時(shí)間：2022-04-10 10:45:26
序論：在您撰寫煤礦應(yīng)急系統(tǒng)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
【摘 要】文章簡單明了的介紹了應(yīng)急廣播系統(tǒng)的總體概要、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)的功能特點(diǎn)。詳細(xì)的闡述了應(yīng)急廣播系統(tǒng)在煤礦井下安全生產(chǎn)中的重要性和必要性。
【關(guān)鍵詞】應(yīng)急廣播;礦井;安全
1、引言
近一個(gè)時(shí)期以來，在煤礦安全事故頻發(fā)的客觀條件下，國家安監(jiān)總局了煤礦井下避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的建設(shè)規(guī)范和建設(shè)時(shí)間表，規(guī)定時(shí)間內(nèi)未完成“六大系統(tǒng)”建設(shè)的煤礦將被關(guān)停。[1]為保證煤礦企業(yè)遭遇突發(fā)性事件時(shí)，能以最簡捷、最快的途徑通知井下作業(yè)人員，并指導(dǎo)相關(guān)人員緊急疏散或采取相應(yīng)安全措施，做到及時(shí)并有效的應(yīng)急救援，通過結(jié)合語音廣播現(xiàn)狀與發(fā)展方向，采用數(shù)字技術(shù)、單片機(jī)編解碼技術(shù)、高級軟件編程技術(shù)等開發(fā)了數(shù)字化可尋址礦用智能應(yīng)急救援語音系統(tǒng)。該系統(tǒng)集安全播報(bào)、調(diào)度指揮、安全監(jiān)測、公共語音為一體，是新一代的數(shù)字化語音系統(tǒng)。礦用智能應(yīng)急救援語音系統(tǒng)結(jié)合煤礦安全生產(chǎn)的需要，以安全監(jiān)測監(jiān)控、綜合自動化系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)為依據(jù)，以各種應(yīng)急預(yù)案為基礎(chǔ)，開發(fā)出智能語音告警及應(yīng)急救援模塊。日?？梢赃M(jìn)行安全宣傳、教育，在指定區(qū)域播放安全規(guī)章、安全措施、注意事項(xiàng)等，增強(qiáng)職工安全意識。還可共享安全監(jiān)控系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過定制，當(dāng)出現(xiàn)瓦斯超限、風(fēng)機(jī)不能正常工作等情況時(shí)，自動在特定區(qū)域發(fā)出安全告警，指揮相關(guān)人員撤離或采取必要的措施。如果檢測到安全監(jiān)控系統(tǒng)告警，井下出現(xiàn)重大安全事故時(shí)，可以根據(jù)事先設(shè)定程序，調(diào)動相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，指揮現(xiàn)場人員撤離；也可以人工調(diào)用應(yīng)急預(yù)案語音材料，播放給指定區(qū)域，并可以通過麥克風(fēng)，直接指揮有關(guān)人員撤離。根據(jù)需要，可以播放背景音樂。 結(jié)合數(shù)字視頻技術(shù)，可以實(shí)時(shí)觀察工況直觀圖像，做到數(shù)據(jù)、語音、視頻的真正聯(lián)動。
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
礦用無線通信系統(tǒng)由井上設(shè)備和井下設(shè)備兩部分組成。
2.1 井上設(shè)備
井上設(shè)備由語音通訊服務(wù)器、數(shù)字中繼網(wǎng)關(guān)、管理調(diào)度電腦、核心交換機(jī)、井上基站等組成。
2.1.1語音通訊服務(wù)器。主機(jī)服務(wù)器，為系統(tǒng)提供各種網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序等服務(wù)。實(shí)現(xiàn)井上井下通訊一體化、有線無線一體化、調(diào)度通訊行政通訊一體化，用戶井上、井下漫游。
2.1.2數(shù)字中繼網(wǎng)關(guān)。數(shù)字語音網(wǎng)關(guān)一側(cè)連接傳統(tǒng)程控交換機(jī)，一側(cè)與IP網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)與PSTN的互連互通，將IP網(wǎng)絡(luò)與固定電話網(wǎng)絡(luò)、移動網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對于公網(wǎng)、專網(wǎng)有線、無線用戶的綜合指揮調(diào)度。
2.1.3管理調(diào)度電腦
2.1.4核心交換機(jī)。將井下光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、語音服務(wù)器、數(shù)字中繼網(wǎng)關(guān)、管理調(diào)度電腦、井上基站等設(shè)備接入到統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
2.1.5井上基站。滿足語音通訊的同時(shí)還能夠?yàn)榫瞎芾磙k公提供無線上網(wǎng)、中短途數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用提供服務(wù)。
2.2 井下設(shè)備
井下設(shè)備主要由礦用本安型交換機(jī)、礦用本安型無線基站、礦用隔爆兼本安直流穩(wěn)壓電源、礦用本安型手機(jī)等組成。
2.2.1礦用本安型交換機(jī)。連接井下工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)。
2.2.2礦用本安型無線基站?；臼钦麄€(gè)系統(tǒng)無線信號接入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)與終端的數(shù)據(jù)交互?；静捎肳IFI通信技術(shù)，能夠大大提高無線通信的安全性和擴(kuò)展性。基站連接可采用光纜、網(wǎng)線、電纜方式，可根據(jù)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行配置。
2.2.3礦用隔爆兼本安直流穩(wěn)壓電源。電源采用三路交流電源輸入（AC127V、AC380V、AC660V) ，提供穩(wěn)定的DC 輸出，輸出電壓為12V、24V，提供給基站和交換機(jī)工作。采用不間斷供電設(shè)計(jì)，后備電池可保證井下斷電后設(shè)備仍能工作不低于2小時(shí)。
2.2.4礦用本安型手機(jī)。系統(tǒng)語音終端，采用礦用本安設(shè)計(jì)，輕便小巧，便于攜帶。
3、系統(tǒng)功能特點(diǎn)
多路廣播功能：系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多套節(jié)目同時(shí)傳輸。
音源種類豐富：音源種類豐富，可以是麥克風(fēng)、話筒、DVD/VCD等傳統(tǒng)音響設(shè)備，也可以是電腦、MP3等現(xiàn)代數(shù)字設(shè)備；同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)置FM調(diào)頻收音機(jī)，接收當(dāng)?shù)毓搽娕_廣播節(jié)目。[2]當(dāng)使用電腦進(jìn)行播放時(shí)，可以播放電腦支持的全部數(shù)字語音文件，另外可支持網(wǎng)絡(luò)播放，礦領(lǐng)導(dǎo)可在本辦公室內(nèi)通過電腦對井下廣播講話。
可分區(qū)功能：可自動或手動進(jìn)行按區(qū)域或邏輯分組廣播、分區(qū)域廣播（如辦公區(qū)、井下候車室、食堂），做到單獨(dú)控制，如單獨(dú)對辦公區(qū)播放通知；也可進(jìn)行全礦廣播。
遠(yuǎn)程控制功能：可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行單臺音箱的開?？刂?，界面友好，操作方便，真正實(shí)現(xiàn)了可尋址到點(diǎn)控制。
與安全監(jiān)控、綜合自動化系統(tǒng)有機(jī)融合：共享安全監(jiān)控、綜合自動化系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過定制，當(dāng)出現(xiàn)瓦斯超限、風(fēng)機(jī)不能正常工作等情況時(shí)，系統(tǒng)自動在特定區(qū)域發(fā)出安全告警，指揮相關(guān)人員采取必要的措施。
結(jié)合應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)行自動或人工應(yīng)急救援：當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到安全監(jiān)控系統(tǒng)告警，井下出現(xiàn)重大安全事故時(shí)，可以根據(jù)事先設(shè)定程序，調(diào)動相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，指揮現(xiàn)場人員撤離；也可以人工調(diào)用應(yīng)急預(yù)案語音，播放給指定區(qū)域；還可以通過麥克風(fēng)，直接指揮有關(guān)人員撤離。
開關(guān)量輸入：硬件上支持4路開關(guān)量信息輸入，配合礦業(yè)現(xiàn)場其他設(shè)備，進(jìn)行語音告警提示，避免事故的發(fā)生。可根據(jù)需要設(shè)置啟動警報(bào)點(diǎn)附近的音箱或全部音箱。
傳輸距離長：可以采用全光纜方式傳輸，抗沖擊、無干擾、高保真、傳輸距離可以達(dá)到60公里，特別適合煤礦井下惡劣環(huán)境。
高品質(zhì)的語音：專業(yè)的語音芯片設(shè)計(jì)，獨(dú)特的機(jī)械、工藝設(shè)計(jì)，做到聲音洪亮，不失真，改變了過去煤礦井下擴(kuò)音電話音質(zhì)差的根本問題。
較高的穩(wěn)定性與可靠性：采用RF弱信號傳輸方式，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)中無功率信號，單只音箱的故障不影響系統(tǒng)工作，整機(jī)在沒有信號的情況下自動處于關(guān)閉狀態(tài)，待有啟動信號或接收到開機(jī)指令后音箱自動啟動，無需人員的控制。[3]
傳輸方式可通過工業(yè)以太網(wǎng)：目前煤礦井下工業(yè)以太網(wǎng)越來越普及，本系統(tǒng)支持在工業(yè)以太網(wǎng)傳輸，避免了重復(fù)布線，節(jié)約資源。
數(shù)字視頻聯(lián)動：可以和數(shù)字視頻系統(tǒng)相結(jié)合，達(dá)到數(shù)據(jù)、語音、視頻聯(lián)動。
4、小結(jié)
隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高，越來越多的高科技產(chǎn)品和技術(shù)相繼應(yīng)用到原本生產(chǎn)力水平低下、生產(chǎn)技術(shù)粗礦的煤礦生產(chǎn)中來，為煤礦生產(chǎn)這個(gè)昔日多數(shù)人眼中的低水平行業(yè)增添了新的活力。本文所介紹的應(yīng)急廣播系統(tǒng)就是這其中的一個(gè)代表，它最重要的特點(diǎn)就是能夠在危險(xiǎn)發(fā)生的第一時(shí)間將信息傳遞到井下的每一個(gè)角落，從而更大程度的保證每一個(gè)礦工的生命安全。
摘要：礦井透水事故是危害面最大、影響時(shí)間最長的礦難事故。為體現(xiàn)以人為本的精神，增加透水情況下人員逃生的機(jī)會，國家有關(guān)部門極為重視，把以搶險(xiǎn)救災(zāi)事后處理改變?yōu)橐允孪阮A(yù)防治理的策略。潛水泵對于一定流量范圍的突水事故可有效控制，為避免淹井或延緩淹井爭取時(shí)間，保證人員安全撤離和設(shè)備拆除；由于該系統(tǒng)采用地面控制，即使排水泵房被淹，潛水泵也能正常運(yùn)行，為淹井后搶險(xiǎn)救災(zāi)贏得時(shí)間。鑒于潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，礦井在現(xiàn)有排水能力的基礎(chǔ)上，增設(shè)潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)是十分必要的。
