有多家科研单位和企业开发了煤矿通信联络系统，如天津华宁KTK101-1型和KTK101-2型组合扩音电话适用于煤矿井下有煤尘及爆炸性气体的环境下，它是KTC101通讯控制系统的组成部分。天津贝克KTK1型系列扩音电话是PROMOS系统中的一系列产品，它有各种方式的组合，主要由语音通讯、急停开关和智能I/O部件三部分组成，可以用于语音通讯，又可以对设备（如电机）进行停机和闭锁，保证人身和设备安全。还可以对外部设备进行控制，数据采集及现场管理。任何一台电话都可以收话，按下扬声器的讲话按钮，可以送话。任何一台扬声器上，都有警报发生按钮，按下后可以在其他扬声器发出预警声响信号。常州联力KTT3型多功能扩播电话机为矿用本安型扩播通信、信号联络和声光报警装置，适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，也适合于煤炭、冶金、化工、建材、交通、电力、粮食等行业地面恶劣环境中使用。

目前国内各单位开发的通信联络系统，其现状主要是：（1）多种通信方式并存：目前煤矿使用了多种方式的通信系统，从有线到无线，从模拟到数字，从总线到以太网，从十几年前的技术到目前较新的技术，在煤矿都能找到正在运行的系统。（2）多个通信系统：目前煤矿根据不同的应用使用了多个通信系统，有语音通话的电话系统，有广播系统，也有可进行半双工通话的皮带机扩音系统。（3）系统之间基本无联络和互动：煤矿已经建设的通信系统由于建设时间不一，使用的技术方式不同，加之建设时实际存在的种种原因，存在着每个通信系统自成一派，成为系统“孤岛”，系统之间没有相互联络和互动。并且几种通信系统在一个矿中可能同时存在，但是每个系统又是相互独立的，关键时刻不能互通和联络，缺乏统一调度指挥，不满足安监局“煤矿应急通信保障系统”的要求。

发明内容    

本发明针对现有技术不足，提出一种矿用应急通信保障系统，通过采用综合智能接入网关、中继网关、转换器等通信网关设备整合扩播电话、小灵通、调度电话等既有资源，建设成覆盖全矿区、统一调度、实现双向语音及数据通信的应急通信系统。解决了矿区宽带网络井下通讯的速度瓶颈难题，为矿井监测监控系统的网络化、信息化铺平了道路。

本发明所采用的技术方案：

一种矿用应急通信系统，包括综合指挥救援呼叫中心服务器，IP电话交换机，语音网关，调度交换机，井下调度扩音电话，井下扩播电话，所述综合指挥救援呼叫中心服务器、IP电话交换机、语音网关通过工业以太网交换机交互连接，所述语音网关同时和调度交换机连接，调度交换机连接井下IP电话交换机，所述语音网关采用矿用综合IP语音接入网关，所述矿用综合IP语音接入网关采用32位嵌入式微处理器，所述微处理器的协议转换位址连接系统接口模块，矿用综合IP语音接入网关通过该接口模块连接调度交换机，微处理器的串口连接现场总线协议转换模块（RS485或者CAN总线），矿用综合IP语音接入网关通过所述现场总线协议转换模块连接井下调度扩音电话，微处理器的MAC位址连接网络模块，通过网络模块连接以太网交换机，所述微处理器设有相应的数据接口连接光纤传输模块，通过所述光纤传输模块接入井下工业光纤环网，井下扩播电话通过转换器接入井下工业光纤环网，和以太网交换机连接。

矿用综合IP语音接入网关微处理器采用工业级ARM微控制器，网络模块、无线接入模块、监控系统系统接口、现场总线协议转换模块和人机接口、报警几个主要部分组成，使用WindRiver公司的嵌入式实时操作系统VxWORKS，兼容TCP/IP协议IPV4，具有远程web浏览管理和在线系统升级的功能。系统扩展各种现场总线接口，完成需要的协议转换功能，确保互联互通，提高系统的兼容性。

