煤矿融合通信系统优化设计及应用分析

鞠治洪

（山西煤炭运销集团东大能源有限公司，山西晋城 048000）

东大煤矿为了能够适应当下的发展，全面提升各个矿井的生产效率，因此，其通过一系列的创新技术，逐渐构建一种较为新型的、现代化矿井，且该矿井不仅要保证是在国际上较为先进，在国内属于一流，同时，该矿井还需要保证属于环保型，能够做到人和自然的和谐发展，除此之外，该矿井还需要保证在其的开采过程中，安全可靠[1]。因此，基于此，东大煤矿已经建立了不同的系统，如：人员定位系统、调度信息系统、安全监控系统等，为了保证不同系统的正常运行，每一个系统均配备有各自相应的终端控制，并且，这些控制终端均配备有相应的工作人员，保证各个系统之间，不仅能够独立工作，同时还能够相互协调，这对东大煤矿的发展运营，有着一定的促进作用，大大提升其的生产效率。

1 系统设计优化

1.1 技术分析与研究

（1）井上、井下相融合技术的分析以及改进。经过调查发现，当下大部分煤矿中的一些系统，如：有线系统、无线系统以及定位系统等，均属于独立架构，因此，在对其进行操作运行时，需要不同的工作人员进行实施。除此之外，由于矿井中每一个工作的设备都是独立进行工作的，在进行开采工作时，设备的数量、各设备间的线缆以及设备的维护等，均不能够进行缩减，因此，这些设备之间的连接只能通过中继实现，但是，此种连接并不能够实现各个系统之间较为深入的连接，只能实现简单的信息交换。因此，本文研究的本安型融合通信基站，其工作的依据是以太网，在此基础上，该基站在通信方面，不仅能够实现有线通信，同时还能够实现无线通信，在人员定位方面，能够实现精准定位，在胶轮车的定位方面，也是如此。除此之外，该基站还能够与一些系统进行连接，如：数字广播、井下视频等，通过以上一系列的操作，该基站就能够将井上、井下进行连接，真正地实现融合调度。

（2）带状空间中多频无线信号等距离覆盖传输技术。煤矿的开采中，其工作的区域是封闭且狭长的，因此，在工作时，需要对该区域进行一些必要信息的等距离覆盖，如：定位系统、通信系统等，通过此，能够大大减少煤矿工作区中线缆较多等问题。为了进一步解决对矿井中设备以及线缆等的维护保养工作，将会采用一系列的新技术，将设备与设备之间进行融合，如：依据BPSK 的IR-UWB 精准定位技术、依据FDD 的4G 无线通信技术等。

（3）煤矿井中不同系统中数据的封装与解析技术。煤矿井中的多功能融合分站具备不同的功能，如：4G通信功能、精准定位功能、WIFI数据传输功能等，同时，还具备不同协议的接口，如：以太网、I/O、CAN 等。多功能融合分站要想解决不同数据的封装以及解析，就需要依据一种处理模块，且该处理模块工作的依据是以太网IPV4的传输，该传输不仅时间短，同时，还能够实现不同通道的封装、加密以及解析工作。

1.2 技术原理

智能化的综合调度能够实现不同的控制、存储、分离等工作，其具体的功能如图1所示。

图1 综合调度示意图

综合调度能够实现一些控制命令的处理，如负责用户接入的控制、切换控制等；一些数据信息的流通，一般是在基站与核心网关之间实现的；对于下行的数据包，该调度能够对其进行控制，如控制缓存、转发等；需要存储的用户，将存储的信息进行汇总，形成一个数据库，如：用户的标识信息、位置信息等；该调度还能够涉及一些多媒体业务，如会话类、非会话类等；能够将不同的控制层进行分离，如能够将呼叫控制层与业务控制层进行有效的分开；除了上述的功能以外，该综合调度还具备其他的一些功能，如调度等。在一些技术的基础上，如语音软件交换技术、信息集成技术等，能够将一些收集的数据以及控制在一个调度台上进行集成，如：固定电话、无线语音通信、广播、视频等，由于这些信息均在一个调度台中，因此，具有一键调度的功能，即能够在一个调度平台里，实现对其的控制，与此同时，还能够做到随机调阅该区域中的一些相关数据，如某一区域中人员聚集的数据、某一区域中瓦斯含量的数据等。在井上的工作中，能够将不同的系统进行结合，不仅能够大大提升井上的生产以及应急指挥的工作效率，同时，还能够根据检测到的相关数据发布相应的指挥指令，真正意义上地实现煤矿调度协同融合，具体如图2所示。