關(guān)鍵字：潛水泵；應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)；配電及控制
0、前言
礦井透水事故是危害面最大、影響時(shí)間最長的礦難事故。為體現(xiàn)以人為本的精神，增加透水情況下人員逃生的機(jī)會，國家有關(guān)部門極為重視，把以搶險(xiǎn)救災(zāi)事后處理改變?yōu)橐允孪阮A(yù)防治理的策略。
國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒布2009年12月1日起施行的《煤礦防治水規(guī)定》第一百一十八條規(guī)定：受水威脅嚴(yán)重的礦井，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)井下泵房無人值守和地面遠(yuǎn)程監(jiān)控，推廣使用地面操控的潛水泵排水系統(tǒng)；《煤礦安全規(guī)程》（2011版）第二百七十三條 水文地質(zhì)條件復(fù)雜或有突水淹井危險(xiǎn)的礦井，應(yīng)當(dāng)在井底車場周圍設(shè)置防水閘門或在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上另外安設(shè)具有獨(dú)立供電系統(tǒng)且排水能力不小于最大涌水量的潛水泵。
1、增設(shè)潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)的必要性
目前常用的防突措施主要為設(shè)置防水閘門和建設(shè)潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)。防水閘門與潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)特點(diǎn)如下：
防水閘門是為預(yù)防礦井突然涌水造成淹井而安設(shè)的閘門。砌筑在通往水災(zāi)威脅地區(qū)巷道的總匯合處、井底車場和井下水泵房。防水閘門笨重，開啟與關(guān)閉不方便，雖可利用液壓系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操縱，但防水閘門安裝處帶壓一般較大，大壓力等級的防水閘門設(shè)置難度大且關(guān)閉非常困難，很難保證關(guān)閉質(zhì)量和把握關(guān)閉時(shí)間，尤其在人員沒有安全撤出之前，不能關(guān)閉。關(guān)閉閘門后，人員及設(shè)備不能出入，且水對被淹沒區(qū)域內(nèi)設(shè)備和巷道影響較大，恢復(fù)生產(chǎn)難度較大。防水閘門建成后，可能會對巷道通風(fēng)、電纜布置，軌道運(yùn)輸、皮帶運(yùn)輸存在一定影響；特別需考慮安裝地段的通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)流調(diào)解，防止在關(guān)閉防水閘門后，造成該段巷道通風(fēng)不暢或盲巷，出現(xiàn)新的隱患問題。另外，防水閘門在地壓較大礦井不適用。
防水閘門是帶壓開采礦井中常用的防治水安全措施，主要作用在一個(gè)“堵”字。防水閘門為被動堵水，而潛水泵為主動排水，變被動為主動，有利于礦井的防治水工作。而潛水泵對于一定流量范圍的突水事故可有效控制，為避免淹井或延緩淹井爭取時(shí)間，保證人員安全撤離和設(shè)備拆除；由于該系統(tǒng)采用地面控制，即使排水泵房被淹，潛水泵也能正常運(yùn)行，為淹井后搶險(xiǎn)救災(zāi)贏得時(shí)間。
鑒于潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，礦井在現(xiàn)有排水能力的基礎(chǔ)上，增設(shè)潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)是十分必要的。
2、潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)的組成
1）系統(tǒng)的組成
一般情況下，將多級泵和電動機(jī)采用固定連接方式組成一體潛水電泵，安裝在吸罩內(nèi)。被輸送液體由吸罩吸入經(jīng)過電動機(jī)表面進(jìn)入泵的吸水口，通過多級葉輪傳送，經(jīng)出水口、逆止閥或多功能閥、電動閥和揚(yáng)水管排出。當(dāng)采用水泵控制自動化時(shí)，選用電動閘閥或電液動閘閥。目前已有隔爆礦用潛水電動液控閘閥為潛水泵的自動控制提供了保證。地面或井下控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種監(jiān)控。
綜上所述，潛水電泵、閥門、管路、配電及控制裝置等組成潛水電泵排水系統(tǒng)。
2）潛水電泵安裝方式
潛水電泵安裝方式可分為立式、臥（斜）式兩大類。
立式安裝方式：潛水電泵懸吊在礦井水倉內(nèi)，水倉的深度應(yīng)大于潛水電泵的整體高度。優(yōu)點(diǎn)是受力方式合理，運(yùn)行壽命長，維修時(shí)可以整體取出。缺點(diǎn)是對起重設(shè)備要求較高，對水倉內(nèi)的支撐大梁要求較高，排水井一次性投資大。
臥（斜）式安裝方式：安裝靈活，隨著水位和水源位置的變化，機(jī)組的位置可很快的做出調(diào)整，縮短排水時(shí)間。優(yōu)點(diǎn)是對起重設(shè)備要求不高，對水倉內(nèi)的支撐大梁要求不高。
3）隔爆礦用潛水電動液控閘閥
隔爆礦用潛水電動液控閘閥是潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件，其可靠性是潛水泵的自動控制的保證。傳統(tǒng)閘閥存在以下問題：可靠性差、控制復(fù)雜、故障率高、遇見突水現(xiàn)象電動閘閥打不開，不能長時(shí)間在水下工作。隔爆礦用潛水電動液控閘閥克服了以上缺點(diǎn)，選配防爆潛水電機(jī)作為動力源，采用高壓液壓缸執(zhí)行裝置作為閘閥的開啟和關(guān)閉裝置，可使閘閥長時(shí)間在水下使用。該潛水電液閘閥能在地面或井下控制閘閥的開啟，能有效控制閘閥的開關(guān)速度和關(guān)閉力。具有手動、電動液控兩種操作方式。
3、潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)的配電及控制
《煤礦防治水規(guī)定》中推廣使用地面操控的潛水泵排水系統(tǒng)，在條件具備時(shí)，采用地面控制，即配電及控制設(shè)備放置于地面，動力及控制電纜直接下井接至潛水泵電機(jī)及其輔助設(shè)備或傳感器上（根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，采用沿井筒敷設(shè)或沿電纜鉆孔敷設(shè)）。只有在受條件限制時(shí)（配電能力、工農(nóng)關(guān)系等），才采用井下適當(dāng)位置控制，潛水泵配電室位置應(yīng)置于高于潛水泵的安裝位置，且留出足夠的儲水余量，使其不致淹至潛水泵配電室位置，而影響潛水泵的工作。
1）地面配電系統(tǒng)
在地面合適位置設(shè)應(yīng)急強(qiáng)排配電室，兩回10kV（6kV）電源分別引自礦井35kV（110kV、220kV）變電站10kV（6kV）不同母線段，兩回~380/220V電源引自場地動照網(wǎng)。應(yīng)急強(qiáng)排配電室內(nèi)設(shè)KYN28A-12型高壓開關(guān)柜，采用高壓開關(guān)設(shè)備或軟啟動裝置分別向井下潛水泵供電。
潛水電泵可以全壓（直接）起動，也可降壓起動。原則上，在全壓起動條件滿足時(shí)，要采用全壓起動，因?yàn)槿珘浩饎邮亲詈唵巍⒆羁煽?、最?jīng)濟(jì)的起動方式。但全壓起動起動電流大，在配電母線上引起的電壓下降大。
當(dāng)全壓起動條件不滿足時(shí)，可考慮采用降壓起動方式。降壓起動的方式有：電抗器降壓起動、自耦變壓器降壓起動、軟起動（可控硅固態(tài)軟起動、水電阻軟起動）、星三角降壓起動。目前多采用固態(tài)軟起動，優(yōu)點(diǎn)是可提供平滑無極的加速和可控制的減速，起動時(shí)避免過沖，停車時(shí)避免水錘現(xiàn)象。
2）井下配電系統(tǒng)
從井下變配電所引兩回~660V低壓電源，采用閥門電控裝置分別向電動閥門供電。變配電所及閥門電控裝置安裝位置應(yīng)高于電動閥門的安裝位置。目前設(shè)計(jì)的電動閥門在正常情況下一般是常開的，在檢修時(shí)關(guān)閉。
3）控制系統(tǒng)
地面潛水泵配電室內(nèi)設(shè)應(yīng)急排水泵站控制裝置，完成信號傳輸、監(jiān)測和應(yīng)急排水泵站設(shè)備控制等功能。由低壓配電裝置、智能控制器、檢測傳感器及信號控制電纜等部分組成。具有“自動”、“手動”和“檢修”三種工作方式，特殊情況下可以退出自動化運(yùn)行，轉(zhuǎn)為地面手動操作，確保潛水泵可靠起動；具有遠(yuǎn)程啟動、停止、復(fù)位和測試功能；并實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)監(jiān)測的所有信息具備完善的報(bào)警功能，對所有被測參數(shù)超限、保護(hù)動作及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)改變進(jìn)行聲、光報(bào)警；能夠通過工業(yè)以太網(wǎng)向上一級計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)傳送生產(chǎn)數(shù)據(jù)和圖形信息。另外可以增加工業(yè)電視系統(tǒng)，通信系統(tǒng)等為應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)提供聲像信息。
4、設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)考慮的問題
1）影響電動機(jī)起動有線路壓降、配電母線壓降、電動機(jī)端子壓降等的幾個(gè)因素。
《GB/T 12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差》中規(guī)定：35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7%；3.3 220V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的+7%、-10%。
《GB 50055-2011 通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：電動機(jī)起動時(shí)，其端子電壓應(yīng)能保證機(jī)械要求的起動轉(zhuǎn)矩，且在配電系統(tǒng)中引起的電壓波動不應(yīng)妨礙其他用電設(shè)備的工作。
交流電動機(jī)起動時(shí)，配電母線上的電壓應(yīng)符合下列規(guī)定：配電母線上接有照明或其他對電壓波動較敏感的負(fù)荷，電動機(jī)頻繁起動時(shí)，不宜低于額定電壓的90%；電動機(jī)不頻繁起動，不宜低于額定電壓的85%。配電母線上未接照明或其他對電壓波動較敏感的負(fù)荷，不應(yīng)低于額定電壓的80%；配電母線上未接其他用電設(shè)備時(shí)，可按保證電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩的條件決定；對于低壓電動機(jī)，尚應(yīng)保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。關(guān)于壓降的計(jì)算這里不再贅述。
2）控制信號的傳輸
對于控制信號能否在長的距離工況下穩(wěn)定工作，一直困擾著設(shè)計(jì)人員，于是與太原博世通機(jī)電液工程有限公司合作，針對長距離（1—2km）信號傳輸及水下潛水閘閥控制做了一系列試驗(yàn)。
（1）長距離PT100溫度傳感器信號衰減試驗(yàn)結(jié)論：三線制傳輸?shù)男盘柵c實(shí)際的溫度差值恒定，利用軟件可消除誤差；四線制傳輸?shù)男盘査p很小。
（2）長距離接近開關(guān)信號衰減試驗(yàn)（加直流24V電源）結(jié)論：信號衰減不大，能夠驅(qū)動中間繼電器，并使PLC能夠得到反饋信號。
