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矿山公共信息与应急广播系统设计
发布日期:2019-5-30   点击次数:

早年,国家煤矿?#24067;?#23616;关于印发《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》中明确规定要实现井下有线和无线传输网络的有机融合、多系统的融合可采用地面方式,但是鼓励新安装的系统采用井下方式融合。为响应国家政策,广播系统应实现多系统融合接入,可与环境监测、人员定位等系统融合。实现多系统联动,特殊情况发生应急广播,做到的事前有预警、事中有报警与事后有救援方案的广播,及时传达矿山应急部署与应对方案播报。

在矿山安全生产过程中,有许多行业要求,政策标准需要及时传达给全体员工,亟需一套媒介实现公共信息的播报,而矿山用公共与应急广播系统按照矿山行业要求,可实现矿山企业在公共信息播报与应急广播的需求。矿井通讯与应急广播作为矿井通讯重要一环急需得到大力扶植发展与研究。


1 研发背景
矿井通讯与应急广播系统是除监控系统、人员定位、紧急避险等系统之外重要的六大系统之一,需要投入大量的科研力量进行深入研究与集成应用的拓展[1]。矿山用公共与应急广播系统的开发?#30830;?#21512;国家政策的要求,也满足行业与市场发展的需求,同时也拓展了研究院在矿井通讯系统方向的发展与?#30001;臁?/span>


应急广播技术在国内外并不属于全新的技术,技术发展成熟,有良好的技术基础与众多的应用案例,在矿山的应用也很广泛,但是在矿山实际应用过程中普遍存在系统不稳定,独立运行与其他系统不能融合与交互等问题。为顺应国家新标准的制定与执?#26657;?#25353;照新的要求必须发展应急广播与其他系统的融合与联动,工作面安装广播终端、实现调度系统、SIP电话等互拨互通,因此亟需矿山用公共信息与应急广播系统,与矿山用其他安全辅助系统融合,实现SIP协议设备的互联互通,用以辅助矿山安全生产工作。

2 系统功能设计
矿山用公共信息与应急广播系统是一?#20934;?#32039;急信息的广播、公共信息播报为一体的通信系统。专为矿山企业开发的融?#31995;?#20170;前沿计算机技术、通讯技术、网络广播技术的新一代广播系统,具有技术先进、可靠性高、抗干扰性强、音质好、扩音范围广、广播方式多种多样等特点[2]。

1)多种广播方式。①全体广播:对广播系统网络内连接的所有广播终端发布播报信息;②?#26234;?#22495;广播:对特定的区域内的广播终端发布播报信息;③定点广播:对广播系统网络内连接的?#25105;?#19968;个特定广播终端发布播报信息;④紧急广播:使用应急广播话筒,进行紧急信息的播报。

2)双向通话功能。系统设计双向通话功能,通过网络寻呼话筒可与井下分站进行全双工对讲;分站与分站之间进行全双工对讲;紧急时,分站可一键与网络寻呼话筒进行全双工对讲,即通过寻呼话筒等设备,或者通过矿山用公共信息与应急广播软件系统向终端进行通话,终端需要上上端通话时,按下通话按钮,即可与管理中心通话。

3)音源种类丰富。矿山用公共信息与应急广播系统支持播报的语音格式丰富,不受设备?#38382;?#19982;类型的限制。

4)自动播放功能。矿山用公共信息与应急广播系统可通过上位机软件个性化定制自动播放的规则,可设置时间、播报的内容、播报的范围等信息。

5)广播终端状态监测功能。系统通过上位机管理软件自动?#24067;?#21508;广播终端的值机状态,是否发生故障,并及时进行提?#36873;?/span>

6)系统可与监控系统、人员定位融合,实现联动预报警。矿山用公共信息与应急广播系统支持与主流监控系统、人员定位等安全辅助系统的融合与联动。根据监控系统统一?#25945;?#25512;送的联动条件进行相应的联动动作:①定位系统应在收到应急联动条件后,按其分站地址,对识别卡进行广播报警,或取消广播报警;②广播系统应在收到应急联动条件后,按其分站地址、报警地点,播放报警,或取消报警[3]。

7)统?#21697;?#26512;功能。矿山用公共信息与应急广播系统支持设备状态的记录与存储,并进行历史数据的统计与分析。具有报表等打印功能。报表包括:分站运行故障报表、分站播放记?#24613;?#34920;等。

