淺析云視頻會議在礦山安全生產中的應用

李榮夫

（龍口煤電有限公司，山東 煙臺 265700）

1 問題的提出

礦山安全生產的重大風險因素眾多，相應的專業(yè)分類也較多，安全管理還是以人為本，安全管理人員到現(xiàn)場檢查出的問題和隱患多以報表和圖紙的形式保存下來，上級業(yè)務主管部門通過圖表了解礦井現(xiàn)場情況，想了解反映現(xiàn)場的實時情況，通過電話落實，又存在溝通和主觀認知的誤差等情況。所以增加現(xiàn)場視音頻的交互，提高礦山安全管理的針對性、實時性和可視化，是煤礦安全生產和應急管理的趨勢。

2 研究思路

當前礦山基礎交換網絡不斷提升，萬兆工業(yè)以太環(huán)網得到廣泛應用，尤其是移動網絡發(fā)展迅猛，4G的應用和WIFI速度的提高，解決了物聯(lián)設備在礦山的應用和融合的瓶頸。通過對物聯(lián)網和云計算的研究和應用，將視音頻交互應用移植到井下智能終端上，接入智能移動通訊終端、智能礦燈、無人機等具備視頻對講的移動設備，為應急搶險、遠程診斷、安全巡檢等工作，提供高清視頻和實時語音對講。

建立包含井上下、本部外部的云視頻會議平臺，將現(xiàn)場實時視頻納入云會議室中，以“眼見為實”的可視化資料與書面資料進行驗證和對比，可以有針對性地進行討論、研究，作為指導現(xiàn)場的有效依據，打造一種針對礦山現(xiàn)場的實時化、可視化、扁平化管理和指揮模式。

3 設計思路

3.1 平臺云化

利用云計算的頂層設計，依靠阿里云、騰訊云等建設多云多活，利用云資源，集團公司本地無需建設物理X86架構服務器集群，提高資源的有效利用率，做到用管分離。

3.2 接入多樣化

伴隨著礦山企業(yè)視頻調度指揮縱向打底、橫向協(xié)同的趨勢，視頻應用正在向基層不斷延伸。通過互聯(lián)網、WiFi、3G/4G接入，使用手機、電腦、智能硬件設備（如智能礦燈、便攜式檢測儀、巡檢機器人）接入，在礦山井下環(huán)境下使用視頻應用，已越來越普及。

3.3 方案融合化

將視頻會議、對講、直播、錄制、視頻監(jiān)控接入等有機的融合，從應用層面進行統(tǒng)一。

3.4 應用業(yè)務化

不再局限于簡單的視頻會議業(yè)務，而是與具體礦山安全管理場景相結合，包括應急救災、指揮調度、巡檢直播、遠程會診、業(yè)務培訓等。

4 主要研究內容

4.1 組建跨區(qū)域的云視頻會議平臺

龍礦集團目前使用的思科視頻會議系統(tǒng)，存在依賴網絡專線和物理核心，只能接入SIP、H323協(xié)議的設備，對桌面及移動端、視頻監(jiān)控等網絡設備接入受限。

隨著互聯(lián)網及云計算等技術飛速發(fā)展，涌現(xiàn)出了很多能夠適應于任意網絡的云視頻，如小魚易聯(lián)、華為微Link、釘釘、騰訊會議等云視頻會議應用，已經開始呈現(xiàn)出替代專網專線系統(tǒng)的趨勢。

云視頻會議最顯著的是利用云計算去除對傳統(tǒng)會議物理核心MCU的依賴，實現(xiàn)與采用H.323通訊協(xié)議和SIP網絡協(xié)議的視音頻設備與云端會議室的鏈接。特點是網絡適應能力強，靈活組網，支持硬件智能終端、PC客戶端、手機App等多種終端方式，實現(xiàn)相關業(yè)務人員與各級部門快速互聯(lián)。

傳統(tǒng)的視頻會議設備也可以繼續(xù)使用，在集團內部網絡部署H.323網關，通過網絡認證，實現(xiàn)內部會議設備與云端會議室的鏈接。

根據龍礦集團省內外單位視頻會議設備分布情況，對小魚易聯(lián)云視頻會議系統(tǒng)與現(xiàn)有設備聯(lián)接進行了測試。

集團公司領導和業(yè)務部門、礦山業(yè)務科室、外部專家等便捷加入云會議平臺，快速組網，實現(xiàn)面對面交流，在云會議平臺進行會議管理。云平臺架構優(yōu)勢如下：

（1）去硬件MCU，云端虛擬化部署核心

小魚易聯(lián)的云會議核心通過虛擬化方式部署在云平臺上，實現(xiàn)集群化MCU資源池，支持多活熱備、負載均衡、彈性擴展，實現(xiàn)應用層與底層硬件分離。

（2）組網架構由樹狀級聯(lián)到扁平化云架構

龍礦集團使用的思科的視頻會議系統(tǒng)，每級單位都要布置MCU，管理本單位的視頻會議終端，形成樹狀MCU級聯(lián)方式。當面對超大規(guī)模接入和擴展需求時有局限性，包括MCU故障風險、會議管理逐級調度難、分級轉發(fā)視頻質量下降。如圖1。

圖1 傳統(tǒng)樹型結構和扁平化結構

小魚易聯(lián)的云平臺采用扁平化的系統(tǒng)架構，所有會議終端直接由“云MCU”平臺管理，支持任意拓撲結構的級聯(lián)和彈性擴展接入節(jié)點的數(shù)量，對于跨地區(qū)、跨網絡的大規(guī)模視頻應用，可實現(xiàn)“縱向到底、橫向到邊”的全覆蓋模式。