（3）信號長距離控制潛水閘閥水下動作試驗(yàn)（動力電壓660V，控制電壓24V）結(jié)論：很好的實(shí)現(xiàn)了長距離遠(yuǎn)程起動電機(jī)和長距離信號傳輸控制。
以上試驗(yàn)證明，2km以內(nèi)潛水泵相關(guān)控制及監(jiān)測信號的傳輸可滿足地面自動控制的要求。若超過2km的信號傳輸，沒有相應(yīng)的試驗(yàn)或應(yīng)用實(shí)例，建議采用井下加隔爆PLC分站的方式進(jìn)行信號傳輸。
5結(jié)束語
我公司開展?jié)撍脩?yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)在同行業(yè)領(lǐng)先，目前設(shè)計(jì)完成的有單侯礦井、東歡坨礦井、梧桐莊礦井、宣東礦二號井、九龍礦等，另李雅莊、曹村、干河、龐龐塔、馬營等礦處在設(shè)計(jì)階段。以上設(shè)計(jì)除東歡坨礦井、曹村礦為井下控制外，其他均為地面控制。以開灤單候礦井為例，原設(shè)計(jì)采用防水閘門，后經(jīng)過專家論證改為潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)后，避免了一次重大淹井事故。
潛水泵應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的課題，涉及技術(shù)、管理、使用等許多方面。從國家國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒布《煤礦防治水規(guī)定》到許多煤業(yè)集團(tuán)逐步增設(shè)應(yīng)急強(qiáng)排系統(tǒng)充分體現(xiàn)國家到地方對礦井消除透水事故隱患的重視程度及執(zhí)行力度。充分體現(xiàn)以人為本的精神，把以搶險(xiǎn)救災(zāi)事后處理改變?yōu)橐允孪阮A(yù)防治理。
摘要：
針對變頻器發(fā)生故障時(shí)很難在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行的問題，設(shè)計(jì)了煤礦電動機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用應(yīng)急變頻裝置替代故障的原始變頻器來控制電動機(jī)：當(dāng)原始變頻器發(fā)生故障時(shí)，PLC主控單元根據(jù)電動機(jī)和變頻器的故障狀態(tài)實(shí)時(shí)控制應(yīng)急變頻裝置；當(dāng)應(yīng)急變頻裝置的輸出達(dá)到電動機(jī)的運(yùn)行條件時(shí)，切換裝置立即動作，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急變頻裝置對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定控制。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)在原始變頻器故障的情況下能夠快速接入應(yīng)急變頻裝置，具有較好的調(diào)速性能。
關(guān)鍵詞：
電動機(jī)；應(yīng)急調(diào)速；應(yīng)急變頻裝置
0引言
隨著計(jì)算機(jī)和電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，采用變頻器控制的電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)逐漸代替了傳統(tǒng)的電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。基于電力電子技術(shù)的變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)具有快速、穩(wěn)定的特點(diǎn)，在工業(yè)應(yīng)用中得到了普及，成為主流的調(diào)速設(shè)備［1－4］。但是，變頻器的主電路是由電力電子開關(guān)器件組成，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)很難在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行，所以一旦故障就會導(dǎo)致電動機(jī)非正常運(yùn)行，影響煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。針對這一問題，本文設(shè)計(jì)了一種煤礦電動機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)由應(yīng)急變頻裝置、PLC主控單元和切換裝置等組成，PLC主控單元根據(jù)電動機(jī)和變頻器的故障狀態(tài)，采用模糊PID算法實(shí)時(shí)控制應(yīng)急變頻裝置的輸出［7－8］，一旦應(yīng)急變頻裝置的輸出達(dá)到電動機(jī)運(yùn)行條件，切換裝置立即動作，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急變頻裝置對電動機(jī)的穩(wěn)定控制。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
煤礦電動機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中應(yīng)急變頻裝置參數(shù)與原始變頻器控制參數(shù)相同。PLC主控單元采集并處理電動機(jī)和原始變頻器的運(yùn)行信息，用于判斷是否出現(xiàn)故障，一旦檢測到原始變頻器發(fā)生故障，即對切換裝置和應(yīng)急變頻裝置實(shí)施控制。切換裝置根據(jù)PLC主控單元的信號，將應(yīng)急變頻裝置與故障變頻器進(jìn)行切換。應(yīng)急變頻裝置在PLC的指令下立即啟動，并根據(jù)PLC的輸入信號來控制輸出頻率，從而控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速。煤礦電動機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)工作原理如圖2所示。若電動機(jī)在原始變頻器故障后處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，則切換系統(tǒng)中的鎖相環(huán)同步控制器。當(dāng)鎖相環(huán)同步控制器檢測到應(yīng)急變頻裝置與電動機(jī)同頻同相時(shí)，將應(yīng)急變頻裝置與電動機(jī)的接觸器閉合，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急變頻裝置對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定控制；若電動機(jī)在原始變頻器故障后處于停止?fàn)顟B(tài)，則采用應(yīng)急變頻裝置重新啟動電動機(jī)。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1應(yīng)急變頻裝置
應(yīng)急變頻裝置為交－直－交結(jié)構(gòu)，其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。該裝置主要由主電路和控制電路組成，其中主電路包括整流器、直流側(cè)濾波器、逆變器。整流器用于將三相交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號，直流側(cè)濾波器用于吸收整流側(cè)和逆變側(cè)的脈動電壓，逆變器則用于將直流信號轉(zhuǎn)換成交流信號?？刂齐娐酚赊D(zhuǎn)速檢測電路、運(yùn)算電路、驅(qū)動電路和保護(hù)電路等組成。檢測電路主要用于檢測系統(tǒng)的電壓、頻率等信息。運(yùn)算電路主要負(fù)責(zé)處理反饋信號，得到輸出信號的參考值。驅(qū)動電路用于控制開關(guān)器件的通斷。保護(hù)電路用于保護(hù)變頻器和電動機(jī)。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
要使煤礦電動機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)快速、穩(wěn)定地投入運(yùn)行，應(yīng)急變頻裝置必須具有較快的啟動速度，以便及時(shí)代替原故障變頻器。
3．1主程序
煤礦電動機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)主程序流程如圖6所示。當(dāng)PLC主控單元檢測到原變頻器發(fā)生故障時(shí)，實(shí)時(shí)啟動應(yīng)急變頻裝置。應(yīng)急變頻裝置導(dǎo)入原變頻器的參數(shù)和工作頻率參數(shù)，然后將模糊PID子程序?qū)肫淇刂葡到y(tǒng)。
3．2PLC主控單元切換程序
PLC主控單元切換程序流程如圖7所示。首先判斷原變頻器故障后電動機(jī)是否停機(jī)，若電動機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，則切換程序重新啟動電動機(jī)；若電動機(jī)沒有停機(jī)，在故障變頻器停止工作后，延時(shí)2s，啟動應(yīng)急變頻裝置并封鎖其輸出，通過鎖相環(huán)同步控制器檢測應(yīng)急變頻裝置相位和頻率是否與電動機(jī)一致，一旦檢測到同頻同相，則切換程序通過控制接觸開關(guān)控制電動機(jī)繼續(xù)工作。
4仿真驗(yàn)證
為驗(yàn)證煤礦電動機(jī)應(yīng)急變頻調(diào)速系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力，在Matlab／Simulink環(huán)境下建立系統(tǒng)模型，如圖8所示。具體參數(shù)如下：額定功率PN＝200kW，額定電壓UN＝380V，頻率f＝50Hz，定子電感L＝20mH，定子電阻R＝0．03Ω，轉(zhuǎn)子電感Lr＝19mH，轉(zhuǎn)子電阻Rr＝0．026Ω，轉(zhuǎn)動慣量J＝2．56kg?m2，直流電壓Udc＝900V，電磁常數(shù)T＝0．016。原變頻器在0．5s時(shí)發(fā)生故障情況下的電動機(jī)輸出電流i和轉(zhuǎn)速n曲線如圖9所示。從圖9可看出，原變頻器故障前，電動機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速都處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；發(fā)生故障時(shí)，電動機(jī)電流降為0，轉(zhuǎn)速也逐漸下降，直至電動機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)。以圖9所示的電動機(jī)停機(jī)狀態(tài)為例，在該狀態(tài)下投入應(yīng)急變頻裝置后的電動機(jī)輸出電流和轉(zhuǎn)速曲線如圖10所示。從圖10可看出，應(yīng)急變頻裝置開始時(shí)處于封鎖狀態(tài)，電動機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，輸出電流為0；0．5s時(shí)開始啟動電動機(jī)并接入應(yīng)急變頻裝置，電動機(jī)轉(zhuǎn)速緩慢上升，直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速；電動機(jī)輸出電流由開始較大的啟動電流過渡到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下的電流，說明煤礦電動機(jī)應(yīng)急變頻調(diào)速系統(tǒng)具有快速響應(yīng)能力。
5結(jié)語
介紹了一種煤礦電動機(jī)應(yīng)急調(diào)速系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，在Matlab／Simulink平臺對系統(tǒng)可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)在原始變頻器故障的情況下，能夠快速接入應(yīng)急變頻裝置，具有較好的調(diào)速性能。
作者:阮文韜 單位:成都紡織高等?？茖W(xué)校電氣信息工程學(xué)院