所述的矿用应急通信系统，井下扩播电话包括用户接口电路和媒体流IP化处理数字电路，媒体流IP化处理数字电路接收从模拟总线连接器传来的数据，经CPU处理后输出到A/D转换模块和编码解码器MC14LC5480，最后经过功率放大器到扩音喇叭实现扩音广播；所述媒体流IP化处理数字电路转换端口的数字语音信号通过EP2C8Q208C8型的FPGA芯片微处理器，拆包并提取语音数据送入VS1003B对其进行解压与解码再由MC14LC5480芯片进行D/A转换还原成语音模拟信号输出；井下人的模拟语音信号通过MC14LC5480芯片进行A/D转换，得到PCM信号再由VS1003B进行压缩编码，压缩后数据输出给EP2C8Q208C8型的FPGA芯片。EP2C8Q208C8型的FPGA芯片微处理器除了提供系统所需的所有时序外，还对编码后的数据进行处理和打包传输给IP扩播电话的转换端口。IP语音网关将从调度台由工业以太网传来的网络信号进行数据格式转换成适合RS485传输的数据，发送到各个扩播电话机，以便在井下扩播。

所述的矿用应急通信系统，含有小灵通无线通讯系统，小灵通交换机通过语音网关连接以太网交换机，在井上和井下设有无线基站，所述小灵通通过所述无线基站实现无线通讯，井下小灵通采用本质安全性小灵通。

所述的矿用应急通信系统，井下通讯设备包括WiFi手机或PDA，所述WiFi手机或PDA通过井下WiFi通讯基站接入工业光纤环网，WiFi手机或PDA通过所述WiFi通讯基站交互通讯。小灵通作为应急广播通信的信息发布手段之一，与其他既有及新建通信系统协同工作，最大限度地满足井下通信和广播需要。

本发明的有益积极效果：

1、本发明本系统将矿上常用的通信系统进行了整合，使之能够通过一个应急指挥中心进行管理，扩播电话可以用于皮带巷、大巷的应急广播；隔爆音箱可以在停车场等地方使用；移动终端可以随身携带。通过物联网络在矿井的应用，融合宽带无线技术和传感器技术，构建有线/无线混合结构的全覆盖物联网系统，克服现有的煤矿井下信息传输存在监控盲区和不能实现全矿井的无缝全覆盖监控等问题。

2、本发明应急通信保障系统，结合煤矿有线、无线通信方式，实现矿井通信全覆盖，发生灾难紧急情况具有一键通功能，一分钟内快速通知井下所有矿工安全撤离，能有效防止安全事故的发生和事故的扩大。当井下某处发现塌方、瓦斯、透水等事故前兆时，通过先进的通讯系统，可及时通知其它作业地点的工作人员迅速撤离危险区域，避免人身伤亡事故发生。特别是井下作业的矿山发生大面积的塌方、冒顶、透水事故后，先进、健全的通讯系统，可以有效地组织指挥所有井下人员按指定路线安全撤离，减少人员伤亡，降低事故损失。事故发生后，时间就是生命，救护人员早一分钟赶到现场，遇险者就多一分生存的希望。本系统能有效、及时地指挥组织救援工作，提高救援效率。系统与人员定位系统互联，通过人员定位卡上的紧急按钮实现紧急呼叫，并能够通过自身的紧急呼叫/广播功能触发人员定位卡上的物理报警装置。

3、本发明矿用应急救援通信系统，具有覆盖范围广、操作简单、部署灵活；整合现有资源、节省投资；扩展性强、具备联动扩展能力等优点，该系统的广泛应用，将进一步解决目前各煤矿没有覆盖全矿区的“一键呼”紧急广播通信手段，各系统彼此相对独立，不具备协同工作能力，联动性差等问题，为煤炭安全生产管理水平的进一步提高提供有力的技术保障，提高了煤矿应急救援水品，在煤矿井下具有广泛的推广应用前景。本项目大部分指标优于国内其它煤矿通信系统，总体技术水平达到国际先进。其中，自主研发的有线/无线全覆盖混合全覆盖物联网系统，填补国内空白，达到国际领先水平，提高了产品的综合性能和整体竞争力，可替代相关进口产品。

4、本发明将煤矿常用的通信联络系统进行了整合，结合自有的全数字煤矿扩播电话，充分利用了现有的系统，节省了费用，使之能够通过一个统一的应急救援软件平台进行管理，便于实现广播的全网覆盖。适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，也适合于煤炭、冶金、化工、建材、交通、电力、粮食等行业地面恶劣环境中使用。本系统中的综合接入网关在井下的接入方式是灵活多样的，对井下通讯网络也具有非常强的适应性，它既可以和原有的各类监测系统通讯网络直接相连，也能够直接和井下多媒体综合业务数字网相连，具有非常大的弹性。价格便宜，维护方便，具有很强的市场竞争力。可以预见，本项目产品产业化后，市场份额有望达到30%以上。

