煤礦應(yīng)急救援中融合型應(yīng)急廣播系統(tǒng)的應(yīng)用

王 巖

(河南省正龍煤業(yè)有限公司)

井下應(yīng)急救援工作作為煤礦安全生產(chǎn)工作的重要組成部分，在確保煤礦安全生產(chǎn)方面發(fā)揮了重要作用。目前，我國煤礦井下大多已經(jīng)建成了有線通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等，但各系統(tǒng)彼此獨(dú)立，聯(lián)動性較低，在煤礦發(fā)生突發(fā)事故時，必須在進(jìn)行復(fù)雜的人工操作后方可發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)急救援指令，嚴(yán)重降低了應(yīng)急救援工作效率[1-5]。為提高煤礦井下突發(fā)事故的應(yīng)急救援效率，有必要將煤礦井下應(yīng)急救援系統(tǒng)進(jìn)行有效融合與聯(lián)動。煤礦應(yīng)急廣播系統(tǒng)作為一種有效的直呼通信手段，將其與礦井其他系統(tǒng)進(jìn)行融合，將有助于提高礦井應(yīng)急救援工作效率。

1 煤礦應(yīng)急廣播系統(tǒng)類型

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，國內(nèi)煤礦已安裝有煤礦應(yīng)急廣播系統(tǒng)，該類系統(tǒng)相比較其他應(yīng)急通信系統(tǒng)具有分布區(qū)域廣、高分貝和直呼等特點(diǎn)，在面對突發(fā)事故進(jìn)行應(yīng)急救援時，可以實(shí)現(xiàn)全方位應(yīng)急救援指揮[6-7]。煤礦應(yīng)急廣播系統(tǒng)多采用模擬廣播技術(shù)、IP廣播技術(shù)和CAN廣播技術(shù)進(jìn)行聲音傳播。雖然3種廣播技術(shù)都具有自上而下直呼廣播的功能，但在區(qū)域廣播、點(diǎn)對點(diǎn)廣播及雙向?qū)χv方面存在著功能差異。在實(shí)際應(yīng)急救援指揮過程中，基于IP和CAN廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播不僅可以針對特定區(qū)域或特定終端進(jìn)行直呼，而且可以利用分布式指揮技術(shù)實(shí)現(xiàn)專人專呼，提高應(yīng)急廣播效率，縮短應(yīng)急救援時間[8-10]。

1.1 基于模擬廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)

基于模擬廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)由廣播主機(jī)(含監(jiān)聽音箱)、麥克風(fēng)、地面?zhèn)鬏斀涌?、煤礦安全廣播系統(tǒng)軟件、礦用隔爆型廣播傳輸分站、礦用本質(zhì)安全型廣播分站、礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源等組成。該類廣播系統(tǒng)是利用大功率功放設(shè)備，通過銅纜實(shí)現(xiàn)聲音信號傳輸，也有部分模擬應(yīng)急廣播系統(tǒng)利用IP網(wǎng)絡(luò)將聲音從地面功放主機(jī)傳輸至井下廣播分站，井下廣播分站輸出模擬聲音信號，利用銅纜傳輸至廣播終端，實(shí)現(xiàn)聲音信號廣播?；谀M廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)自上而下聲音廣播，但在應(yīng)急救援指揮時，無法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)廣播，或僅能實(shí)現(xiàn)區(qū)域性的廣播。目前，基于模擬廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)井下和地面雙向語音對講功能?；阢~纜傳輸?shù)碾娏餍盘栯m然可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，但是隨著距離延伸信號會逐步衰減，勢必造成聲音不清晰、電流聲較大。

1.2 基于IP廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)

基于IP廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)由廣播主機(jī)(含監(jiān)聽音箱)、麥克風(fēng)、地面語音網(wǎng)關(guān)、IP語音交換機(jī)、觸摸屏調(diào)度臺、語音網(wǎng)關(guān)分控端、IP廣播對講尋呼話筒、煤礦安全數(shù)字廣播系統(tǒng)軟件及配套軟件、礦用本質(zhì)安全型廣播分站、礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源等組成(圖1)。該類系統(tǒng)是完全利用以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行傳輸設(shè)計的系統(tǒng)，每臺廣播終端均具有獨(dú)立的IP地址，通過地面語音終端將聲音轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)，利用井下光纖以太網(wǎng)將IP數(shù)據(jù)包傳輸至井下IP廣播終端，將IP數(shù)據(jù)還原成聲音進(jìn)行廣播?；贗P廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)支持雙向語音對講，在進(jìn)行廣播的同時可以實(shí)現(xiàn)井上井下對話。