摘要： 煤炭是我國最為重要的能源資源之一，但屬于高危行業(yè)，安全生產(chǎn)是礦井的頭等大事，受到了國家的高度重視，信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用為災(zāi)害預(yù)警起到了一定作用。盡管如此，礦井突發(fā)事件偶有發(fā)生。近年來，國家對應(yīng)急管理工作的工作力度在逐年加大，通信保障在煤礦應(yīng)急管理工作中有著重要的地位，且對它的要求也越來越高。文章對煤礦突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案中通訊系統(tǒng)保障機(jī)制進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞： 事件 應(yīng)急預(yù)案 通信系統(tǒng) 預(yù)警 保障
0引言
煤炭是我國最為重要的能源資源之一，煤炭生產(chǎn)的安全事關(guān)重大。礦山救護(hù)是礦山生產(chǎn)的重要組成部分，由于人員移動頻繁、話務(wù)量集中、又由于煤礦井下復(fù)雜的、特殊的工作環(huán)境，固定電話及公眾移動電話在救護(hù)調(diào)度中往往顯得無能為力。通訊不暢嚴(yán)重影響了礦山安全救護(hù)工作。
近年來，國家對應(yīng)急管理工作的工作力度在逐年加大，而應(yīng)急通信保障也是應(yīng)急預(yù)案的重要組成部分，應(yīng)急通信平臺服務(wù)于應(yīng)急指揮和應(yīng)急救援，因此，通信保障在應(yīng)急管理工作中有著重要的地位，且對它的要求也越來越高。煤礦生產(chǎn)及其環(huán)境的特殊性，決定了煤礦生產(chǎn)對通信暢通、方便、靈活性和可靠性的要求比地面要高，井下通信的實(shí)施較地面難度要大得多，且煤礦災(zāi)害頻發(fā)，發(fā)展應(yīng)急通信是當(dāng)務(wù)之急。建立起統(tǒng)一指揮、反應(yīng)靈敏、協(xié)調(diào)有序、運(yùn)轉(zhuǎn)高效的應(yīng)急通信保障機(jī)制迫在眉睫。
1通信現(xiàn)狀
目前，礦井的地面大都有固話基站，有互聯(lián)網(wǎng)及內(nèi)部局域網(wǎng)；有直通上級部門的無線電臺；井下工作地點(diǎn)都裝有有線調(diào)度電話，直通礦生產(chǎn)調(diào)度室；在國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局要求下，礦井也都安裝了人員定位監(jiān)測系統(tǒng)，而該系統(tǒng)大部分是不能直接與地面進(jìn)行通話的，只有和小靈通一起y梆才能實(shí)現(xiàn)通話，但由于價(jià)格昂貴，還不能得到普及。另外，現(xiàn)部分礦井正在做礦井監(jiān)控或礦井自動化建設(shè)，井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)已在推廣使用，信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用為災(zāi)害預(yù)警起到了一定作用。但當(dāng)井下一旦發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，會造成整個(gè)盤區(qū)甚至全井下停電，這些系統(tǒng)將全部癱瘓，只能獲取停電瞬間前的信息。
由于煤礦井下是一個(gè)復(fù)雜的、特別的工作環(huán)境，井下的通信不同于地面上現(xiàn)有的通信。電磁波在巷道中傳播信號衰減嚴(yán)重，整機(jī)功耗受到易燃易爆環(huán)境的制約，且價(jià)格昂貴，因此，無線通信在煤礦井下的普及應(yīng)用還存在困難。目前，在救災(zāi)過程中只有小范圍的無線對講機(jī)在使用，與地面調(diào)度指揮系統(tǒng)難以形成一個(gè)高效的有機(jī)整體。
2通信系統(tǒng)的重要性
“安全為天，預(yù)防為主”是煤礦安全生產(chǎn)的主線，一份的預(yù)防勝過百倍的努力，早期的預(yù)防可杜絕許多事故的發(fā)生，可避免人民生命與國家財(cái)產(chǎn)的遭受損失，所以，一直以來國家對煤礦的安全投入了相當(dāng)大人力、物力和財(cái)力，使得煤礦安全狀況全面提升。
隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，煤礦自動化程度也在不斷提高，各種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)正在投入使用或功能正在完善，無線通訊系統(tǒng)也正在發(fā)展，這些為災(zāi)害的預(yù)警提供了多種有效的手段。盡管如此，礦井突發(fā)事件偶有發(fā)生。如何迅速組建有效的救災(zāi)應(yīng)急指揮系統(tǒng)，最大限度減少事件造成的損失，保障職工人身安全，通訊系統(tǒng)起著極為重要的作用，保證通信系統(tǒng)暢通、高效為救災(zāi)爭取時(shí)間是必不可少的重要手段。由于通訊系統(tǒng)的傳輸方式多種，不是某個(gè)企業(yè)能夠單獨(dú)完成或所擁有的，要在國家與政府的支持和協(xié)調(diào)下，在當(dāng)?shù)赝ㄐ殴镜呐浜舷?，成立礦井突發(fā)事件通訊應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)有著重要的意義。
3通訊應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)職責(zé)
3.1 全體人員要在思想上充分認(rèn)識通訊系統(tǒng)在搶險(xiǎn)過程中的重要性，積極組織搶險(xiǎn)搶修隊(duì)伍；并且對所有人員要進(jìn)行操作、維修的培訓(xùn)，熟練其通訊系統(tǒng)的基本原理和使用技能。
3.2 救災(zāi)的設(shè)備、材料備件、搶修工具各項(xiàng)細(xì)節(jié)落實(shí)到人，定期查看和測試，不能有損壞或失效，不得擅自挪做它用，搶險(xiǎn)救災(zāi)后及時(shí)補(bǔ)充。
3.3 督促并檢查各基站的設(shè)備及線路，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，確保通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)正常。
3.4 負(fù)責(zé)組織定期對相關(guān)人員開展預(yù)案演練，可通過開展聯(lián)合演練等方式，促進(jìn)各單位的協(xié)調(diào)配合、職責(zé)落實(shí)和能力提升。確保人員在搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)頭腦清醒、技術(shù)熟練。
3.5 配合礦方做好預(yù)警工作，如：利用人員定位監(jiān)測系統(tǒng)的雙向通訊功能，在緊急情況下向發(fā)射卡發(fā)送人員撤離信息；負(fù)責(zé)督促對各種預(yù)警系統(tǒng)的功能完善與系統(tǒng)升級；利用井下防爆對講機(jī)實(shí)現(xiàn)井上下通訊（正常情況井下重要地點(diǎn)已放置的防爆對講機(jī)）；做好人員的避災(zāi)演練工作，提高實(shí)戰(zhàn)能力。
3.6 在政府的支持下，負(fù)責(zé)建立起一套空中與地面相結(jié)合、有線與無線相結(jié)合、固定與機(jī)動相結(jié)合、公眾網(wǎng)與專用網(wǎng)相結(jié)合的立體應(yīng)急通信保障體系，并進(jìn)行強(qiáng)化管理。
3.7 當(dāng)?shù)V井發(fā)生緊急情況時(shí)，在指揮部的組織下通知相關(guān)人員立刻到達(dá)指定地點(diǎn)，在指揮部的統(tǒng)一指揮下進(jìn)入預(yù)案狀態(tài)，快速到達(dá)事故現(xiàn)場，確保礦井的通訊高效暢通，為事故救援爭取時(shí)間。
摘 要：從當(dāng)前實(shí)踐來看，國內(nèi)煤礦井下系統(tǒng)中的救援設(shè)備比較落后、不齊全，而且應(yīng)急通信技術(shù)、系統(tǒng)比較落后，工具設(shè)備布設(shè)不合理，以致于煤礦井下安全事故頻發(fā)。其中，信息通信受阻，是造成救援不利、威脅井下人員生命安全的主要影響因素之一，如果不及時(shí)采取有效的措施予以防治，則會嚴(yán)重影響煤礦建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文將對當(dāng)前煤礦井下應(yīng)急通信技術(shù)及其現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上就如何建立切實(shí)可行的煤礦井下應(yīng)急無線通信系統(tǒng)，談一下自己的觀點(diǎn)和認(rèn)識，僅供參考。
近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和煤礦開采技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦井下開采強(qiáng)度、深度等均有所增加，生產(chǎn)安全問題相伴而生。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，煤礦井下安全事故防治、救援工作中，最為關(guān)鍵的就是要保持通信暢通，以便于及時(shí)地聯(lián)系、準(zhǔn)確地找到受困者的位置。
一、煤礦井下應(yīng)急通信系統(tǒng)及其技術(shù)現(xiàn)狀
從當(dāng)前煤礦井下的情況來看，無線應(yīng)急通信技術(shù)多應(yīng)用在井下事故問題出現(xiàn)時(shí)及時(shí)掌握現(xiàn)場情況，為井下人員營救準(zhǔn)備了條件。同時(shí)，該系統(tǒng)和技術(shù)與地面救援系統(tǒng)、指揮中心相連接，形成一個(gè)臨時(shí)性的無線通信路線和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)踐中為了能夠有效避免發(fā)生二次事故，一旦發(fā)生礦井事故，則供電系統(tǒng)就會完全切斷電力系統(tǒng)。在該種情況下，煤礦井下救援過程中，難以使用原井下通信系統(tǒng)保持聯(lián)絡(luò)。當(dāng)救援人員下井后獲得信息以后，難以給地面人員、指揮中心保持聯(lián)系。在該種情況下，地上救援時(shí)，工作人員難以獲得井下的現(xiàn)狀信息資料，或者不及時(shí)或者不準(zhǔn)確，不利于及時(shí)救援。井下救援過程中，無法有效了解相關(guān)信息，而且救援人員可能會置身于險(xiǎn)境。煤礦井下通信系統(tǒng)，關(guān)系著井上、井下人員的安全和聯(lián)系暢通行，保持井下應(yīng)急系統(tǒng)通信暢通，意義重大。實(shí)踐證明，切實(shí)可靠的應(yīng)急通信系統(tǒng)，能夠在救援過程中起到非常好的應(yīng)用效果，既可以提高救援效率，又可以減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
當(dāng)前國內(nèi)煤礦井下作業(yè)實(shí)踐中，井下應(yīng)急通信以有線通信為主，雖然部分設(shè)備配備了先進(jìn)的井下無線通信裝置，但因系統(tǒng)不配套等而難以發(fā)揮其作用。對于傳統(tǒng)的煤礦井下應(yīng)急通信系統(tǒng)而言，其中有線通信主要采用的是調(diào)度電話及聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)。從應(yīng)用實(shí)踐來看，該系統(tǒng)屬于無源傳輸，在發(fā)生井下事故以后，即便沒有電源供電，也可保持正常通信，而且通話質(zhì)量能夠有所保障。實(shí)踐中，因上述通信模式和手段實(shí)際布設(shè)成本較其他模式下的布設(shè)方案經(jīng)濟(jì)成本要高一些，加之井下環(huán)境特別的復(fù)雜，很難全面把握，而且容易出現(xiàn)變動，所以所用的話機(jī)可能無法覆蓋整個(gè)巷道。一旦發(fā)生故障，則造成井下通信出現(xiàn)嚴(yán)重的中斷現(xiàn)象。有線通信系統(tǒng)作為一種礦井應(yīng)急通信系統(tǒng)，雖然可靠、靈活，但是存在著一些安全隱患問題，難以有效滿足客觀需求。
