多网一体化调度在矿井中的研究与应用

摘要：煤矿各通信联络系统现状复杂，从有线到无线，从模拟到数字等多种通信方式并存，并且根据不同的应用使用了多种通信系统，有语音通信的电话系统，有广播系统，也有半双工通信的局部扩音系统等。由于各系统建设时间不一，使用的技术方式不同，加上实际存在的种种原因，每个系统自成一派，成为系统“孤岛”，各系统不能实现互联互通和系统联动，而是各个系统相互独立，作用没有得到充分发挥，无法从企业的角度实现信息共享和统一调度指挥。

关键词：井下有线无线一体化调度；分级协同调度；应用

一、研究背景

煤矿通信联络系统现状复杂，从有线到无线，从模拟到数字等多种通信方式并存，并且煤矿根据不同的应用使用了多种通信系统，有语音通信的电话系统，有广播系统，也有半双工通信的局部扩音系统等。由于各系统建设时间不一，使用的技术方式不同，加上实际存在的种种原因，每个系统自成一派，成为系统“孤岛”，各系统不能实现互联互通和系统联动。

研究矿用多系统融合技术，整合现有系统，可有效融合矿用调度通讯系统、无线通讯系统、IP广播系统等，实现系统的互联互通和联动报警。项目完成以后，形成多系统联动系统，可满足此次国家安全监控系统升级改造的要求，系统整体达到国内领先水平。尤其是梁家煤矿目前正在创建国家一级安全生产标准化煤矿，系统改良升级之后，对于调度指挥系统的软硬件建设，提升系统的智能化水平，满足一级安全生产标准化煤矿创建要求同样具有积极意义。

二、技术方案论证

1.实现有线通信系统、无线通信系统、广播系统的互联互通；语音、视频、短信、数据一体化通信与调度；

2.提供Web Service接口实现与各通信系统的联动，接口响应时间<1S，支持并发访问数不小于5；

3.提供通信业务管理平台，采用高并发数、高RPS的Spiring MVC框架使得配置快捷方便，支持多用户同时在线；

4.系统用户容量不小于5000；呼叫建立时间小于5秒，呼损小于万分之四；

5.分级协同调度，支持3级以上；

三、方案设计

1.系统总体方案设计

矿用融合调度通信系统平台采用VoIP和软交换技术设计。软交换技术作为下一代网络（NGN）关键技术，可以实现语音通信和多媒体数据传输网络的融合，在运营商电信网中得到广泛部署，也因其更经济更方便的业务接口和用户接入方式，在煤矿井下应急通信中也得到越来越多的应用。

物理层和数据链路层基于IEEE 802.11标准系列的井下无线网络通信设备，其网络层和传输层仍然基于TCP/IP协议。通过矿用无线基站在数据链路层和物理层将IEEE 803.11数据包和IEEE 802.3数据包互转，矿用无线通信系统遵循标准协议实现的VoIP应用可以和矿用融合调度通信系统平台在IP通信上做到无缝集成。

2.多媒体融合通信平台系统设计

矿用融合调度通信平台作为行业专业软交换平台中呼叫控制和媒体承载是相互分离的。根据对媒体的处理方式不同，平台有信令代理、媒体代理和用户代理3中行为方式，因为参与媒体交换工作的程度不同，上述3中模式对系统硬件数据处理能力的要求也不同：

1.信令代理，平台只参与信令的交换，主被叫双方呼叫建立后，彼此进行语音媒体交互，RTP语音媒体流并不经过软交换平台。该模式对平台的硬件数据处理能力要求最低，交换平台可以控制呼叫建立过程，但不能进行监听、插话、录音等基于媒体的功能。

2.媒体代理，软交换参与信令的交换和控制，RTP语音媒体流也通过交换平台。交换平台可以实现调度业务，但不会对媒体编码格式进行转换。

3.用户代理（B2BUA），在这种模式中，交换平台分别作为UAS和UAC参与到呼叫建立和媒体交互过程。在实际主叫UA和被叫UA媒体能力集没有交集的情况下，如果主被叫分别与交换平台媒体能力集有交集，那么交换平台会进行媒体编码格式进行转换，以使该种呼叫仍然可以接通。可见，该模式下，交换平台可以尽可能将不同能力集的用户互通起来，面对更广泛接入系统和用户提供调度通信服务。

4.综合调度台业务设计

综合调度服务业务内部设计高效数据报文绑定与分发机制，在该机制下实现各种应用业务的数据功能模块，抽象化相关接口，使各功能模块耦合，使具体的功能模块生成和处理的具体类型的数据报文，从而使调度服务业务具较好可扩展性。业务系统状态和数据信息提供同步回调和异步消息机制，使数据报文的交互达到较高的实时性与并发吞吐量。服務端也具有系统配置与权限管理功能，内部部署关系性数据库，提供JDBC数据库访问接口，具有配置信息、呼叫记录、短信/数据记录等数据库存储功能。