圖1 基于IP廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)組成

1.3 基于CAN廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)

基于CAN廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)由廣播主機(jī)(含監(jiān)聽音箱)、麥克風(fēng)、地面語音網(wǎng)關(guān)、廣播分控終端、煤礦安全數(shù)字廣播系統(tǒng)軟件、礦用本質(zhì)安全型廣播分站、礦用隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源、礦用隔爆兼本安型網(wǎng)絡(luò)接口等組成(圖2)，可直接兼容掛接本安LED顯示屏，執(zhí)行語音、文字一體化通信顯示。

基于CAN廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)采用以太網(wǎng)技術(shù)+CAN總線技術(shù)混合設(shè)計方式，利用以太網(wǎng)技術(shù)可以通過煤礦工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)井上井下語音數(shù)據(jù)傳輸，利用CAN總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)用電纜對煤礦井下應(yīng)急廣播系統(tǒng)進(jìn)行快速部署。CAN協(xié)議的顯著優(yōu)勢在于每臺CAN語音接收終端擁有獨(dú)立的編碼地址，在實(shí)際應(yīng)用中，不同的CAN語音接收終端可以同時接收到相同的語音數(shù)據(jù)，或者不同的語音發(fā)布終端針對不同的CAN語音終端發(fā)布針對性的語音數(shù)據(jù)。CAN總線技術(shù)作為一種雙向通信技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對井下發(fā)布語音指令，而且可以與地面指揮中心進(jìn)行呼叫對講。

圖2 基于CAN廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)組成

相對于基于IP廣播技術(shù)的煤礦應(yīng)急廣播系統(tǒng)，基于CAN廣播技術(shù)的煤礦應(yīng)急廣播系統(tǒng)的特點(diǎn)有：①支持電纜連接，CAN信號傳輸僅需要雙芯通信電纜即可傳輸2 km，采用總線模式進(jìn)行傳輸，在煤礦井下安裝廣播終端時不受距離限制，接線方便，基于IP技術(shù)的煤礦應(yīng)急廣播系統(tǒng)僅能采用光纖和以太網(wǎng)雙絞線連接，光纖在煤礦井下熔接困難，雙絞線傳輸理論距離最遠(yuǎn)僅為100 m；②支持遠(yuǎn)距離供電，基于CAN廣播技術(shù)的煤礦應(yīng)急廣播系統(tǒng)終端功耗低，在煤礦井下特殊場所不允許直接接電的位置可以采用遠(yuǎn)距離供電方式，確保在有人員活動的任何場所部可以安裝應(yīng)急廣播終端。

1.4 其他應(yīng)急救援通信系統(tǒng)

目前，煤礦除了應(yīng)急廣播系統(tǒng)以外，針對應(yīng)急救援和日常調(diào)度指揮還建設(shè)有其他通信系統(tǒng)，包括有線通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。

(1)有線通信系統(tǒng)。傳統(tǒng)電話在煤礦井下分布于各個重要位置，優(yōu)點(diǎn)是無需就地供電，只要線路暢通便可進(jìn)行語音通信，缺點(diǎn)是有線通信終端受制于成本和部署方式，在煤礦井下只有固定的重要場所方可安裝，不滿足應(yīng)急救援要求。

(2)無線通信系統(tǒng)。在煤礦井下部署的基于小靈通、WIFI、3G/4G等技術(shù)的無線通信系統(tǒng)，由井下工作人員隨身攜帶通信終端可以隨時進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，但目前在相當(dāng)一部分礦山實(shí)現(xiàn)井下人員人手一部難度較大。

(3)人員定位系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可以實(shí)時獲取井下人員數(shù)量、分布位置等信息。由早期的區(qū)域定位技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)階段的精確定位技術(shù)，特別是精確定位技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用，在應(yīng)急救援過程中可以實(shí)時獲知井下人員位置、運(yùn)動狀態(tài)等信息。