隨著科技水平的不斷提高，目前國內(nèi)已經(jīng)逐步引入無線通信系統(tǒng)，雖然技術(shù)水平較之于以往有所提高，但是依然存在一些問題或瑕疵。比如，通信過程中容量相對較小一些，而且部分區(qū)域的通信受限以及通信距離短和對基站具有較強(qiáng)的依賴性等，甚至無法支持煤礦井下救援任務(wù)。針對這些問題，本文基于目前已有的、相對比較成熟的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和技術(shù)手段，將其引入到井下用于應(yīng)急救援通信，并重新設(shè)計(jì)了新的無線應(yīng)急通信體系，以此來有效滿足煤礦井下作業(yè)和應(yīng)急救援通信需求。
二、煤礦井下應(yīng)急無線通信系統(tǒng)構(gòu)建策略
基于以上分析，筆者認(rèn)為在當(dāng)前煤礦井下作業(yè)和應(yīng)急救援通信系統(tǒng)建設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面著手。
（一）煤礦井下應(yīng)急無線通信系統(tǒng)基本需求
對于煤礦井下應(yīng)急無線通信系統(tǒng)而言，其與地面系統(tǒng)之間存在著較大的差異，具體體現(xiàn)在如下方面：
1.通信環(huán)境復(fù)雜性
煤礦巷道多存在著一些轉(zhuǎn)角，這就導(dǎo)致無線信號傳播受阻，會出現(xiàn)各種類型的信號強(qiáng)度影響因素，比如反射、多徑衰落以及折射等。
2.線行受限分析
井下巷道一般采用封閉式，在有限空間范圍內(nèi)，內(nèi)部分支、彎道和上下坡位置，會出現(xiàn)巷道內(nèi)景復(fù)雜多變等現(xiàn)象，如不及時(shí)采取措施應(yīng)對，則可能會形成非視距信號通信場景。
3.環(huán)境惡劣
當(dāng)發(fā)生煤礦井下事故時(shí)，可能會產(chǎn)生易爆、燃?xì)怏w，而且量比較大；同時(shí)，還可以出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，對巷道結(jié)構(gòu)造成破壞。基于此，在應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)有強(qiáng)擴(kuò)展性以及魯棒性，以便于能夠有效適應(yīng)特殊的場景需求。
4.無電源供電
井下事故發(fā)生以后，就會將原供電系統(tǒng)切斷，整個(gè)系統(tǒng)中的所有需電設(shè)備均無法正常運(yùn)行，甚至可能會造成供電設(shè)備損壞。由此可見，在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)建設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)解決好自我安全供電問題。煤礦井下應(yīng)急救援通信系統(tǒng)的使用環(huán)境、場景等都非常的特殊，要求系統(tǒng)質(zhì)量更高。根據(jù)實(shí)況，我們結(jié)合已掌握的情況，建立切實(shí)可靠的煤礦井下應(yīng)急救援通信系統(tǒng)，其必須滿足以下要求。
第一，系統(tǒng)載頻不宜過低。因煤礦井下信號通道所處的環(huán)境比較復(fù)雜和特殊，如果系統(tǒng)載頻過低，則收發(fā)信號過程中可能更加依賴于感應(yīng)線路來實(shí)現(xiàn)傳輸之目的。
第二，多跳結(jié)構(gòu)以及自組織。煤礦井下空間有較多的轉(zhuǎn)折，通信信號受阻概率也非常大，無線應(yīng)急救援通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有多跳結(jié)構(gòu)，基于中介轉(zhuǎn)發(fā)來放大信號，以確保點(diǎn)對點(diǎn)的通信良好性。在此過程中，還應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)自組織性，以便于形成網(wǎng)絡(luò)，并與煤礦井下部署。
第三，體積小、能耗低。煤礦井下救援設(shè)備，應(yīng)當(dāng)在井下空間內(nèi)優(yōu)化布設(shè)，而且要嚴(yán)格控制體積，方便攜帶。整個(gè)通信系統(tǒng)的能耗不能太大，可自行解決安全供電問題，確保能夠在井下持續(xù)供電。
（二）優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)
基于上文對煤礦井下應(yīng)急通信系統(tǒng)的建設(shè)需求分析，以下將對Mesh網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)上的應(yīng)急通信系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
從整體架構(gòu)來看，該系統(tǒng)采用了分級無線網(wǎng)絡(luò)模式，具體由MC以及MR組成。實(shí)踐中，如果出現(xiàn)了煤礦井事故或者人員受到了威脅，則救援人員只需攜帶MC和MR進(jìn)入受難井下巷道，即可展開及時(shí)搜救工作。不同的MR之間連接以后，又形成了一個(gè)骨干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，此時(shí)搜救人員可攜帶MC，只需與其中一個(gè)MR正常連接，即可與地面保持正常通信。對于不同的MC而言，彼此之間的相互通信可基于MR實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)之目的，由此便建立起一套比較完整的應(yīng)急通信系統(tǒng)。
（三）優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件
1.器件優(yōu)選
從功能層面來講，MR主要用于信號轉(zhuǎn)發(fā)及其放大等，對于硬件設(shè)備而言，其主要包括控制器、電源模塊、存儲器件以及無線通信模塊和外圍電路等。
第一，維控制器。維控制器對整個(gè)通信系統(tǒng)、性能等會產(chǎn)生較大的影響，基于對芯片性能可以有效滿足利用場景的考慮，具有一定的運(yùn)算、邏輯判斷等能力，確保外部接口更加的豐富，本文選用的是S3C2440A型芯片，令其作為MR之MCU，實(shí)際上是一種精簡指令集處理設(shè)備，緩存16K、主頻400MHz，并且可實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
第二，無線模塊。對于無線模塊來講，其主要功能是數(shù)據(jù)信息接收以及發(fā)送，無線通信芯片采用nRF24L01，在ISM頻段集成的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議非常完整，而且速度能夠達(dá)到2Mbps，只需簡單的進(jìn)行外圍電路布設(shè)即可利用。
2.硬件架構(gòu)
元器件選定以后，再優(yōu)化設(shè)計(jì)硬件整體架構(gòu)，對于MR整體架構(gòu)而言，模塊核心是MCU，通過無線收發(fā)模塊、總線等進(jìn)行通信、傳輸命令和數(shù)據(jù)。較之于MR而言，MC架構(gòu)有相似之處，只是增加了一些語音通話功能，在整體架構(gòu)上二者均可利用。
3.接口電路
第一，對存儲單元接口進(jìn)行電路優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文所研究的通信系統(tǒng)存儲單元，主要利用了FLASH以及SDRAM存儲器。對于SDRAM而言，主要作為系統(tǒng)內(nèi)存應(yīng)用，其頻率與總線之間保持一致，能夠有效進(jìn)行快速擦寫。然而，實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)不斷進(jìn)行刷新，以確保數(shù)據(jù)的客觀有效性。對于FLASH而言，其作為非易失性存儲設(shè)備，掉電以后數(shù)據(jù)信息也不丟失，而且能夠隨意擦寫，一般作為固態(tài)存儲裝置，可存儲代碼以及相關(guān)信息數(shù)據(jù)。
第二，優(yōu)化設(shè)計(jì)電源電路。該系統(tǒng)中的無線網(wǎng)卡需供電電源5V，存儲器電源3.3V，MCU電源需1.3V。實(shí)踐中，為了確保電壓的統(tǒng)一需求，供電采用5V電源，利用芯片對電壓處理以后，電壓3.3V。
結(jié)語
煤礦井下應(yīng)急通信系統(tǒng)得以廣泛地應(yīng)用和發(fā)展。本文結(jié)合井下實(shí)際情況和需求，將無線Mesh網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和技術(shù)設(shè)備引入井下，并且設(shè)計(jì)了Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)上的井下應(yīng)急通信系統(tǒng)，其成本非常的低，而且部署也比較靈活，有利于提高煤礦井下應(yīng)急救援效率的提高。
摘 要：煤礦應(yīng)急管理與救援指揮管理系統(tǒng)是一套集指揮調(diào)度、災(zāi)害演示、預(yù)警預(yù)測、快速反應(yīng)、恢復(fù)重建、應(yīng)急保障和監(jiān)督管理于一體的應(yīng)急救援指揮平臺。同時(shí)，系統(tǒng)將信息管理與GIS平臺相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了重大危險(xiǎn)源、重要工作地點(diǎn)的可視化監(jiān)測監(jiān)控。系統(tǒng)在信息管理、風(fēng)險(xiǎn)分析、決策支持、協(xié)調(diào)指揮等方面為集團(tuán)公司提供了一套應(yīng)急管理與救援指揮整體解決方案。
關(guān)鍵詞：應(yīng)急管理 救援指揮 信息管理 系統(tǒng)開發(fā)
1 開發(fā)背景
近年來，我國煤炭行業(yè)的發(fā)展十分迅速，但煤礦安全問題并沒有得到根本解決，重特大事故時(shí)有發(fā)生，煤礦安全生產(chǎn)事故造成大量人員死亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失。傷亡事故的主要原因是缺少高效、協(xié)調(diào)、統(tǒng)一的應(yīng)急救援和救援指揮管理機(jī)制。在此背景下，為進(jìn)一步提高企業(yè)日常安全管理和應(yīng)急救援水平，特研發(fā)了該系統(tǒng)。
2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1 國外相關(guān)產(chǎn)品及技術(shù)現(xiàn)狀
發(fā)達(dá)國家普遍重視信息管理、風(fēng)險(xiǎn)分析、決策支持和協(xié)調(diào)指揮等應(yīng)急管理技術(shù)在煤礦應(yīng)急救援中的研究與應(yīng)用。美國在“9.11”事件以后，在全國范圍內(nèi)加快建立綜合性、一體化的突發(fā)公共事件處理方案，提供全國突發(fā)事件的預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，并從2005年開始要求各州、部族和地方政府都采用NIMS來處理突發(fā)事件。德國內(nèi)政部門在2001年著手建立了“危機(jī)預(yù)防信息系統(tǒng)”，構(gòu)造了一個(gè)聯(lián)邦和地方政府的事件響應(yīng)和公眾信息網(wǎng)絡(luò)，為突發(fā)公共事件的救援提供信息服務(wù)。英國RobshawL教授提出用信息技術(shù)來提高采掘工作面的活力能力。他利用信息技術(shù)建立一個(gè)煤礦信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)給企業(yè)經(jīng)理提供了關(guān)于煤礦采掘工作面性能的及時(shí)、準(zhǔn)確地信息。
2.2 國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品及技術(shù)現(xiàn)狀