矿山用公共信息与应急广播系统井下设备供电电源工作电压是AC127/380/660 V;系统中各个分站输出的话音强度≥85 dB,失真度≤10%;软件主体画面响应时间不大于3 s,其余画面应不大于5 s;系统最大配接容量为:矿用本安型广播分站32台、网络寻呼话筒1台;备用电源在电网停电后,备用电源应能保证分站正常工作时间不小于2 h[4]。电源波动适应能力强,井下设备在额定电压75%~110%范围内波动。

3 系统结构构成
矿山用公共信息与应急广播系统采用全新理念搭建,将信号通过IP寻址方式送到矿用本安型广播分站,分?#26223;?#38899;频信号传送到终端矿用隔爆兼本安型音箱[5]。主要设备包括信号源部分、系统管理软件及管理用上位机、信号传输部分、矿用本安型广播分站、矿用隔爆兼本安型音箱等[6]。最简系统结构组成图如图1。

矿山用公共信息与应急广播系统结构图
图1 最简系统结构组成图

4 主要关键技术
1)SIP 协议使用。SIP(Session Initiation Protocol)是1个应用层的信令控制协议。用于创建、修改和释放1个或多个参与者的会话。这些会话可以是Internet多?#25945;?#20250;议、IP电话或多?#25945;?#20998;发。会话的参与者可通过组播(multicast)、网状单播(unicast)或两者的混合体进行通信[7-8]。矿山用公共信息与应急广播系统要实现与支持SIP协议设备的互联互通,必须支持SIP协议。充分理解SIP协议工作原理与流程,充分利用SIP的便利实现与其他设备的融合。

2)软?#24067;?#36890;讯协议?#25945;?#19982;制定。矿山用公共信息与应急广播系统主要包括?#24067;?#21644;软件开发2个部分,要充分考虑各?#26234;?#20917;,尽可能的制定一套完?#39057;?#36719;?#24067;?#20043;间的通讯协议。既要满足目前的功能设?#39057;?#38656;要,又要尽可能的考虑到技术发展与横向设备融?#31995;?#38656;要,?#25945;?#21046;定一套通讯协议。

3)ARM开发技术。根据IEEE(国?#23454;?#26426;工程师协会)的定义,嵌入式系统(ARM)是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置?#20445;?#21407;文为devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants) [9]。 这主要是从应用上加以定义的,从中可以看出嵌入式系统是软件和?#24067;?#30340;综合体,还可以涵盖机械等附属装置。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器[10]。ARM处理器的3大特点是:耗电少功能强、16位/32?#20976;?#25351;令集和众多合作伙伴[11]。

矿山用公共信息与应急广播系统的?#24067;?#35774;备基于ARM进行开发,需要充分理解嵌入式开发原理与实现方法,这是矿山用公共信息与应急广播系统的研发成功与否的关键。

5 结语
矿山用公共信息与应急广播系统经过了研发和工业测试阶段,目前已在众多的矿山企业安装运?#26657;?#36816;行状况良好,系统功能完善,并以其友好的界面,使用方便等特点被广大矿上企业用户所接受,发挥了为矿山安全生产提供安全保?#31995;?#20316;用,并与其他安全生产辅助系统无缝融合,为国家矿山行业的安全与发展保驾护航。


参考文献:
[1] 张伟杰,肖开泰.煤矿应急管理集成信息系统设计[J].中国安全生产科学技术,2014(1) :87-91.
[2] 李建生.矿用智能安全广播系统的应用[C]∥第23届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第5届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集.?#26412;?中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会,2013.
[3] 庄严,张伟杰.监控与应急广播系统联动的实现[J].煤矿安全,2018,49(1):126-128.
[4] AQ 6201—2006煤矿安全监控系统通用技术要求[S].
[5] 刘登彪,历洪卫,朱本岗,等.煤矿井下广播系统的研究与应用[J].电脑与电信,2011(10) :46-47.
[6] 姜霏.某矿井永久避难硐室供电及环境监测系统设计[J].价值工程,2014(5) :25-26.
[7] 亢娟.基于WCDMA网络的智能公交系统接口协议研究[D].太原:太原理工大学,2013.
[8] 管有庆.基于 SIP的 ParlayCC/DSCAPI设计[J].?#26412;┯实?#22823;学学报,2004,27(Z1):125-130.
[9] 姜立鹏.基于uClinux的嵌入式Web服务器的研究与实现[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2008.
[10] 张晓利.嵌入式系统中的处理器技术[J].单片机与嵌入式系统应用,2010,10(8):12-15.
[11] 贺皓,王竞原,胡运发.嵌入式网络高清晰多?#25945;?#25773;放终端的设计与实现[J].计算机应用与软件,2008,25(10) :239-241.

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