综合调度控制台业务软件与综合调度服务业务紧密交互，提供（语音、视频、短信/数据）多媒体信息直观呈现与综合调度，依据配置的各类型终端和具有的调度业务功能，便捷的触摸屏方式 功能按键、指令调度和预案发布功能界面，对于矿方已安装的较常用非标摄像头（如 海康威视等厂家），通过厂家提供的SDK二次开发包，实现音频或数据与视频的联动。

四、 项目先进性、技术创新点

项目研究矿用多系统融合技术，整合现有系统，可有效融合矿用安全监控系统、人员定位系统、IP广播系统，实现系统的互联互通和联动报警。项目完成以后，形成多系统联动，整体达到国际先进水平。

项目的特色与创新之处有：

1.通过标准接口与定制接口，兼容矿企现有各通信子系统，实现各通信子系统间的全面互连互通，提高已有系统通信装备综合利用率，保护并增值矿企已有投资；兼容的最大优势是能够充分利用原有的资源，预防原有资源浪费，也能够简化操作人员的培训流程；

2.通过强大的多媒体调度交换通信能力，支撑井下到井下、

井下到地面以及地面到井下各个方向的无缝通信，提升矿井信息传递速率和沟通效率，进一步提高矿企安全生产效率；

（3）通过具有权限分级的协同通信与综合调度控制平台，调度员在统一调度界面完成多媒体联动信息及时获取，并以多种方式进行协同通信与指挥，实现辅助科学决策并保障调度指令及时可靠传递到人；

3.通过便携式移动多媒体终端，支持到带班领导或管理人员在井下或地面异地远程集中查看井下人员定位、安全监控系统信息，不管地面还是在井下都做到耳聪目明、掌握全局，促进矿企安全生产管理手段与方式进一步现代化。过往，从地面由于紧急状况到联系井下人员十分麻烦，通讯不够通畅，甚至贻误良好时机，给企业的安全生产经营带来不必要的梗阻。多媒体终端的使用，具备“招之则来、呼之则到”的特点。

五、 对社会经济发展和科技进步的意义、推广应用前景

项目开发实施的融合通信与综合调度指挥平台，集通信子系统和终端接入、交换控制、媒体处理、协同通信、调度管理功能为一体，通信业务涵盖语音、视频和数据等多媒体业务类型。系统与矿井有线程控电话交换机、地面行政电话交换机、地面电话、地面手机通过PSTN域接入网关进行信令和媒体对接和中继，与矿井广播通信、矿井无线通信、矿井工业视频系统等系统直接通过IP网络进行信令和媒体对接和中继，与矿用人员定位等系统通过IP网络在系统和业务层面进行数据联动。综合通信服务器实现与各通信子系统间的互连互通，支持通过触摸屏综合调度台进行信息呈现和综合调度。

项目通过对关键性技术难题突破，实现集各矿用通信子系统和终端接入、交换控制、媒体处理、协同通信、调度管理功能为一体，需要支持包括语音、视频和数据等多媒体业务类型，针对煤矿专网，研发矿井融合通信与综合调度指挥平台，为跨跃各子系统间的通信提供高效業务平台与桥梁，面向矿井管理人员、作业人员以及灾害救援人员，提供更便捷的环境数据、语音以及视频等多媒体通信业务与信息联络手段，也为各级集控中心提供更高效的多系统协同通信与综合调度指挥业务，有效提升矿企信息通信与应急处理手段与能力。通过对先进适用技术的示范推广，带动新一轮煤炭企业集团信息化的革新。

项目完成以后，不仅可以提高煤矿企业现有系统的信息利用率，提升煤矿在应急调度指挥、避险逃生与救援等方面的决策水平，而且满足此次国家安全监控系统升级改造的技术要求，对煤矿企业发展产生积极作用，具有巨大的社会效益。梁家煤矿使用多网一体化调度系统之后，操作更加便捷，功能更加完毕，管理与日实效，对于发挥调度指挥中心的综合协调作用具有高效率、高效益、高性能的特点，在整体功能上向“机械化、自动化、信息化、智能化”建设迈进了坚实的一步。

作者简介：

张俊强（1960.10），男，山东沂水人，本科，研究方向：煤矿安全，龙口矿业集团有限公司梁家煤矿安监处长、安全总监，毕业于山东科技大学采矿工程专业，工程师，注册安全工程师。