北京大學(xué)毛善君教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的礦山地理信息系統(tǒng)平臺LongRuan GIS，已經(jīng)在我國大部分煤礦使用。LongRuan GIS作為完全從底層開發(fā)的地理信息系統(tǒng)，引領(lǐng)了我國礦山地理信息系統(tǒng)發(fā)展方向[1]；重慶大學(xué)程平等研究設(shè)計(jì)了煤礦應(yīng)急救援指揮通信平臺[2]，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）劉金城設(shè)計(jì)了煤礦瓦斯爆炸事故應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)[3]，為我國煤礦的應(yīng)急救援管理工作做出了貢獻(xiàn)。
3 系統(tǒng)功能
（1）應(yīng)急救援管理系統(tǒng)可快速、準(zhǔn)確地為決策者提供救援預(yù)案，以輔助決策者對事故救援作出決策，為救援工作節(jié)省寶貴時(shí)間。
（2）應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)按照扁平化、準(zhǔn)確性、以人為本等五大原則，分為應(yīng)急值守、應(yīng)急救援和事故管理。應(yīng)急值守實(shí)現(xiàn)在三維模型上動態(tài)監(jiān)控安全、人員定位數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)，及時(shí)報(bào)警，啟動應(yīng)急救援程序。事故管理實(shí)現(xiàn)對災(zāi)害事故的匯總管理。
（3）監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線的檢測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)展示、在線查看和危險(xiǎn)指標(biāo)報(bào)警，為災(zāi)害預(yù)警提供決策依據(jù)。其人員定位功能更能在救援活動中起到關(guān)鍵的作用。
（4）應(yīng)急救援保障系統(tǒng)可完成救援人員、物資的綜合管理，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置、綜合利用、全面部署的戰(zhàn)略規(guī)劃。
4 系統(tǒng)開發(fā)的目標(biāo)
（1）通過預(yù)先設(shè)計(jì)的綜合應(yīng)急預(yù)案，迅速組織救援隊(duì)伍，利用一切可以利用的力量，在災(zāi)害事故發(fā)生后迅速控制其發(fā)展，并努力使災(zāi)害損失將至最低。
（2）通過研究煤礦應(yīng)急管理與救援指揮信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對煤礦工作人員提供安全全方位服務(wù)，使煤礦能及時(shí)更新安全信息，降低安全管理成本，在發(fā)生事故時(shí)能及時(shí)作出反應(yīng)，并采取相關(guān)措施，提高事故的救援效率，有效減少事故損失。
（3）煤礦應(yīng)急管理與救援指揮信息系統(tǒng)借助GIS平臺，利用基于復(fù)雜地質(zhì)條件下三維地質(zhì)模型建模技術(shù)[4]，實(shí)現(xiàn)對井下工作環(huán)境的三維展示，在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，可直觀顯示井下實(shí)際條件，為決策者對事故救援作出決策提供依據(jù)。
（4）應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)建立煤礦應(yīng)急管理與救援指揮信息系統(tǒng)，可有效提高煤礦企業(yè)的信息獲取能力、快速反應(yīng)能力、組織協(xié)調(diào)能力、決策指揮能力、防災(zāi)減災(zāi)能力。
5 技術(shù)路線及研究方法
（1）整體技術(shù)實(shí)施路線包括：需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)等階段。
（2）前端開發(fā)工具用C#來實(shí)現(xiàn)，后端數(shù)據(jù)庫管理工具使用SQL Sreverse2008來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用的借口，使煤礦應(yīng)急管理與救援指揮信息系統(tǒng)具有異構(gòu)多源數(shù)據(jù)訪問的能力。
（3）建立煤礦應(yīng)急救援指揮與管理信息平臺，把監(jiān)測監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)與應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)煤礦救援的安全、快速、高效和有序，最大限度減少事故發(fā)生所造成的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。
（4）根據(jù)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)編碼并調(diào)試所有的功能模塊，并利用實(shí)際資料檢驗(yàn)程序的正確性與容錯(cuò)性。在調(diào)試程序過程中，與相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員密切配合，檢驗(yàn)功能模塊的實(shí)用性，并及時(shí)加以修改。
6 主要創(chuàng)新點(diǎn)
（1）建立了煤礦井下監(jiān)測專用軟件平臺，完成了煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的分析和處理，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)與監(jiān)測設(shè)備及其他軟件系統(tǒng)信息共享。
（2）基于Longruan 3DGIS平臺，實(shí)現(xiàn)了避災(zāi)路線的與救災(zāi)路線的可變化。
（3）系統(tǒng)對應(yīng)急預(yù)案在數(shù)據(jù)庫進(jìn)行拆分，實(shí)現(xiàn)了和應(yīng)急救援流程的無縫集成，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急救援程序的可視化。
（4）把礦山應(yīng)急救援支護(hù)管理數(shù)字化，把大多數(shù)煤礦依托的紙質(zhì)預(yù)案和傳統(tǒng)通信手段提升到應(yīng)用信息化平臺，實(shí)現(xiàn)了狂三應(yīng)急救援指揮的高效、科學(xué)和智能化管理。
（5）建立了基于GIS的三維可視化集成數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源三維動態(tài)數(shù)據(jù)的顯示及三維可視化救援與值守。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，能在根據(jù)實(shí)際情況建立的巷道、硐室、工作面等三維模型上動態(tài)地生成事故報(bào)告，并啟動應(yīng)急救援預(yù)案，同時(shí)還可以根據(jù)災(zāi)害發(fā)生的類型，自動生成最短的救災(zāi)路線，在三維模型上動態(tài)地顯示，為救援工作提供建設(shè)性建議。
7 社會效益分析
礦山應(yīng)急救援指揮管理是礦山安全生產(chǎn)工作的重要組成部分，全面做好礦山安全生產(chǎn)應(yīng)急管理工作，盡可能避免和減少礦山事故造成的傷亡和損失，是堅(jiān)持“以人為本”、貫徹社會主義和諧社會的具體體現(xiàn)。是維護(hù)社會穩(wěn)定人民群眾根本利益的需要，對預(yù)防和應(yīng)對礦山突發(fā)安全生產(chǎn)事件，減少礦山突發(fā)事件造成的損失，具有重要意義。同時(shí)本系統(tǒng)有助于煤礦的日常管理，提高決策者的決策能力，增強(qiáng)管理人員的安全知識，強(qiáng)化人員的安全生產(chǎn)意識，提高人員應(yīng)急反應(yīng)和逃生能力。煤礦應(yīng)急管理與救援指揮信息系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠在煤礦應(yīng)急管理和應(yīng)急響應(yīng)能力方面提供一種新型的信息化、智能化平臺。
[摘 要]本文簡述了姚橋煤礦井下應(yīng)急數(shù)字廣播系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、區(qū)域劃分、設(shè)點(diǎn)數(shù)量及救災(zāi)功能，詳細(xì)分析了系統(tǒng)具體技術(shù)要求及系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，在實(shí)踐應(yīng)用中取得了較好經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
[關(guān)鍵詞]廣播系統(tǒng)；設(shè)計(jì)原則；技術(shù)要求；系統(tǒng)功能
1.概況
姚橋煤礦井下應(yīng)急數(shù)字廣播系統(tǒng)（以下簡稱廣播系統(tǒng)）以井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸平臺，使用光纖或通信電纜連接主、副音箱等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急數(shù)字廣播。該系統(tǒng)覆蓋區(qū)域總計(jì)安裝應(yīng)急數(shù)字廣播作業(yè)地點(diǎn)50處，主要分布在3個(gè)采煤工作面上、下兩巷，8個(gè)掘進(jìn)工作面，6個(gè)人行車場，大泵房，運(yùn)輸調(diào)度室，猴車上、下人位置，主要變電所及軌道甩道口處。該系統(tǒng)以各種應(yīng)急預(yù)案為基礎(chǔ)，具有智能語音告警及應(yīng)急救援功能，日常在指定區(qū)域可以播放背景音樂、播放安全宣傳教育音頻。當(dāng)井下出現(xiàn)重大安全事故時(shí)，可以根據(jù)事先設(shè)定程序，調(diào)動相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，指揮現(xiàn)場人員撤離；可以人工調(diào)用應(yīng)急預(yù)案語音材料，播放給指定區(qū)域，也可以地面調(diào)度室終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)直接喊話，直接指揮有關(guān)人員撤離。
2.設(shè)計(jì)原則
廣播系統(tǒng)的建設(shè)是煤礦信息化建設(shè)的重要設(shè)施，是煤炭安全生產(chǎn)管理體系的重要組成部分，必須從網(wǎng)絡(luò)信息體系建設(shè)的全局考慮，將系統(tǒng)建設(shè)成一個(gè)高起點(diǎn)，易于擴(kuò)充、升級、管理和使用的廣播通信系統(tǒng)。主要設(shè)計(jì)原則包括：
高可靠性：穩(wěn)定可靠運(yùn)行是礦用應(yīng)急通信保障系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)的關(guān)鍵，保證在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用高可靠性的產(chǎn)品設(shè)備，充分考慮冗余、容錯(cuò)和備份能力，同時(shí)合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)，最大限度地支持系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
安全性：煤炭系統(tǒng)作為國家的基礎(chǔ)能源系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中必須考慮防止內(nèi)部及外部非法訪問的措施，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全傳輸。因此需要制訂統(tǒng)一的系統(tǒng)安全策略，整體考慮系統(tǒng)平臺的安全性。
網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性：根據(jù)未來業(yè)務(wù)的增長和變化，網(wǎng)絡(luò)可以平滑地?cái)U(kuò)充和升級，最大程度地減少對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和現(xiàn)有設(shè)備的調(diào)整。