图2 地面多种系统协同融合

通过对收集整理出的数据包进行统一规格的封装处理以后，能够大大提升地面统一调度信息的能力。数据信息能够在不同的设备之间进行流通的依据是网络，因此，要想保证收集到的相关数据能够精准无误且高效地传送给需要的设备，就需要在数据传输之前，对其进行相应的拆分以及打包压缩，与此同时，还需要在这些需要发送的数据包上标注有相应的收货地址和发货地址，如果所发送的数据包是属于机密，还需要在发送之前对其进行加密处理，之后，再进行发送，确保其的安全发送。经过调研，发现数据流的流通方向，刚好和综合调度平台中的调用系统管理，以及业务服务中的语音、录音等形成的底层通道相一致，与此同时，要想能够实现以上功能，还需要具备一些组件，如：录音、监听等。依据鉴权以及数据的发送，就能够实现语音以及网络等相关数据的流通，并且，还能够依据网络的交换以及底层基站，完成这些信息的交互，如可以交互收集到的手机终端信息，交互完成以后，就可以对其进行一些数据的处理了。

2 架构与组成

有好多设备组合在一起，便构成了融合通信系统，如：网络交换机、4G模块、地面大功率基站等。但是随着时代的发展，当下融合后的通信系统已经不能够满足发展，因此，在原有的结构的基础上，对系统进行了升级以及改造，使得其变得更加灵活便捷，在兼容性方面，也变得越来越强。融合后的系统具体组成如图3所示。

图3 融合通信系统架构

对融合通信系统进行优化改进的最基本原则，便是：实用、可靠、先进、经济、安全。不仅如此，在对其进行升级改造的时候，还需要依据东大煤矿运营的实际状况进行展开，对当下的技术进行分析以及研究以后，就展开了对其升级与改造，具体如下：①改进后的融合通信系统，不仅能够具有无线通信系统，还需要具备有线以及广播通信系统；②改进后的系统不仅具备生产功能，同时还具备辅助调度功能，但是其前提是需要将以下功能进行融合，如：人员的精准定位和调度、视频的监控、车辆的调度等；③对原定位系统进行改进，使其功能更加完备，如增加一个具备多功能系统的网络；④对于当下的车辆调度管理系统，为了使其功能更加的全面，如：通信功能、测速功能等，需要对其进行新的融合改进；⑤为了更加精准、全面地监控井上、井下的工作，在对其进行构建视频服务器平台时，需要确保其独立；⑥在原有的融合通信系统上装配上一套新的设备，该设备不仅具备解码功能，同时还具备拼接功能，进而能够使视频具备显示功能。

3 关键业务应用

数据与综合业务交换的平台主要功能有：通过该平台，能够将平台监控区域中的所有员工的语音信息以及一些数据信息进行收集，将这些信息进行汇总以后，便可以在一个网络区域中实现通信自由，除此之外，还需要将以下调度功能进行融合，如：4G车载终端功能、有点电话等，如此，井下与地面上的移动电话漫游通话便得到了大大支持，除此之外，还可以借助一些新的方式对传统的电话调度信息进行改进，进而能够实现在工作时不同区域中的通讯。

（1）综合网管服务。该系统中的专业网管软件，能够实现多功能于一身，如能够统一地对IP 语音交换机以及本安融合通信分站等进行管理以及安排，除此之外，还具备有较为完备的工作运营日志，便于后期对其的保养与维护，因此，能大大降低其维修成本。

（2）录音服务。由于系统中采用的时全数字录音，因此，能够对系统中大部分区域中的声音进行实施监测并录制，为了能够保证更加安全的储存录音，因此，在系统中，配备了超大容量的硬盘。在对录制的音频查询方面，采用了在线访问形式，登录进系统以后，就可以对录音进行查询，不仅可以按时间查询，同时还可以分机号进行查询。除此之外，登陆后的界面以中文的形式展示，使得人们在进行操作的时候更加容易，且在功能方面也更加全面，如具备有定期删减功能等。

（3）智能一体化调度台。该调度台，除了具备传统调度台均具备的功能以外，如：电话监控功能等，还具备其他的一些功能，如：可以根据收集到的图标颜色、文字指示等，显示出该用户的一些状态情况。该调度台还具备有其他的一些调度功能，如转接功能、代答功能等。

（4）GIS 服务。融合后的系统，一些信息的显示将会更加的全面且具体，如对于人员位置的显示、对于车辆位置的显示等等。GIS服务的种类有很多种，根据其所提供的服务内容，可以将其划分成两大类：一个是GIS 数据服务，主要的功能就是提供一些必要的数据；一个是GIS功能服务，其主要的功能就是对所收集的数据进行处理。