（3）視頻編碼算法從AVC到SVC

AVC一次編碼只能產生固定碼率的圖像數(shù)據，只適用于專網使用。SVC即多層可伸縮視頻編碼，一次編碼產生不同分辨率、不同幀率、不同質量的多層碼流，用于智能適配不同設備和網絡的接入要求。

平臺采用SVC視頻編解碼技術，智能適配不同設備和網絡的接入要求，高效保證應急指揮調度的音視頻效果。

4.2 云視頻平臺與視頻源、礦山智能移動通訊設備的聯(lián)接

視頻源和第三方移動設備的接入，拓展視頻會議的廣度和深度，將視頻會議應用到應急救援、遠程會診、遠程巡檢等場景。主要研究內容是云視頻會議平臺與視頻源和智能移動設備的聯(lián)接方式和通訊協(xié)議。

與視頻源聯(lián)接可采用兩種方式，一是利用礦山已有的視頻平臺，進行流媒體轉發(fā)；二是直接與網絡攝像機進行聯(lián)接。二者相比較，與視頻平臺聯(lián)接具有統(tǒng)一接口、減少網絡視頻碼流、視頻選擇方便的優(yōu)點。通過專用網關讀取視頻平臺視頻列表和碼流，實現(xiàn)監(jiān)控視頻的讀取和切換。系統(tǒng)結構如圖2。

圖2 系統(tǒng)結構圖

智能移動設備如智能礦燈等，為實現(xiàn)高清視音頻交換，一般不采用SIP協(xié)議，多是私有網絡協(xié)議。與智能移動設備的聯(lián)接，不僅要進行視頻的傳輸，還要進行語音的交換。一是采用私有協(xié)議轉換，二是進行API接入。云視頻由后臺服務API、終端SDK兩部分構成，用于第三方應用開發(fā)App，集成云視訊系統(tǒng)所提供的音視頻通訊能力，快速實現(xiàn)音視頻通話、麥克風/攝像頭控制、語音模式切換、結束通話等功能。后臺服務API用于創(chuàng)建、管理云會議；客戶端SDK用于原生App集成，實現(xiàn)登錄、呼叫、音視頻展現(xiàn)功能。系統(tǒng)架構見圖3。

圖3 系統(tǒng)架構圖

5 測試情況

5.1 云視頻聯(lián)接測試

由于龍礦集團視頻會議系統(tǒng)由上級山能集團統(tǒng)建，需要根據上級集團云視頻會議系統(tǒng)方案確定后，以上研究的場景才能應用。所以此次只能選取比較有代表性的小魚易聯(lián)云視頻平臺進行聯(lián)接測試。如圖4。

圖4 測試拓撲圖

測試云視頻平臺完全代替龍礦思科會議系統(tǒng)的MCU硬件核心，各單位的思科會議設備取消GK模式（去掉思科網閘）呼入云端網關，駐外單位的視頻會議終端也直接呼入云端網關，在云端建立會議室進行管理，實現(xiàn)龍礦集團視頻會議。

參加上級三級會議時，龍礦集團在云端建立會議室，并由一臺云終端與一臺思科終端形成背靠背鏈接，建立視音頻的互傳通道。上級單位思科MCU呼叫背靠背的思科設備，將上級會議的視音頻和雙流信號在龍礦會議室內廣播。需要注意的是背靠背設備顯示畫面設置，以免造成視頻套疊。

5.2 與智能終端聯(lián)接測試

在智能礦燈上移植終端SDK，利用智能礦燈攝像頭和對講設備實現(xiàn)視頻直播和音頻對講。經過測試，其網絡占用情況如圖5?？梢钥吹揭曨l的分辨率和幀頻根據帶寬進行調整，降低了視音頻的收發(fā)所占帶寬。

圖5 網絡占用情況

6 效果分析

6.1 高效溝通

適應礦山企業(yè)省內外業(yè)務發(fā)展需求，實現(xiàn)總部與分部、井上與井下溝通零距離，不論地點、設備、網絡，以會議終端、電腦、手機等多種方式靈活接入，即使不在單位，也猶如親臨井下現(xiàn)場，實現(xiàn)第一時間的下情上報和上令下達，提升企業(yè)安全生產信息交流溝通效率。

6.2 創(chuàng)新應用

創(chuàng)新安全監(jiān)察、應急救援、遠程專家會診、礦山規(guī)劃建設遠程會審、安全環(huán)保應急指揮遠程控制等功能，實現(xiàn)集團領導、外協(xié)專家不到現(xiàn)場，指揮、指導現(xiàn)場工作。

6.3 效率提升

“數(shù)據多跑路，人員少跑路”，通過智能移動設備和應用與專家進行視頻和語音對講，無需到現(xiàn)場就能掌握第一手資料，直接進行指導、診斷，縮短工作時間，節(jié)約差旅成本，提升工作效率。

7 結論

此次由于龍礦集團現(xiàn)有思科視頻會議系統(tǒng)暫不

能更換，所以只是對集團和兩個礦井的云視頻會議和井下智能礦燈進行了聯(lián)接測試，但云視頻會議代替?zhèn)鹘y(tǒng)視頻會議，并在此基礎上不斷開發(fā)出移動會議、應急指揮、巡檢直播、遠程診斷等應用場景，必將會為礦山安全管理帶來極大的促進作用。