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礦山公共信息與應急廣播系統設計
發布日期:2019-5-30   點擊次數:

早年,國家煤礦安監局關于印發《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》中明確規定要實現井下有線和無線傳輸網絡的有機融合、多系統的融合可采用地面方式,但是鼓勵新安裝的系統采用井下方式融合。為響應國家政策,廣播系統應實現多系統融合接入,可與環境監測、人員定位等系統融合。實現多系統聯動,特殊情況發生應急廣播,做到的事前有預警、事中有報警與事后有救援方案的廣播,及時傳達礦山應急部署與應對方案播報。

在礦山安全生產過程中,有許多行業要求,政策標準需要及時傳達給全體員工,亟需一套媒介實現公共信息的播報,而礦山用公共與應急廣播系統按照礦山行業要求,可實現礦山企業在公共信息播報與應急廣播的需求??缶ㄑ隊胗憊悴プ魑缶ㄑ噸匾換芳斃璧玫醬罅Ψ鮒卜⒄褂胙芯?。


1 研發背景
礦井通訊與應急廣播系統是除監控系統、人員定位、緊急避險等系統之外重要的六大系統之一,需要投入大量的科研力量進行深入研究與集成應用的拓展[1]??笊接霉燦胗憊悴ハ低車目⒓確瞎藝叩囊?,也滿足行業與市場發展的需求,同時也拓展了研究院在礦井通訊系統方向的發展與延伸。


應急廣播技術在國內外并不屬于全新的技術,技術發展成熟,有良好的技術基礎與眾多的應用案例,在礦山的應用也很廣泛,但是在礦山實際應用過程中普遍存在系統不穩定,獨立運行與其他系統不能融合與交互等問題。為順應國家新標準的制定與執行,按照新的要求必須發展應急廣播與其他系統的融合與聯動,工作面安裝廣播終端、實現調度系統、SIP電話等互撥互通,因此亟需礦山用公共信息與應急廣播系統,與礦山用其他安全輔助系統融合,實現SIP協議設備的互聯互通,用以輔助礦山安全生產工作。

2 系統功能設計
礦山用公共信息與應急廣播系統是一套集緊急信息的廣播、公共信息播報為一體的通信系統。專為礦山企業開發的融合當今前沿計算機技術、通訊技術、網絡廣播技術的新一代廣播系統,具有技術先進、可靠性高、抗干擾性強、音質好、擴音范圍廣、廣播方式多種多樣等特點[2]。

1)多種廣播方式。①全體廣播:對廣播系統網絡內連接的所有廣播終端發布播報信息;②分區域廣播:對特定的區域內的廣播終端發布播報信息;③定點廣播:對廣播系統網絡內連接的任意一個特定廣播終端發布播報信息;④緊急廣播:使用應急廣播話筒,進行緊急信息的播報。

2)雙向通話功能。系統設計雙向通話功能,通過網絡尋呼話筒可與井下分站進行全雙工對講;分站與分站之間進行全雙工對講;緊急時,分站可一鍵與網絡尋呼話筒進行全雙工對講,即通過尋呼話筒等設備,或者通過礦山用公共信息與應急廣播軟件系統向終端進行通話,終端需要上上端通話時,按下通話按鈕,即可與管理中心通話。

3)音源種類豐富??笊接霉殘畔⒂胗憊悴ハ低持С植ケǖ撓鏌舾袷椒岣?,不受設備形式與類型的限制。

4)自動播放功能??笊接霉殘畔⒂胗憊悴ハ低晨賞ü銜換砑魴曰ㄖ譜遠シ諾墓嬖?,可設置時間、播報的內容、播報的范圍等信息。

5)廣播終端狀態監測功能。系統通過上位機管理軟件自動巡檢各廣播終端的值機狀態,是否發生故障,并及時進行提醒。

6)系統可與監控系統、人員定位融合,實現聯動預報警??笊接霉殘畔⒂胗憊悴ハ低持С鐘脛髁骷囁叵低?、人員定位等安全輔助系統的融合與聯動。根據監控系統統一平臺推送的聯動條件進行相應的聯動動作:①定位系統應在收到應急聯動條件后,按其分站地址,對識別卡進行廣播報警,或取消廣播報警;②廣播系統應在收到應急聯動條件后,按其分站地址、報警地點,播放報警,或取消報警[3]。

7)統計分析功能??笊接霉殘畔⒂胗憊悴ハ低持С稚璞缸刺募鍬加氪媧?,并進行歷史數據的統計與分析。具有報表等打印功能。報表包括:分站運行故障報表、分站播放記錄報表等。