（5）地面基站。地面基站的建立，其依据是4G 专网，其主要的功能就是为了实现对整个工作区域中覆盖4G 专网，其目的就是为了保障在任意区域中，均能够实现信息的畅通，及时地对生产中的各项信息进行传输，确保生产能够安全、高效。

（6）井下本安融合通信分站。该通信站建立的前提是4G 技术基站，而该4G 技术基站则是在FDD-LTE的基础上展开的，不仅能够实现4G 网的无线通信，同时，还能够实现精准定位。除此之外，在此融合通信分站的布置过程中，为了能够使工作区域中全部实现信号覆盖，在各个区域中均布置了信号基站，如：中央变电所、2 号副斜井等。正在建设的区域同样也覆盖了信号。

（7）4G车载台。为了更好地使4G信号在工作区域中得到全面的覆盖，4G模式的车载台应运而生，其终端是4G 模式，因此，在进行语音通话时，音质较高，与此同时，还可以在胶轮车上直接安装有4G 车载台，实现司机与调度人员的实时沟通。

（8）信号灯。为了确保井下工作的有序展开，需要在不同的区域中均安装有信号灯，确保生产车队按照顺序进行流通，与此同时，调度室中的工作人员还可借助望远镜等工具实时监测信号灯的状况，确保生产能够安全进行，同时还可根据生产需要对信号灯进行调控。

（9）本安显示屏。由于在弯道处存在车辆盲区，因此需要在此处安装有本安显示屏，当车辆驶入到弯道区域中时，可通过该显示屏观察到道路状况，能够及时地避让行人或者车辆。不仅如此，对于车流量以及人流量较大的弯道，除了需要安装有LED显示屏以外，为了确保行人以及车辆的安全，还需要安装有语音提醒装置，确保安全通行。

（10）车辆运输管理。该融合通信能够实时对井下车辆的运输工作进行监测，不仅如此，井上的调度室中的工作人员还可以实时地与驾驶司机进行语音对讲，确保车辆能够安全地进行工作。即便车辆不在工作，安装的车载通信系统仍然能够持续地进行工作，持续时间可达1h，确保通讯畅通无阻。除此之外，还能够实时地监测井下中车辆的位置，不仅如此，随着井下车辆的移动工作，调度室中的工作人员能够在显示屏中看到车辆所处的地图，并可以查看该车辆的周围状况。

4 系统优化效果

（1）融合后的系统，包含了多种业务模块，如：“一站”集成4G模块以及WiFi模块等，不仅如此，融合后的系统还能够同时对多个系统信息进行传递，这大大解决了各种必要问题，如：通信问题、车辆的实时定位问题、车辆的调度问题等。融合系统也大大减少了电缆线的使用，这不仅使得井下线路的排布更加简单，同时，在对其维护与保养方面也变得更加的容易。在对车辆的综合调度方面，不仅增加了有线以及无线的调度，同时，还增加了车辆调度、广播调度等，不仅如此，还能够实现某一区域的调度，这对调度系统效率的提高有大大的促进作用。

（2）由于在工作过程中需要大量数据的传输，因此，为了解决此种现象，该项目的无线架构采用了“千兆+4G+WiFi+UWB+CAN+I/O”，在802.11 协议的基础上，使得其在兼容性方面有所提高，开放性方面同样如此。不仅如此，该融合系统还能够实现公网数据用户的远程接入，这使得即便是外出公干人员，也能够实时地对生产区域进行调度。

（3）该融合系统中的定位系统，是以飞行时间技术为主的，采用这一技术，便能够对井下以及井上工作人员、车辆等的位置进行精准的定位，并且，该定位的精度还比较高，只有0.3m 的误差。而对于车辆的调度系统，是以WIFI 信号作为基础的，确保了调度信息的通畅性，能够对整个工作区域进行统一的调度，对车辆行驶的安全性，有很大的提高。

5 结语

在东大煤矿中，对优化后的系统进行的应用测试，对于不同的业务目标大部分均能够实现：①在当下的定位系统中，融入4G 无线通信系统，对当下的定位基站进行升级，使得定位、车辆管理以及通信能够进行相融合，在后期的建设过程中，能够避免重复建设，同时，还能够大大减少维护量；②井下、井上能够实现高清的视频、语音通话，并且还可实现信息的传输；③在调度过程中，任意调度台均能够实现对有线、无线、车辆的调度；④融合后的系统具备了较为全面的调度功能。

上述业务目标的实现，不仅促进了东大煤矿智慧化的建设，同时，还大大提高了生产的安全性以及效率性。