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礦山救護隊井下救災通信調度系統解決方案
一 概述
1.1 應用背景
當前，我國煤礦企業在應急救援領域的投入主要集中在大型設備上，如鉆探裝備、排水系統和逃生艙等，而對應急通信系統的重視程度相對不足。在有限的通信系統投資中，資源又大多傾斜于地面設施，如通信指揮車輛和指揮調度軟件，真正適合井下救援作業的本質安全型通信設備極為匱乏。這一現狀既受到投資導向和實施難度的影響，也反映出井下應急救援通信技術長期未能取得實質性突破的現實困境。
作為煤礦災后救援的"感知中樞"，應急通信系統承擔著環境監測、信息傳遞和指揮調度等關鍵職能，能夠實時獲取井下災情動態和人員狀態，優化救援資源配置，顯著提升救援效率。
1.2 現有技術缺陷
盡管市場上已出現多種礦用應急通信設備，但其普遍存在以下技術瓶頸：
(1). 覆蓋能力有限：現有設備有效傳輸距離通常不超過1-2公里，無法構建貫穿災害區域至安全地帶的完整通信鏈路。
(2). 續航性能不足：本質安全型通信基站持續工作時間普遍低于4小時，難以支撐單班次（8小時）的連續救援作業需求。
(3). 數據傳輸瓶頸：現有帶寬難以承載多路語音、環境數據及高清視頻的并發傳輸。
(4). 部署效率低下：系統啟用需進行復雜的參數調試，對操作人員專業技術要求過高。
(5). 網絡可靠性弱：基站間多采用串聯式無線連接，單點故障易導致整個通信系統癱瘓。
(6). 功能集成度低：缺乏將精確定位系統與生命體征監測融合的解決方案，存在次生事故隱患。
(7). 抗干擾能力差：救援現場高強度噪聲嚴重影響語音通信清晰度，降低協同效率。
二 系統介紹
2.1 設計思路
針對現有產品的不足與煤礦救援所面臨的特殊環境，井下應急救援通信調度系統需具備全本安、方便攜帶、易于部署、通信距離長、電池續航能力強的核心特點，缺少任何一項都將使系統的實用性大打折扣。視頻監控具備最直觀的視頻圖像，在面對復雜的災害場景時，是最有效的現場指揮與事后分析的手段，也是新一代的應急救援通信調度系統所必須具備的功能。
2.2 系統特點
礦用應急救援通信調度系統主要核心功能有如下幾個方面：
一是在極端突發事件中，“三斷”情況（斷路、斷網、斷電）”情況下，通過便攜光纜、被復線、無線MESH和無線Wifi Halow等多種有線無線通信方式，快速打通地面和井下主干通信以及井下快速的網絡覆蓋；
二是打通地面和井下主干通信以及井下網絡覆蓋后，還可通過相應的配套模塊實現更多通信系統的接入，包括無線對講系統、4G/5G通信、衛星通信、集群對講等等，提供更多的通信手段保障。
三是網絡通信快速搭建后，實現地面和井下的融合指揮調度功能，包括語音調度、視頻調度、音視頻會議、視頻監控、無線對講等功能。
2.2.1 應急救援地面和井下通信
(1). 地面救援指揮和井下采用便攜光纜、被復線傳輸方式，通過支持光纖級聯和被復線總線式接入功能的井下融合通信終端，快速打通地面井下主干通信網絡，多種通信方式提高了整個系統的可靠性，智能多路由技術解決了單點故障對系統的不良影響；
(2). 井下融合通信終端可以通過光纖、被復線進行繼續延伸，擴大網絡覆蓋范圍；
(3). 井下融合通信終端本身支持有線網絡接入，可以直接接入比如IP攝像頭，IP廣播終端，IP電話等井下以太網通信終端；
(4). 井下融合通信終端還可以通過其具備的MESH自組網中繼或WiFi Halow無線中繼，實現無線組網覆蓋，為井下本安手機、本安無線攝像頭提供WiFi接入功能，擴大覆蓋范圍，實現了井下災害區域、井下安全區域、地面指揮中心整個通信通道的貫通；
(5). 井下融合通信終端便攜式防爆設備，自帶大容量電池，免配置組網，易于攜帶與快速布放，能提供不少于8小時的連續工作時間；
(6). 井下融合通信終端如果只工作于被復線通信方式，本身不需要供電，不存在續航問題；
(7). 配套通信終端完備：可以接入支持wifi的其他防爆通信終端，諸如WIFI一體化對講安全礦帽、三防智能本安手機、便攜式本安無線攝像機、本安平板計算機、指揮系統平臺等。
