煤礦融合通信系統(tǒng)優(yōu)化設計及應用分析

鞠治洪

（山西煤炭運銷集團東大能源有限公司，山西晉城 048000）

東大煤礦為了能夠適應當下的發(fā)展，全面提升各個礦井的生產(chǎn)效率，因此，其通過一系列的創(chuàng)新技術(shù)，逐漸構(gòu)建一種較為新型的、現(xiàn)代化礦井，且該礦井不僅要保證是在國際上較為先進，在國內(nèi)屬于一流，同時，該礦井還需要保證屬于環(huán)保型，能夠做到人和自然的和諧發(fā)展，除此之外，該礦井還需要保證在其的開采過程中，安全可靠[1]。因此，基于此，東大煤礦已經(jīng)建立了不同的系統(tǒng)，如：人員定位系統(tǒng)、調(diào)度信息系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)等，為了保證不同系統(tǒng)的正常運行，每一個系統(tǒng)均配備有各自相應的終端控制，并且，這些控制終端均配備有相應的工作人員，保證各個系統(tǒng)之間，不僅能夠獨立工作，同時還能夠相互協(xié)調(diào)，這對東大煤礦的發(fā)展運營，有著一定的促進作用，大大提升其的生產(chǎn)效率。

1 系統(tǒng)設計優(yōu)化

1.1 技術(shù)分析與研究

（1）井上、井下相融合技術(shù)的分析以及改進。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當下大部分煤礦中的一些系統(tǒng)，如：有線系統(tǒng)、無線系統(tǒng)以及定位系統(tǒng)等，均屬于獨立架構(gòu)，因此，在對其進行操作運行時，需要不同的工作人員進行實施。除此之外，由于礦井中每一個工作的設備都是獨立進行工作的，在進行開采工作時，設備的數(shù)量、各設備間的線纜以及設備的維護等，均不能夠進行縮減，因此，這些設備之間的連接只能通過中繼實現(xiàn)，但是，此種連接并不能夠?qū)崿F(xiàn)各個系統(tǒng)之間較為深入的連接，只能實現(xiàn)簡單的信息交換。因此，本文研究的本安型融合通信基站，其工作的依據(jù)是以太網(wǎng)，在此基礎上，該基站在通信方面，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)有線通信，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)無線通信，在人員定位方面，能夠?qū)崿F(xiàn)精準定位，在膠輪車的定位方面，也是如此。除此之外，該基站還能夠與一些系統(tǒng)進行連接，如：數(shù)字廣播、井下視頻等，通過以上一系列的操作，該基站就能夠?qū)⒕稀⒕逻M行連接，真正地實現(xiàn)融合調(diào)度。

（2）帶狀空間中多頻無線信號等距離覆蓋傳輸技術(shù)。煤礦的開采中，其工作的區(qū)域是封閉且狹長的，因此，在工作時，需要對該區(qū)域進行一些必要信息的等距離覆蓋，如：定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，通過此，能夠大大減少煤礦工作區(qū)中線纜較多等問題。為了進一步解決對礦井中設備以及線纜等的維護保養(yǎng)工作，將會采用一系列的新技術(shù)，將設備與設備之間進行融合，如：依據(jù)BPSK 的IR-UWB 精準定位技術(shù)、依據(jù)FDD 的4G 無線通信技術(shù)等。

（3）煤礦井中不同系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的封裝與解析技術(shù)。煤礦井中的多功能融合分站具備不同的功能，如：4G通信功能、精準定位功能、WIFI數(shù)據(jù)傳輸功能等，同時，還具備不同協(xié)議的接口，如：以太網(wǎng)、I/O、CAN 等。多功能融合分站要想解決不同數(shù)據(jù)的封裝以及解析，就需要依據(jù)一種處理模塊，且該處理模塊工作的依據(jù)是以太網(wǎng)IPV4的傳輸，該傳輸不僅時間短，同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)不同通道的封裝、加密以及解析工作。