(4)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在煤礦井下重要位置或區(qū)域安裝井下攝像儀，可以實(shí)時采集特定范圍內(nèi)的圖像信息。隨著視頻采集技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，井下攝像儀在完成圖像采集的基礎(chǔ)上，同時內(nèi)置麥克風(fēng)可以采集現(xiàn)場聲音，通過內(nèi)置喇叭可以廣播聲音，實(shí)現(xiàn)了對井下圖像、聲音的綜合感知。

2 融合型應(yīng)急廣播系統(tǒng)架構(gòu)及功能

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

煤礦融合型應(yīng)急廣播系統(tǒng)可以用于生產(chǎn)調(diào)度指揮，在突發(fā)事故時可以作為應(yīng)急廣播通信手段。隨著通信集成技術(shù)的發(fā)展，煤礦融合型應(yīng)急廣播系統(tǒng)不僅可以在地面滿足應(yīng)急指揮或生產(chǎn)調(diào)度需求，在煤礦井下也可以實(shí)現(xiàn)通信基站融合(圖3)。

該系統(tǒng)在井上可以通過一個觸摸屏實(shí)現(xiàn)應(yīng)急廣播、有線調(diào)度、無線通信、車載調(diào)度、視頻、人員定位、車輛定位等分區(qū)綜合呼叫功能，可視呼叫功能，分區(qū)全呼功能，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)間的有機(jī)融合。利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)在面對突發(fā)事故時，自動整合預(yù)定區(qū)域內(nèi)所有通信資源和活動人員構(gòu)建動態(tài)分區(qū)，可以針對不同分區(qū)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮信息的廣播直呼(圖4)。

該系統(tǒng)在井下通過融合性通信分站實(shí)現(xiàn)廣播、視頻、傳感器等綜合接入與傳輸，實(shí)現(xiàn)無線通信、WIFI數(shù)傳、精確定位的多頻無線覆蓋，為應(yīng)急救援提供綜合性通信支撐和監(jiān)測支撐。融合性通信分站為地面應(yīng)急指揮提供了前端的人、物、環(huán)境等實(shí)時數(shù)據(jù)感知，并且承擔(dān)了井下人員進(jìn)入避難場所的全程語音導(dǎo)航信號的傳遞和廣播。

圖3 煤礦融合型廣播系統(tǒng)示意

圖4 煤礦融合型廣播系統(tǒng)界面示意

2.2 系統(tǒng)功能

多系統(tǒng)融合的融合型應(yīng)急廣播系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)有線、無線、廣播通信系統(tǒng)的一體化通信，實(shí)現(xiàn)車輛指揮、視頻監(jiān)控、人員精確定位與應(yīng)急通信系統(tǒng)的融合。系統(tǒng)功能主要有：

(1)通信。①基本調(diào)度功能，呼叫、強(qiáng)拆、強(qiáng)插、監(jiān)聽、組呼、全呼、會議等；②融合調(diào)度功能，有線固話調(diào)度、無線手機(jī)調(diào)度、IP廣播調(diào)度、定位分組數(shù)據(jù)讀取、區(qū)域分組調(diào)度；③錄音功能，全數(shù)字全局錄音，支持錄音查詢與回放；④可視化通信功能為調(diào)度臺與用戶、移動用戶之間的視頻與語音于一體的多媒體通信功能；⑤數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能，支持網(wǎng)頁瀏覽、即時通信、企業(yè)信息化與自動化監(jiān)控平臺。

(2)人員定位。①精確定位功能，可支持精確定位與查詢，定位精度可達(dá)5 m；②實(shí)時監(jiān)測功能，對井下人員分布情況實(shí)時監(jiān)控、實(shí)時跟蹤、實(shí)時定位；③歷史軌跡回放與查詢功能，支持歷史信息查詢與軌跡回放功能；④GIS信息地圖顯示，GIS地圖能夠?qū)崿F(xiàn)井下巷道圖的縮放和顯示，在井下出現(xiàn)緊急情況后可以生成逃生路線。

(3)車輛管理。①車輛定位監(jiān)測功能，支持井下車輛精確定位，定位精度達(dá)5 m；②車輛調(diào)度功能，調(diào)度臺支持一鍵直呼、一鍵組呼、一鍵全呼井下車輛，可對井下任意車輛進(jìn)行調(diào)度管理；③歷史軌跡回放與查詢功能，支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲、查詢和車輛運(yùn)行歷史軌跡重演功能。