2.2.2 融合通信
2.2.2.1 跨終端混合編組
n 支持將SIP對講、便攜指揮平臺、窄帶集群、公網POC、4G/5G終端等終端進行混合編組；
n 與窄帶集群互通，補充現網窄帶集群的能力；
n 指揮中心調度員通過與現場人員的移動終端互通，實現語音、文本、圖片、視頻等多媒體消息的交互。
2.2.2.2 無線對講系統融合
支持商用130M集群、公安350MHz 集群(PDT)系統、370MHz應急管理集群(PDT)系統、400MHz 商用集群系統、模擬/數字常規(DMR) 系統(頻道點對點通信)、短波系統接入，在用戶現有無線網絡基礎上提供專用網關實現融合對接，融合后可與系統內其他通信手段實現互聯互通。
2.2.2.3 無人機對接
支持無人機系統各類音視頻掛載的對接，整合無人機定位、音視頻數據，統一調度，豐富融合通信現場側指揮的采集、調度手段。
2.2.2.4 視頻監控接入
支持通過國標協議與視頻監控系統對接，實現對現場監控圖像的調閱，同時支持監控圖像轉發/分發至其他多媒體終端(手機 APP、調度臺等)，支持 H.264、MPEG、MPEG-4等視頻格式。
主要接入井下防爆攝像機、智能安全帽和本安手機等設備或終端的視頻信號，提供井下清晰的視頻畫面。
2.2.2.5 井下物聯網接入
支持通過WiFi、以太網、Lora等有無線方式接入井下物聯網設備和終端，包括本安型多參數氣體檢測儀(CH₄/O₂/CO/CO₂等)、粉塵濃度監測儀、智能礦帽、單兵視頻記錄儀、鉆探設備工裝檢測終端、應急電源管理系統等環境監測、人員裝備和救援設備的接入，為緊急救援鞠策提供實時、全面的數據支撐，有效提升事故救援的成功率和安全性。
地面便攜智慧平臺一旦監測到井下物聯網監測數據異常，給出彈窗告警提示和語音播報提醒，并實時顯示人員、設備的位置以及具體數據信息。
2.2.3 應急救援指揮調度
2.2.3.1 語音調度功能
地面便攜指揮平臺可發起對井下手機、廣播終端、本安手機和單兵終端的語音調度調度功能，主要包括語音通信的所有基本通信和補充業務功能、常用調度功能、調度會議功能、錄音、系統管理、調度員管理、其他相關功能等，支持對各類通信終端進行急呼、撥號、監聽、代接、保持、強插、強拆、轉接、會議、撥號盤、編輯、廣播等指揮調度功能。
n 呼叫：可以通過屏幕撥號盤、選擇目標終端實現呼叫功能；
n 急呼：緊急呼叫。急呼與普通呼叫不一樣的振鈴音；
n 一號呼：點擊一號呼可以按照最有可能先找到用戶的通信手段依次接通各種通信聯絡，直到收到用戶的回應為止；
n 掛斷：立即結束選定的終端通話
n 監聽：監聽選定的終端通話，對方無感知，可分為通話監聽和環境監聽等應用方式；
n 強插：將選定的正在通話中的終端通話變成三方會議模式；
n 密語：與選定的正在通話中的終端通話，另一方無感知；
n 拆講：將選定的正在通話中的終端通話變成跟控制臺通話，另一方被強制掛斷；
n 轉接：將選定的終端通話轉接到指定的終端上。
n 協轉：將來電轉接到指定分機之前，先征求分機意見。常用于轉接到重要領導或重要場所的電話轉接。
n 點名：用于對所在組的分機全部呼叫一遍，接通后播放事先錄好的語音，坐席電話可以監聽并插話最后并給出呼叫統計記錄。也可用于企業點名、電商銷售等；
n 輪詢：用于對所在組的分機全部呼叫N遍，每遍都對沒有呼通的分機在呼叫，呼叫N遍后停止，或人工干預后停止，最后給出呼叫統計記錄。常用于電話通知類服務；
n 值班：用于將坐席電話轉接到值班電話上，也有叫“夜服”電話的。
n 錄音：對指定的電話進行錄音，掛斷時自動停止；
n 會議：用于對多選的分機創建臨時會議組、激活并轉到會議組的界面，在通信錄界面也可以創建會議組。
n 廣播：用于對多選的分機創建臨時廣播組、激活并轉到廣播組的界面。
n 對講：用于對多選的分機創建臨時對講組、激活并轉到對講組的界面。
n 攝像頭：用于顯示當前用戶相關連的視頻，如果在兩方通話中，則同時顯示雙方視頻。
2.2.3.2 音視頻調度功能