1.2 技術(shù)原理

智能化的綜合調(diào)度能夠?qū)崿F(xiàn)不同的控制、存儲、分離等工作，其具體的功能如圖1所示。

圖1 綜合調(diào)度示意圖

綜合調(diào)度能夠?qū)崿F(xiàn)一些控制命令的處理，如負責用戶接入的控制、切換控制等；一些數(shù)據(jù)信息的流通，一般是在基站與核心網(wǎng)關(guān)之間實現(xiàn)的；對于下行的數(shù)據(jù)包，該調(diào)度能夠?qū)ζ溥M行控制，如控制緩存、轉(zhuǎn)發(fā)等；需要存儲的用戶，將存儲的信息進行匯總，形成一個數(shù)據(jù)庫，如：用戶的標識信息、位置信息等；該調(diào)度還能夠涉及一些多媒體業(yè)務，如會話類、非會話類等；能夠?qū)⒉煌目刂茖舆M行分離，如能夠?qū)⒑艚锌刂茖优c業(yè)務控制層進行有效的分開；除了上述的功能以外，該綜合調(diào)度還具備其他的一些功能，如調(diào)度等。在一些技術(shù)的基礎上，如語音軟件交換技術(shù)、信息集成技術(shù)等，能夠?qū)⒁恍┦占臄?shù)據(jù)以及控制在一個調(diào)度臺上進行集成，如：固定電話、無線語音通信、廣播、視頻等，由于這些信息均在一個調(diào)度臺中，因此，具有一鍵調(diào)度的功能，即能夠在一個調(diào)度平臺里，實現(xiàn)對其的控制，與此同時，還能夠做到隨機調(diào)閱該區(qū)域中的一些相關(guān)數(shù)據(jù)，如某一區(qū)域中人員聚集的數(shù)據(jù)、某一區(qū)域中瓦斯含量的數(shù)據(jù)等。在井上的工作中，能夠?qū)⒉煌南到y(tǒng)進行結(jié)合，不僅能夠大大提升井上的生產(chǎn)以及應急指揮的工作效率，同時，還能夠根據(jù)檢測到的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)布相應的指揮指令，真正意義上地實現(xiàn)煤礦調(diào)度協(xié)同融合，具體如圖2所示。

圖2 地面多種系統(tǒng)協(xié)同融合

通過對收集整理出的數(shù)據(jù)包進行統(tǒng)一規(guī)格的封裝處理以后，能夠大大提升地面統(tǒng)一調(diào)度信息的能力。數(shù)據(jù)信息能夠在不同的設備之間進行流通的依據(jù)是網(wǎng)絡，因此，要想保證收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)能夠精準無誤且高效地傳送給需要的設備，就需要在數(shù)據(jù)傳輸之前，對其進行相應的拆分以及打包壓縮，與此同時，還需要在這些需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包上標注有相應的收貨地址和發(fā)貨地址，如果所發(fā)送的數(shù)據(jù)包是屬于機密，還需要在發(fā)送之前對其進行加密處理，之后，再進行發(fā)送，確保其的安全發(fā)送。經(jīng)過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的流通方向，剛好和綜合調(diào)度平臺中的調(diào)用系統(tǒng)管理，以及業(yè)務服務中的語音、錄音等形成的底層通道相一致，與此同時，要想能夠?qū)崿F(xiàn)以上功能，還需要具備一些組件，如：錄音、監(jiān)聽等。依據(jù)鑒權(quán)以及數(shù)據(jù)的發(fā)送，就能夠?qū)崿F(xiàn)語音以及網(wǎng)絡等相關(guān)數(shù)據(jù)的流通，并且，還能夠依據(jù)網(wǎng)絡的交換以及底層基站，完成這些信息的交互，如可以交互收集到的手機終端信息，交互完成以后，就可以對其進行一些數(shù)據(jù)的處理了。

2 架構(gòu)與組成

有好多設備組合在一起，便構(gòu)成了融合通信系統(tǒng)，如：網(wǎng)絡交換機、4G模塊、地面大功率基站等。但是隨著時代的發(fā)展，當下融合后的通信系統(tǒng)已經(jīng)不能夠滿足發(fā)展，因此，在原有的結(jié)構(gòu)的基礎上，對系統(tǒng)進行了升級以及改造，使得其變得更加靈活便捷，在兼容性方面，也變得越來越強。融合后的系統(tǒng)具體組成如圖3所示。

圖3 融合通信系統(tǒng)架構(gòu)

對融合通信系統(tǒng)進行優(yōu)化改進的最基本原則，便是：實用、可靠、先進、經(jīng)濟、安全。不僅如此，在對其進行升級改造的時候，還需要依據(jù)東大煤礦運營的實際狀況進行展開，對當下的技術(shù)進行分析以及研究以后，就展開了對其升級與改造，具體如下：①改進后的融合通信系統(tǒng)，不僅能夠具有無線通信系統(tǒng)，還需要具備有線以及廣播通信系統(tǒng)；②改進后的系統(tǒng)不僅具備生產(chǎn)功能，同時還具備輔助調(diào)度功能，但是其前提是需要將以下功能進行融合，如：人員的精準定位和調(diào)度、視頻的監(jiān)控、車輛的調(diào)度等；③對原定位系統(tǒng)進行改進，使其功能更加完備，如增加一個具備多功能系統(tǒng)的網(wǎng)絡；④對于當下的車輛調(diào)度管理系統(tǒng)，為了使其功能更加的全面，如：通信功能、測速功能等，需要對其進行新的融合改進；⑤為了更加精準、全面地監(jiān)控井上、井下的工作，在對其進行構(gòu)建視頻服務器平臺時，需要確保其獨立；⑥在原有的融合通信系統(tǒng)上裝配上一套新的設備，該設備不僅具備解碼功能，同時還具備拼接功能，進而能夠使視頻具備顯示功能。