3 煤礦融合型應(yīng)急廣播系統(tǒng)發(fā)展趨勢

在煤礦未來應(yīng)急救援過程中，融合型應(yīng)急廣播系統(tǒng)所能發(fā)揮的作用大于有線通信系統(tǒng)以及無線通信系統(tǒng)，能夠在井下應(yīng)急救援工作中有效指揮人員按照廣播提示的逃生路線快速到達(dá)安全避難硐室或自救區(qū)域。融合型應(yīng)急廣播系統(tǒng)在煤礦應(yīng)急救援工作中將進(jìn)一步發(fā)揮的作用主要有：

(1)應(yīng)急救援指揮。當(dāng)井下發(fā)生突發(fā)事故時，調(diào)度室監(jiān)控人員可以通過廣播通訊系統(tǒng)對井下進(jìn)行全體廣播，分區(qū)廣播，或事故點(diǎn)、危險點(diǎn)的單獨(dú)廣播，便于迅速指導(dǎo)現(xiàn)場人員處理事故，指揮現(xiàn)場人員緊張有序地撤離或等待救援，有效減少事故造成的生命及財產(chǎn)損失，減小次生災(zāi)害帶來的損失[11]。

(2)區(qū)域應(yīng)急指揮。利用廣播系統(tǒng)的分控終端，在出現(xiàn)突發(fā)狀況時，可以啟動專人專區(qū)全程指揮模式。根據(jù)精確人員定位系統(tǒng)提供的井下人員分布信息，劃定不同的應(yīng)急救援區(qū)域，由不同調(diào)度人員利用獨(dú)立廣播分控終端進(jìn)行分區(qū)指揮，快速引導(dǎo)井下分散的工作人員根據(jù)相應(yīng)的逃生路線到達(dá)避難硐室或撤回地面。廣播分控終端在日常生產(chǎn)指揮中可以作為分控終端由各個職能部門使用。

(3)井下緊急呼救。井下人員在遇到緊急情況時，可以通過廣播分站上的“緊呼”按鈕與地面調(diào)度人員進(jìn)行對講呼救，及時向地面調(diào)度人員匯報井下緊急情況，并接受地面調(diào)度人員的應(yīng)急指揮[11]。

(4)逃生路線引導(dǎo)。廣播系統(tǒng)可與煤礦井下人員精確定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動，根據(jù)井下人員分布情況、逃生路線規(guī)劃以及避難硐室位置，有針對性地引導(dǎo)不同區(qū)域的人員根據(jù)安全逃生路線快速到達(dá)避難硐室實(shí)施自救。

(5)人員動態(tài)跟蹤。井下突發(fā)事故時，利用井下人員精確定位系統(tǒng)可以對井下人員進(jìn)行實(shí)時動態(tài)跟蹤，便于靈活指揮井下工作人員進(jìn)行自救，減輕人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

(6)視頻聯(lián)動跟蹤。廣播系統(tǒng)與煤礦井下人員精確定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，根據(jù)井下人員的行動路線，自動調(diào)用特定區(qū)域的攝像儀圖像，提高應(yīng)急指揮工作效率。

4 結(jié) 語

現(xiàn)階段，煤礦應(yīng)急廣播系統(tǒng)包括基于模擬廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)、基于IP廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)、基于CAN廣播技術(shù)的應(yīng)急廣播系統(tǒng)等。融合型應(yīng)急廣播系統(tǒng)建設(shè)需要注重各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)動，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急廣播的分布呼叫、精確呼叫、快速引導(dǎo)等功能。在出現(xiàn)突發(fā)事故時，利用該系統(tǒng)能夠快速通知井下工作人員，依據(jù)不同區(qū)域救援物資的分布數(shù)據(jù)和人員精確定位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精確指揮、全程導(dǎo)航，為井下開展突發(fā)事故應(yīng)急救援工作爭取寶貴的逃生時間。融合型應(yīng)急廣播系統(tǒng)不僅能夠滿足應(yīng)急救援使用，而且能夠?yàn)樯a(chǎn)調(diào)度提供通信平臺，在提高煤礦生產(chǎn)效率的同時，能夠大幅提升煤礦安全應(yīng)急救援水平。

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