可實(shí)施性：本次工程將充分分析現(xiàn)有的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)及既有的調(diào)度通信系統(tǒng)環(huán)境，充分考慮網(wǎng)絡(luò)的可實(shí)施性。
技術(shù)先進(jìn)性：在保證滿足基本業(yè)務(wù)應(yīng)用的同時(shí)，又要體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)性。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中要把先進(jìn)的技術(shù)與現(xiàn)有的成熟技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來，充分考慮到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。
高性能：骨干通信節(jié)點(diǎn)的性能是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)良好運(yùn)行的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)中必須保障設(shè)備的高吞吐能力，保證各類型信息的高質(zhì)量傳輸，使系統(tǒng)成為煤炭安全生產(chǎn)管理的重要輔助設(shè)施。
經(jīng)濟(jì)性：在充分利用現(xiàn)有資源的情況下，最大限度地降低系統(tǒng)的總體投資，有計(jì)劃、有步驟地實(shí)施，在保證網(wǎng)絡(luò)整體性能的前提下，充分整合礦區(qū)現(xiàn)有的各類型通信廣播系統(tǒng)。
開放性：相關(guān)產(chǎn)品的選擇要以先進(jìn)性和適用性為基礎(chǔ)。廣播系統(tǒng)采用通訊協(xié)議應(yīng)為國際通用協(xié)議，并免費(fèi)向用戶開放通信協(xié)議，使該系統(tǒng)能與綜合自動化系統(tǒng)融合。系統(tǒng)具備二次開發(fā)接口，滿足維護(hù)、開發(fā)應(yīng)用軟件的需求。
3. 廣播系統(tǒng)具體技術(shù)要求
3.1 廣播系統(tǒng)的總體技術(shù)要求
廣播系統(tǒng)以井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸平臺，上、下人行車場、各甩道口和無人值守猴車（處于靜止?fàn)顟B(tài)）等主要巷道可使用光纖或通信電纜連接主、副音箱等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急數(shù)字廣播。系統(tǒng)應(yīng)滿足井下采掘工作面使用通信電纜通信的需要，且數(shù)據(jù)傳輸距離不小于2000米。系統(tǒng)建成后應(yīng)達(dá)到井下應(yīng)急廣播的需要，聲音清晰、無雜音、單個(gè)音箱聲音單方向覆蓋范圍不小于150米。
廣播系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙向通信功能，井下人員聽到音箱聲音后可以通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與礦調(diào)度的信息傳遞。
采掘工作面應(yīng)滿足2種方式廣播：即可采用環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急數(shù)字廣播，也可采用現(xiàn)有調(diào)度電話通過網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信或廣播。
3.2 廣播系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域要求
廣播系統(tǒng)總共設(shè)計(jì)安裝應(yīng)急數(shù)字廣播作業(yè)地點(diǎn)53處，主要分布在3個(gè)采煤工作面上、下兩巷，8個(gè)掘進(jìn)工作面，人行車場，猴車上、下人位置、避災(zāi)硐室，主要變電所及軌道甩道口處。
3.3 廣播系統(tǒng)的架構(gòu)要求
⑴. 廣播系統(tǒng)主要設(shè)備包括系統(tǒng)管理軟件及應(yīng)急廣播服務(wù)器、信號傳輸部分、礦用本安型音箱等。由地面和井下兩部分組成：地面部分由麥克風(fēng)、應(yīng)急廣播服務(wù)器、應(yīng)急廣播客戶端、中繼網(wǎng)關(guān)通信設(shè)備及相關(guān)附件組成。井下部分由礦用隔爆本安型主、副音箱、礦用隔爆兼本安型電源及相關(guān)附件組成。
⑵. 以井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)作為系統(tǒng)的傳輸通道，易于系統(tǒng)的建設(shè)。
3.4 廣播系統(tǒng)的管理軟件要求
廣播系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)向線路通話，播放音頻文件等功能，也可以接收井下線路的聲音并將通話聲音保存。同時(shí)可根據(jù)不同的需要設(shè)置權(quán)限部署在不同的服務(wù)器上。
整合現(xiàn)有的語音通信系統(tǒng)，統(tǒng)一界面，統(tǒng)一管理。
調(diào)度室直接對擴(kuò)播、調(diào)度電話各點(diǎn)進(jìn)行緊急呼叫或廣播各分機(jī)點(diǎn)、在線狀態(tài)顯示。
一鍵通緊急廣播（通過設(shè)置好的語音報(bào)警源直接傳輸?shù)骄略捳疽繇懀?
豐富靈活的軟件接口，支持定制開發(fā)。
支持軟件遠(yuǎn)程操作運(yùn)行環(huán)境：支持WINXP、WIN7、WIN 2003、 WIN 2008操作系統(tǒng)。
同時(shí)具有與人員定位系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)的相互聯(lián)動的功能。
3.5 廣播系統(tǒng)的環(huán)境要求
⑴.安裝地點(diǎn)：大屯煤電姚橋煤礦
⑵.海拔高度：地面不大于1000m，井下不小于 -1000m。
⑶.安裝環(huán)境：煤炭礦山工業(yè)環(huán)境。
⑷.環(huán)境溫度：地面-18℃～45℃，井下2℃～40℃。
⑸.環(huán)境濕度：井底約95%，井口60%～85%。
⑹.耐震能力：按8度烈度設(shè)防。
⑺.運(yùn)行方式：24小時(shí)連續(xù)工作制。
3.6 廣播系統(tǒng)的主要材料設(shè)備如下表
4. 廣播系統(tǒng)的功能
4.1 支持雙重調(diào)度管理功能
通過廣播系統(tǒng)可組成全礦區(qū)廣播通信管理系統(tǒng)：當(dāng)發(fā)現(xiàn)井下某個(gè)地點(diǎn)有異常情況，通過公司總調(diào)度室，即可實(shí)現(xiàn)各煤礦的調(diào)度通話，也可通過公司局域網(wǎng)訪問應(yīng)急數(shù)字廣播系統(tǒng)對煤礦井下某個(gè)工作面直接講話或播音，從而真正實(shí)現(xiàn)公司總調(diào)度室和礦調(diào)度室雙重調(diào)度管理功能。
4.2 設(shè)備狀態(tài)顯示及故障檢測功能
廣播系統(tǒng)設(shè)備都可顯示具體工作狀態(tài)，便于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理。由于終端為網(wǎng)絡(luò)或通信設(shè)備，具備靈活的IP地址或電話號碼設(shè)置，因此通過管理軟件可以通過編程來控制設(shè)備的IP或電話號碼，以達(dá)到控制音箱及實(shí)時(shí)顯示工作狀態(tài)的效果。
4.3 廣播系統(tǒng)呼叫功能
當(dāng)井上管理人員要通過廣播系統(tǒng)通知井下工作人員時(shí)，在調(diào)度室操作臺上輸入井下礦用隔爆兼本安型音箱的IP編碼或電話號碼，系統(tǒng)自動接通井下礦用隔爆兼本安型音箱。
4.4 雙向通信功能
調(diào)度中心可以通過操作臺或訪問應(yīng)急廣播服務(wù)器對井下音箱進(jìn)行講話，井下人員也可以通過井下設(shè)備終端與礦調(diào)度進(jìn)行對話。
4.5 廣播分區(qū)不受限制
根據(jù)礦區(qū)廣播系統(tǒng)需要，可以對礦區(qū)廣播進(jìn)行無限制分區(qū)，使得使用效率最大化。
4.6 音箱音量任意控制
根據(jù)井下區(qū)域不同，在調(diào)度室可以任意控制網(wǎng)絡(luò)音箱的音量大小。每個(gè)音箱具有單獨(dú)調(diào)節(jié)音量功能，并且可以任意選擇各個(gè)網(wǎng)絡(luò)音箱播放的不同背景音樂和宣傳語音廣播等內(nèi)容。
4.7 遠(yuǎn)程廣播系統(tǒng)管理
廣播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無人職守，能夠通過廣播系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理與監(jiān)控?？梢酝ㄟ^計(jì)算機(jī)發(fā)送語音對井下進(jìn)行應(yīng)急廣播。界面友好，操作方便，真正實(shí)現(xiàn)了可尋址到點(diǎn)控制。
5. 結(jié)語
姚橋煤礦廣播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無人職守，能夠通過系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理與監(jiān)控?？梢酝ㄟ^計(jì)算機(jī)發(fā)送語音對井下進(jìn)行應(yīng)急廣播。界面清晰，操作方便，真正實(shí)現(xiàn)了尋址到點(diǎn)控制。通過本系統(tǒng)可組成全礦區(qū)廣播通信管理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)井下某個(gè)地點(diǎn)有異常情況，通過公司總調(diào)度室，即可實(shí)現(xiàn)各煤礦的調(diào)度通話，也可通過公司局域網(wǎng)訪問應(yīng)急數(shù)字廣播系統(tǒng)對煤礦井下某個(gè)工作面直接講話或播音，從而真正實(shí)現(xiàn)公司總調(diào)度室和礦調(diào)度室雙重調(diào)度管理功能。經(jīng)過姚橋煤礦井下的實(shí)際應(yīng)用取得了較好經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
摘 要：隨著世界生產(chǎn)安全不斷重視，尤其是對生產(chǎn)一線的工作者生命安全的不斷重視并且國家安全生產(chǎn)政策的不斷提出，但事故發(fā)生不斷并且高頻，面對突然煤礦事故尤其是大型事故，怎樣有效的處理緊急問題至關(guān)重要。本文主要建立煤礦事故應(yīng)急系統(tǒng)，通過各種軟件建立效果分析，并且構(gòu)建該系統(tǒng)框架圖，該系統(tǒng)的建立為煤礦事故救援提供了最優(yōu)處理方案。
關(guān)鍵詞：煤礦；事故；比較；系統(tǒng)
1 建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)的意義
加強(qiáng)對煤礦事故應(yīng)急救援工作的領(lǐng)導(dǎo)，保證事故應(yīng)急響應(yīng)及時(shí)、搶救迅速有效，提高應(yīng)急預(yù)案的啟動速度、執(zhí)行效率以及執(zhí)行的準(zhǔn)確程度，提高管理的現(xiàn)代化、智能化、系統(tǒng)化水平，盡最大可能減少和降低事故發(fā)生時(shí)所造成的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失，建立一套煤礦事故應(yīng)急救援預(yù)案管理信息系統(tǒng)具有十分重要的意義。為了貫徹執(zhí)行國務(wù)院《關(guān)于加強(qiáng)安全生產(chǎn)工作的決定》、《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》、《煤礦安全生產(chǎn)條例》等法律法規(guī)。一方面，自我國煤炭資源得到很好地發(fā)展，礦井年生產(chǎn)力的不斷提高，相應(yīng)人員的配備比以前更多，尤其在社會高速發(fā)展經(jīng)濟(jì)的社會背景下，提高礦井各項(xiàng)工作效率也是至關(guān)重要；另一方面，在一旦發(fā)生重特大安全事故時(shí)，事故應(yīng)急信息系統(tǒng)能提供完善的應(yīng)急救援程序，促進(jìn)煤礦重特大事故的防范工作，提高煤礦有效應(yīng)對各種突發(fā)事件的能力，能做到處變不驚加強(qiáng)各部門的聯(lián)動與配合，充分調(diào)動生產(chǎn)單位應(yīng)急救援的各種資源，臨危不懼，從而使救援工作有條不紊地開展，損失降到最低。