3 關(guān)鍵業(yè)務應用

數(shù)據(jù)與綜合業(yè)務交換的平臺主要功能有：通過該平臺，能夠?qū)⑵脚_監(jiān)控區(qū)域中的所有員工的語音信息以及一些數(shù)據(jù)信息進行收集，將這些信息進行匯總以后，便可以在一個網(wǎng)絡區(qū)域中實現(xiàn)通信自由，除此之外，還需要將以下調(diào)度功能進行融合，如：4G車載終端功能、有點電話等，如此，井下與地面上的移動電話漫游通話便得到了大大支持，除此之外，還可以借助一些新的方式對傳統(tǒng)的電話調(diào)度信息進行改進，進而能夠?qū)崿F(xiàn)在工作時不同區(qū)域中的通訊。

（1）綜合網(wǎng)管服務。該系統(tǒng)中的專業(yè)網(wǎng)管軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)多功能于一身，如能夠統(tǒng)一地對IP 語音交換機以及本安融合通信分站等進行管理以及安排，除此之外，還具備有較為完備的工作運營日志，便于后期對其的保養(yǎng)與維護，因此，能大大降低其維修成本。

（2）錄音服務。由于系統(tǒng)中采用的時全數(shù)字錄音，因此，能夠?qū)ο到y(tǒng)中大部分區(qū)域中的聲音進行實施監(jiān)測并錄制，為了能夠保證更加安全的儲存錄音，因此，在系統(tǒng)中，配備了超大容量的硬盤。在對錄制的音頻查詢方面，采用了在線訪問形式，登錄進系統(tǒng)以后，就可以對錄音進行查詢，不僅可以按時間查詢，同時還可以分機號進行查詢。除此之外，登陸后的界面以中文的形式展示，使得人們在進行操作的時候更加容易，且在功能方面也更加全面，如具備有定期刪減功能等。

（3）智能一體化調(diào)度臺。該調(diào)度臺，除了具備傳統(tǒng)調(diào)度臺均具備的功能以外，如：電話監(jiān)控功能等，還具備其他的一些功能，如：可以根據(jù)收集到的圖標顏色、文字指示等，顯示出該用戶的一些狀態(tài)情況。該調(diào)度臺還具備有其他的一些調(diào)度功能，如轉(zhuǎn)接功能、代答功能等。

（4）GIS 服務。融合后的系統(tǒng)，一些信息的顯示將會更加的全面且具體，如對于人員位置的顯示、對于車輛位置的顯示等等。GIS服務的種類有很多種，根據(jù)其所提供的服務內(nèi)容，可以將其劃分成兩大類：一個是GIS 數(shù)據(jù)服務，主要的功能就是提供一些必要的數(shù)據(jù)；一個是GIS功能服務，其主要的功能就是對所收集的數(shù)據(jù)進行處理。

（5）地面基站。地面基站的建立，其依據(jù)是4G 專網(wǎng)，其主要的功能就是為了實現(xiàn)對整個工作區(qū)域中覆蓋4G 專網(wǎng)，其目的就是為了保障在任意區(qū)域中，均能夠?qū)崿F(xiàn)信息的暢通，及時地對生產(chǎn)中的各項信息進行傳輸，確保生產(chǎn)能夠安全、高效。

（6）井下本安融合通信分站。該通信站建立的前提是4G 技術(shù)基站，而該4G 技術(shù)基站則是在FDD-LTE的基礎上展開的，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)4G 網(wǎng)的無線通信，同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)精準定位。除此之外，在此融合通信分站的布置過程中，為了能夠使工作區(qū)域中全部實現(xiàn)信號覆蓋，在各個區(qū)域中均布置了信號基站，如：中央變電所、2 號副斜井等。正在建設的區(qū)域同樣也覆蓋了信號。

（7）4G車載臺。為了更好地使4G信號在工作區(qū)域中得到全面的覆蓋，4G模式的車載臺應運而生，其終端是4G 模式，因此，在進行語音通話時，音質(zhì)較高，與此同時，還可以在膠輪車上直接安裝有4G 車載臺，實現(xiàn)司機與調(diào)度人員的實時溝通。