主要功能包括：呼叫、接收、調閱、監視、視頻轉發、視頻分發、指令發布、共享屏幕、會商管理、視頻融合（畫面管理）、視頻源管理、音視頻記錄、資料管理。
n 呼叫：調度臺呼叫音視頻單兵終端；
n 接收：當接收到音視頻單兵終端的呼叫后，單擊終端按鈕即可接聽；
n 調閱：用于查看存儲在服務器的相關業務文件，包括文檔、參數數據、圖片、圖像等。
n 監視：用于調度臺不經單兵終端用戶的同意，自動調閱用戶攝像頭的內容。單兵用戶可以配置是否使能該功能。也包括對攝像頭的監視；
n 視頻轉發：將正在與調度臺進行通信的終端視頻轉移到其它空閑的音視頻終端；
n 視頻分發：將調度臺視頻或含多個視頻的窗口分配到其它多個音視頻終端上；
n 指令發布：指向一個或多個終端發送文本短信指令信息，單兵終端收到后會回復確認信息；
n 共享屏顯：指調度臺向某終端或視頻會商組共享自己的屏幕、或屏幕上的一個窗口；
n 創建會會商：指將多個音視頻終端拉入一個會議室組中，并命名該會議室；
n 會議組管理：對已經創建好的會議室重新修改會議上名稱和成員列表
n 開始會商：指邀請已經創建好的會議的所有成員入會。如果會議成員接收邀請則入會。如果邀請的是網絡攝像頭這樣的傻終端，則自動入會。如果該會議已經開始，則該調度臺自動加入該會議。
(1). 視頻融合：用于對某個視頻會議的圖像進行某些預設的排列方式進行輸出。通常用于輸出到大屏幕，或者輸出到手機等終端上，也可以用于會議記錄；視頻融合的模式有等分模式、N+1模式、VIP模式等；
(2). 音頻輸出選擇：用于選擇哪些音頻可以通過某個聲卡輸出，可以選擇多個音頻進行混音；
n 音視頻記錄：用于對某終端的音視頻進行記錄，也可以對某會議室的的融合視頻進行記錄；
n 檢索：用于音視頻記錄的檢索，對系統操作記錄、用戶狀態記錄的檢索；
n 資料管理：對各調度臺和單兵終端共享文檔資料的管理，增加、刪除、觸發設置等。
2.2.3.3 應急廣播功能
地面便攜指揮平臺支持對井下應急廣播終端的應急廣播調度功能，包括對講、語音插播、文件插播、強插、監聽、保持、轉接、強拆、整點報時、任務創建等功能。
2.3系統架構
系統設計說明：
事故現場的網絡通信基礎多數會被事故或災害損壞，或者由于現場斷電導致無法持續使用，而且許多位置即沒有無線網絡覆蓋也沒有光纜到達，這時需要快速重新建設網絡，所以礦山應急救援系統以方便、快速、可靠組網為核心，保障系統的可實施性與可用性。
根據事故現場距離地面指揮中心的距離、事故處置的復雜程度選擇全無線(Wifi Halow或者MESH)組網或光纖+無線組網或者被復線組網的方式。根據傳輸距離遠近以及布設條件靈活選擇組網方式近。
(一). 便攜光纖組網
主要地面便攜調度主機與井下融合通信終端之間的連接，打通地面與井下的主干通信，提供高帶寬通信。
(二). Wifi Halow或MESH無線組網
井下融合通信終端向巷道推進，可以采用WiFi Halow或者MESH無線中繼組網，減少布線工作，本設備支持內置電池續航，只需要移動本設備即可擴大網絡覆蓋范圍，其他井下單兵設備或者本安手機通過WiFi接入即可。
(三). 被復線組網
地面便攜調度主機與井下融合通信終端均支持被復線接入，井下融合通信終端采用被復線傳輸方式組網，有三大優勢：
n 總線式接入，只需要通過卡線端子能夠快速連接被復線，極大減少接續時間；
n 被復線通信方式下，井下通信終端無線供電即可提供有線網絡接入；
n 傳輸距離遠，10KM被復線上最大可提供2M傳輸帶寬，最多可總線式接入15個終端。
(四). 混合組網
地面(mian)便攜(xie)調度主機和井下融(rong)合通信(xin)終(zhong)端均可支持多(duo)種通信(xin)方(fang)(fang)式(shi)的(de)同時接入，可根(gen)據救(jiu)援現場(chang)情(qing)況，實現多(duo)方(fang)(fang)向，多(duo)條救(jiu)援鏈路(lu)上(shang)的(de)網絡通信(xin)功(gong)能。
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