附图说明

图1：本发明矿用应急通信系统拓扑图；

图2：本发明矿用应急通信系统综合IP语音接入网关电路原理图；

图3：本发明矿用应急通信系统扩播电话机原理图；

图4：本发明矿用应急通信系统语音网关接口图。

具体实施方式

实施例一：参见图1、图2。本发明矿用应急通信系统，包括综合指挥救援呼叫中心服务器，IP电话交换机（IPPBX），语音网关，调度交换机，井下调度扩音电话，井下扩播电话，所述综合指挥救援呼叫中心服务器、IP电话交换机、语音网关通过工业以太网交换机交互连接，所述语音网关同时和调度交换机连接，调度交换机连接井下IP电话交换机，所述语音网关采用矿用综合IP语音接入网关，所述矿用综合IP语音接入网关采用32位嵌入式微处理器，所述微处理器的协议转换位址连接系统接口模块，矿用综合IP语音接入网关通过该接口模块连接调度交换机，微处理器的串口连接现场总线协议转换模块（RS485或者CAN总线），矿用综合IP语音接入网关通过所述现场总线协议转换模块连接井下调度扩音电话，微处理器的MAC位址连接网络模块，通过网络模块连接以太网交换机，所述微处理器设有相应的数据接口连接光纤传输模块，通过所述光纤传输模块接入井下工业光纤环网，井下扩播电话通过转换器接入井下工业光纤环网，和以太网交换机连接。

矿用综合IP语音接入网关结构如图2所示，微处理器采用工业级ARM微控制器，网络模块、无线接入模块、监控系统系统接口、现场总线协议转换模块和人机接口、报警几个主要部分组成，使用WindRiver公司的嵌入式实时操作系统VxWORKS，兼容TCP/IP协议IPV4，具有远程web浏览管理和在线系统升级的功能。系统扩展各种现场总线接口，完成需要的协议转换功能，确保互联互通，提高系统的兼容性。采用先进数字语音通信技术，基于IP通信，支持静态、动态IP地址及IP地址智能学习功能；而且支持SIP协议或是H323协议，语音编码支持G.711，G723.1，G.729A，语音清晰、QoS语音保证，适应各种网络环境。

IP电话语音网关用于矿井扩播对讲系统中主要目的是在保留矿井老式模拟话机投资的基础上将语音传输IP化，从而改善井下布线的安全性，提高传输距离，方便调度控制，并为井下通信系统的进一步升级改造打好基础。系统扩展各种现场总线接口，系统接口（KJ66、KJ75、KJ80、KJ92、KJ95）。

实施例二：参见图1、图2、图3、图4，本实施例的矿用应急通信系统，与实施例一不同的是，进一步说明了采用的一种井下扩播电话结构。

参见图3，所述井下扩播电话包括用户接口电路和媒体流IP化处理数字电路，媒体流IP化处理数字电路接收从模拟总线连接器传来的数据，经CPU处理后输出到A/D转换模块和编码解码器MC14LC5480，最后经过功率放大器到扩音喇叭实现扩音广播；所述媒体流IP化处理数字电路转换端口的数字语音信号通过EP2C8Q208C8型的FPGA芯片微处理器，拆包并提取语音数据送入VS1003B对其进行解压与解码再由MC14LC5480芯片进行D/A转换还原成语音模拟信号输出；井下人的模拟语音信号通过MC14LC5480芯片进行A/D转换，得到PCM信号再由VS1003B进行压缩编码，压缩后数据输出给EP2C8Q208C8型的FPGA芯片。EP2C8Q208C8型的FPGA芯片微处理器除了提供系统所需的所有时序外，还对编码后的数据进行处理和打包传输给IP扩播电话的转换端口。IP语音网关将从调度台由工业以太网传来的网络信号进行数据格式转换成适合RS485传输的数据，发送到各个扩播电话机，以便在井下扩播。其接口如图4所示。

煤矿扩播电话用于生产局部区域的通信，如皮带沿线，每100米左右放置一套扩播电话机，可以实现广播式全双工通话。如果出现事故异常，可以通过扩播电话机给出声光报警提示信号；也可以实现开车前声光预警提示。本系统将传统的扩播电话及程控电话以数字电路和数字网络理念重新设计，实现语音电话机数字化、信号传输数字化、基于现代工业以太环网集中控制的全数字语音电话系统。通过以太网或其他使用IP技术的网络来实现语音通信。  