（8）信號燈。為了確保井下工作的有序展開，需要在不同的區(qū)域中均安裝有信號燈，確保生產(chǎn)車隊按照順序進行流通，與此同時，調(diào)度室中的工作人員還可借助望遠鏡等工具實時監(jiān)測信號燈的狀況，確保生產(chǎn)能夠安全進行，同時還可根據(jù)生產(chǎn)需要對信號燈進行調(diào)控。

（9）本安顯示屏。由于在彎道處存在車輛盲區(qū)，因此需要在此處安裝有本安顯示屏，當車輛駛?cè)氲綇澋绤^(qū)域中時，可通過該顯示屏觀察到道路狀況，能夠及時地避讓行人或者車輛。不僅如此，對于車流量以及人流量較大的彎道，除了需要安裝有LED顯示屏以外，為了確保行人以及車輛的安全，還需要安裝有語音提醒裝置，確保安全通行。

（10）車輛運輸管理。該融合通信能夠?qū)崟r對井下車輛的運輸工作進行監(jiān)測，不僅如此，井上的調(diào)度室中的工作人員還可以實時地與駕駛司機進行語音對講，確保車輛能夠安全地進行工作。即便車輛不在工作，安裝的車載通信系統(tǒng)仍然能夠持續(xù)地進行工作，持續(xù)時間可達1h，確保通訊暢通無阻。除此之外，還能夠?qū)崟r地監(jiān)測井下中車輛的位置，不僅如此，隨著井下車輛的移動工作，調(diào)度室中的工作人員能夠在顯示屏中看到車輛所處的地圖，并可以查看該車輛的周圍狀況。

4 系統(tǒng)優(yōu)化效果

（1）融合后的系統(tǒng)，包含了多種業(yè)務模塊，如：“一站”集成4G模塊以及WiFi模塊等，不僅如此，融合后的系統(tǒng)還能夠同時對多個系統(tǒng)信息進行傳遞，這大大解決了各種必要問題，如：通信問題、車輛的實時定位問題、車輛的調(diào)度問題等。融合系統(tǒng)也大大減少了電纜線的使用，這不僅使得井下線路的排布更加簡單，同時，在對其維護與保養(yǎng)方面也變得更加的容易。在對車輛的綜合調(diào)度方面，不僅增加了有線以及無線的調(diào)度，同時，還增加了車輛調(diào)度、廣播調(diào)度等，不僅如此，還能夠?qū)崿F(xiàn)某一區(qū)域的調(diào)度，這對調(diào)度系統(tǒng)效率的提高有大大的促進作用。

（2）由于在工作過程中需要大量數(shù)據(jù)的傳輸，因此，為了解決此種現(xiàn)象，該項目的無線架構(gòu)采用了“千兆+4G+WiFi+UWB+CAN+I/O”，在802.11 協(xié)議的基礎上，使得其在兼容性方面有所提高，開放性方面同樣如此。不僅如此，該融合系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)公網(wǎng)數(shù)據(jù)用戶的遠程接入，這使得即便是外出公干人員，也能夠?qū)崟r地對生產(chǎn)區(qū)域進行調(diào)度。

（3）該融合系統(tǒng)中的定位系統(tǒng)，是以飛行時間技術(shù)為主的，采用這一技術(shù)，便能夠?qū)乱约熬瞎ぷ魅藛T、車輛等的位置進行精準的定位，并且，該定位的精度還比較高，只有0.3m 的誤差。而對于車輛的調(diào)度系統(tǒng)，是以WIFI 信號作為基礎的，確保了調(diào)度信息的通暢性，能夠?qū)φ麄€工作區(qū)域進行統(tǒng)一的調(diào)度，對車輛行駛的安全性，有很大的提高。

5 結(jié)語

在東大煤礦中，對優(yōu)化后的系統(tǒng)進行的應用測試，對于不同的業(yè)務目標大部分均能夠?qū)崿F(xiàn)：①在當下的定位系統(tǒng)中，融入4G 無線通信系統(tǒng)，對當下的定位基站進行升級，使得定位、車輛管理以及通信能夠進行相融合，在后期的建設過程中，能夠避免重復建設，同時，還能夠大大減少維護量；②井下、井上能夠?qū)崿F(xiàn)高清的視頻、語音通話，并且還可實現(xiàn)信息的傳輸；③在調(diào)度過程中，任意調(diào)度臺均能夠?qū)崿F(xiàn)對有線、無線、車輛的調(diào)度；④融合后的系統(tǒng)具備了較為全面的調(diào)度功能。

上述業(yè)務目標的實現(xiàn)，不僅促進了東大煤礦智慧化的建設，同時，還大大提高了生產(chǎn)的安全性以及效率性。