礦山用公共信息與應急廣播系統井下設備供電電源工作電壓是AC127/380/660 V;系統中各個分站輸出的話音強度≥85 dB,失真度≤10%;軟件主體畫面響應時間不大于3 s,其余畫面應不大于5 s;系統最大配接容量為:礦用本安型廣播分站32臺、網絡尋呼話筒1臺;備用電源在電網停電后,備用電源應能保證分站正常工作時間不小于2 h[4]。電源波動適應能力強,井下設備在額定電壓75%~110%范圍內波動。

3 系統結構構成
礦山用公共信息與應急廣播系統采用全新理念搭建,將信號通過IP尋址方式送到礦用本安型廣播分站,分站把音頻信號傳送到終端礦用隔爆兼本安型音箱[5]。主要設備包括信號源部分、系統管理軟件及管理用上位機、信號傳輸部分、礦用本安型廣播分站、礦用隔爆兼本安型音箱等[6]。最簡系統結構組成圖如圖1。

礦山用公共信息與應急廣播系統結構圖
圖1 最簡系統結構組成圖

4 主要關鍵技術
1)SIP 協議使用。SIP(Session Initiation Protocol)是1個應用層的信令控制協議。用于創建、修改和釋放1個或多個參與者的會話。這些會話可以是Internet多媒體會議、IP電話或多媒體分發?;嶧暗牟斡胝嚦賞ü椴ィ╩ulticast)、網狀單播(unicast)或兩者的混合體進行通信[7-8]??笊接霉殘畔⒂胗憊悴ハ低騁迪鐘脛С諷IP協議設備的互聯互通,必須支持SIP協議。充分理解SIP協議工作原理與流程,充分利用SIP的便利實現與其他設備的融合。

2)軟硬件通訊協議探討與制定??笊接霉殘畔⒂胗憊悴ハ低持饕ㄓ布腿砑?個部分,要充分考慮各種情況,盡可能的制定一套完善的軟硬件之間的通訊協議。既要滿足目前的功能設計的需要,又要盡可能的考慮到技術發展與橫向設備融合的需要,探討制定一套通訊協議。

3)ARM開發技術。根據IEEE(國際電機工程師協會)的定義,嵌入式系統(ARM)是“控制、監視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置”(原文為devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants) [9]。 這主要是從應用上加以定義的,從中可以看出嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體,還可以涵蓋機械等附屬裝置。嵌入式系統的核心是嵌入式微處理器[10]。ARM處理器的3大特點是:耗電少功能強、16位/32位雙指令集和眾多合作伙伴[11]。

礦山用公共信息與應急廣播系統的硬件設備基于ARM進行開發,需要充分理解嵌入式開發原理與實現方法,這是礦山用公共信息與應急廣播系統的研發成功與否的關鍵。

5 結語
礦山用公共信息與應急廣播系統經過了研發和工業測試階段,目前已在眾多的礦山企業安裝運行,運行狀況良好,系統功能完善,并以其友好的界面,使用方便等特點被廣大礦上企業用戶所接受,發揮了為礦山安全生產提供安全保障的作用,并與其他安全生產輔助系統無縫融合,為國家礦山行業的安全與發展保駕護航。


參考文獻:
[1] 張偉杰,肖開泰.煤礦應急管理集成信息系統設計[J].中國安全生產科學技術,2014(1) :87-91.
[2] 李建生.礦用智能安全廣播系統的應用[C]∥第23屆全國煤礦自動化與信息化學術會議暨第5屆中國煤礦信息化與自動化高層論壇論文集.北京:中國煤炭學會煤礦自動化專業委員會,2013.
[3] 莊嚴,張偉杰.監控與應急廣播系統聯動的實現[J].煤礦安全,2018,49(1):126-128.
[4] AQ 6201—2006煤礦安全監控系統通用技術要求[S].
[5] 劉登彪,歷洪衛,朱本崗,等.煤礦井下廣播系統的研究與應用[J].電腦與電信,2011(10) :46-47.
[6] 姜霏.某礦井永久避難硐室供電及環境監測系統設計[J].價值工程,2014(5) :25-26.
[7] 亢娟.基于WCDMA網絡的智能公交系統接口協議研究[D].太原:太原理工大學,2013.
[8] 管有慶.基于 SIP的 ParlayCC/DSCAPI設計[J].北京郵電大學學報,2004,27(Z1):125-130.
[9] 姜立鵬.基于uClinux的嵌入式Web服務器的研究與實現[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學,2008.
[10] 張曉利.嵌入式系統中的處理器技術[J].單片機與嵌入式系統應用,2010,10(8):12-15.
[11] 賀皓,王競原,胡運發.嵌入式網絡高清晰多媒體播放終端的設計與實現[J].計算機應用與軟件,2008,25(10) :239-241.

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