本发明中的IP扩播电话终端既可以与普通电话交换机连接，也可以与调度指令电话交换机连接；可以更方便的实现背景音乐播放、触点信号遥控和急停按钮的功能。基于IP的煤矿扩播通信是纯数字扩播系统，音质好，抗干扰性强。除了支持以太网通信，还集成调度电话功能，可直接接入矿用调度电话系统。主机界面直观友好，操作简便。

实施例三：参见图1、图2、图3、图4，本实施例的矿用应急通信系统，与实施例一或实施例二不同的是，含有小灵通无线通讯系统，小灵通交换机通过语音网关连接以太网交换机，在井上和井下设有无线基站，所述小灵通通过所述无线基站实现无线通讯，井下小灵通采用本质安全性小灵通。

实施例四：参见图1、图2、图3、图4，本实施例的矿用应急通信系统，与实施例一、实施例二或实施例三不同的是，井下通讯设备包括WiFi手机或PDA，所述WiFi手机或PDA通过井下WiFi通讯基站接入工业光纤环网，WiFi手机或PDA通过所述WiFi通讯基站交互通讯。

矿区使用的WiFi手机和本安型小灵通能够实现井上井下之间的双向通信，但是由于设备数量有限，不可能做到人手一部，所以遇到紧急情况很难通知到所有的人，而且WiFi手机和小灵通也都存在的电池和覆盖范围有限的问题，制约其广泛的使用。本发明通过中继网关、专用转换器等通信网关设备整合扩播电话、小灵通、调度电话、等既有资源，建设成覆盖全矿区（井上井下）、统一调度、实现双向语音及数据通信的应急通信系统。在本方案中，小灵通作为应急广播通信的信息发布手段之一，与其他既有及新建通信系统协同工作，最大限度地满足井下通信和广播需要。解决了矿区宽带网络井下通讯的速度瓶颈难题，为矿井监测监控系统的网络化、信息化铺平了道路。

Claims (4)

1.一种矿用应急通信系统，包括综合指挥救援呼叫中心服务器，IP电话交换机，语音网关，调度交换机，井下调度扩音电话，井下扩播电话，所述综合指挥救援呼叫中心服务器、IP电话交换机、语音网关通过工业以太网交换机交互连接，所述语音网关同时和调度交换机连接，调度交换机连接井下IP电话交换机，其特征是：所述语音网关采用矿用综合IP语音接入网关，所述矿用综合IP语音接入网关采用32位嵌入式微处理器，所述微处理器的协议转换位址连接系统接口模块，矿用综合IP语音接入网关通过该接口模块连接调度交换机，微处理器的串口连接现场总线协议转换模块，矿用综合IP语音接入网关通过所述现场总线协议转换模块连接井下调度扩音电话，微处理器的MAC位址连接网络模块，通过网络模块连接以太网交换机，所述微处理器设有相应的数据接口连接光纤传输模块，通过所述光纤传输模块接入井下工业光纤环网，井下扩播电话通过转换器接入井下工业光纤环网，和以太网交换机连接。

2.根据权利要求1所述的矿用应急通信系统，其特征是：井下扩播电话包括用户接口电路和媒体流IP化处理数字电路，媒体流IP化处理数字电路接收从模拟总线连接器传来的数据，经CPU处理后输出到A/D转换模块和编码解码器MC14LC5480，最后经过功率放大器到扩音喇叭实现扩音广播；所述媒体流IP化处理数字电路转换端口的数字语音信号通过EP2C8Q208C8型的FPGA芯片微处理器，拆包并提取语音数据送入VS1003B对其进行解压与解码再由MC14LC5480芯片进行D/A转换还原成语音模拟信号输出；井下人的模拟语音信号通过MC14LC5480芯片进行A/D转换，得到PCM信号再由VS1003B进行压缩编码，压缩后数据输出给EP2C8Q208C8型的FPGA芯片。

3.根据权利要求1或2所述的矿用应急通信系统，其特征是：含有小灵通无线通讯系统，小灵通交换机通过语音网关连接以太网交换机，在井上和井下设有无线基站，所述小灵通通过所述无线基站实现无线通讯，井下小灵通采用本质安全性小灵通。

4.根据权利要求1或2所述的矿用应急通信系统，其特征是：井下通讯设备包括WiFi手机或PDA，所述WiFi手机或PDA通过井下WiFi通讯基站接入工业光纤环网，WiFi手机或PDA通过所述WiFi通讯基站交互通讯。

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