2 建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)存在的問題
建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)，不但要投入大量的人力、物力和財(cái)力，還需要配備多學(xué)科人才，包括礦產(chǎn)資源學(xué)、采礦學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、巖土工程學(xué)、環(huán)境學(xué)、材料學(xué)、工程力學(xué)、安全科學(xué)、計(jì)算機(jī)、流體力學(xué)、管理學(xué)、系統(tǒng)學(xué)等；另外，煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)是一門集采礦學(xué)與現(xiàn)代管理技術(shù)系統(tǒng)的交叉學(xué)科，需要大批的復(fù)合型人才，但是在煤礦開采領(lǐng)域，這樣的人才是很稀缺的，隨著國發(fā)〔2010〕30文件的，安全生產(chǎn)，但煤礦事故在我國高發(fā)，保護(hù)勞動者生命安全很有必要建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)。
3 建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)的步驟
建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)的主要功能是加強(qiáng)對煤礦事故救援的領(lǐng)導(dǎo)，保證事故應(yīng)急響應(yīng)及時(shí)、搶救迅速有效，提高應(yīng)急啟動速度、執(zhí)行效率以及執(zhí)行的準(zhǔn)確程度，提高管理的現(xiàn)代化、智能化、系統(tǒng)化水平，盡最大可能減少和降低事故發(fā)生時(shí)所造成的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。
3.1 收集整理數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
在建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)之前，就要對該煤礦的人員信息（年齡、工作經(jīng)驗(yàn)、應(yīng)變能力和專業(yè)研究深度等）、地理位置、交通要道、設(shè)備、本地管理協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)等信息的綜合評價(jià)和掌握。這些數(shù)據(jù)對后面本礦建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)有著很重要的意義。
實(shí)現(xiàn)組織、成員及其職責(zé)的管理，實(shí)現(xiàn)用戶管理，完善的用戶管理機(jī)制，可以對用戶設(shè)定密碼安全認(rèn)證與操作權(quán)限，擁有相關(guān)權(quán)限的人員才可以進(jìn)入系統(tǒng)，高級別的用戶可以搶奪低級別的用戶的控制權(quán)，確?？刂莆ㄒ恍?；擁有權(quán)限的用戶可以方便地對系統(tǒng)配置進(jìn)行查詢和修改，并進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)工作。可進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)整理、備份、恢復(fù)等功能。調(diào)查本礦所有機(jī)構(gòu)設(shè)置，對于管理職能重疊、人員配備不足、人員分管工作不明進(jìn)行整頓，綜合建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)。
3.2 建立數(shù)據(jù)庫、錄入數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)庫的選擇對煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)的建立有很大的影響。現(xiàn)在一般可以應(yīng)用Excel、Access、Microsoft office Infopath、Visual Basic、Visual C++、Visual J++、Visual InterDev、Visual SourceSafe 、FoxPro等軟件開發(fā)數(shù)據(jù)庫，Excel、Access、Microsoft office Infopath 軟件建立數(shù)據(jù)庫前期工作量少，所建數(shù)據(jù)庫直觀明確，但是隨著數(shù)據(jù)的膨脹，后面查詢會帶來工作量增加。考慮到軟件普遍、易操作、效率高、快速等特點(diǎn)，采用Visual FoxPro 建立煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)整體性強(qiáng)、層次分明、較高的處理速度、利于后面的開發(fā)。
該系統(tǒng)基礎(chǔ)信息管理模塊用于危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)庫、法律法規(guī)數(shù)據(jù)庫、典型事故案例數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急救援器材設(shè)備數(shù)據(jù)庫及其他應(yīng)急救援?dāng)?shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)輸入、編輯和輸出。
數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)決定著該系統(tǒng)的性能的高低甚至成敗，所以在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時(shí)，按照事故類型進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，事故類型分為瓦斯、地質(zhì)水文、煤塵爆炸、煤與瓦斯突出和通風(fēng)安全，分類的優(yōu)勢在于事故發(fā)生時(shí)，按照事故類型進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，找到處理事故的最佳人員配置和管理結(jié)果，把事故的生命和經(jīng)濟(jì)損失減到最低。
3.3 數(shù)據(jù)查詢及事故匯報(bào)子系統(tǒng)的嵌入
該數(shù)據(jù)庫主要是通過該礦的具體情況（地理位置、交通條件、本礦地質(zhì)條件等因素）建立的，通過礦上事故處理各領(lǐng)域?qū)＜揖C合考慮然后建立的事故應(yīng)急救援處理方案，在進(jìn)行事故類別查詢，得到最優(yōu)事故處理方案。例如，當(dāng)本礦出現(xiàn)水淹井事故，在該系統(tǒng)查詢欄里面輸入地質(zhì)水文，系統(tǒng)查詢處理水害事故的最優(yōu)方案，查詢結(jié)果里面出現(xiàn)處理水害專家，也及相應(yīng)的人員、設(shè)備配備，還有先前該類事故經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。同時(shí)還有出現(xiàn)事故匯報(bào)流程，做到事情緊急情況下，有條不紊的運(yùn)行。
4 結(jié)束語
煤礦事故應(yīng)急救援系統(tǒng)是隨著經(jīng)濟(jì)增長特別是對以人為本的理念深入人心，有關(guān)法律法規(guī)和經(jīng)濟(jì)體制的不斷健全的結(jié)果，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、安全生產(chǎn)的綜合項(xiàng)目的研究。同時(shí)這個(gè)也是一個(gè)不斷更新的動態(tài)項(xiàng)目，將隨著新技術(shù)、新理念、新型經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不斷進(jìn)步，為安全生產(chǎn)提供了一個(gè)嶄新的、高效的、更深層次的穩(wěn)定系統(tǒng)。但同時(shí)也要注意該系統(tǒng)為事故發(fā)生提供了很優(yōu)化的救援方案，與實(shí)際發(fā)生事故時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部各塊能否真正得到順利，還要定期進(jìn)行實(shí)際演練，各單位達(dá)到最佳磨合狀況。
摘要：在煤礦災(zāi)害發(fā)生過程中，根據(jù)地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢，將其應(yīng)用于應(yīng)急救援中，可以極大地提高救援效率，最大限度的降低人員、財(cái)產(chǎn)的損失。
關(guān)鍵詞：煤礦災(zāi)害 應(yīng)急救援系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)
一、引言
隨著煤礦開采深度的加深，地質(zhì)條件也將會愈加的復(fù)雜，各種事故會嚴(yán)重威脅著礦工的生命安全和煤炭生產(chǎn)的正常進(jìn)行。通過建立生產(chǎn)安全事故應(yīng)急救援預(yù)案，可以控制礦山發(fā)展并盡可能排除事故及礦井災(zāi)害，保護(hù)現(xiàn)場人員及場外人員的安全，將礦井災(zāi)害對人員、財(cái)產(chǎn)造成的損失降低到最小程度。
地理信息系統(tǒng)（GIS）是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，它可以對在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析。GIS技術(shù)把地圖這種獨(dú)特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計(jì)分析等）集成在一起，從而使大量抽象、枯燥的數(shù)據(jù)變得生動、直觀和易于理解，提高工作效率和管理工作的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。
二、地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢
地理信息系統(tǒng)是以地理空間和動態(tài)的地理信息為地理研究和地理決策服務(wù)的信息系統(tǒng)，已被廣泛用于資源管理、城市規(guī)劃、應(yīng)急救援等各個(gè)領(lǐng)域。地理信息系統(tǒng)的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢有：
1、標(biāo)準(zhǔn)的信息存儲、查詢功能。GIS可以將各種不同的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成利于計(jì)算機(jī)存儲的內(nèi)部格式。GIS不但包括各種要素分布的空間位置，也包括其實(shí)體特征的屬性數(shù)據(jù)，同時(shí)還有明顯的時(shí)序特征，而且空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間是一種密切的對應(yīng)關(guān)系，空間信息和屬性信息形成一個(gè)有機(jī)的整體。通過檢索空間數(shù)據(jù)可查詢相應(yīng)屬性信息；通過檢索屬性數(shù)據(jù)也可以查詢相應(yīng)的空間信息。避免了圖形與相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)分離的現(xiàn)象，給企業(yè)資源的全面管理帶來了極大的方便。從圖形學(xué)的角度來看，GIS實(shí)質(zhì)上是一種便于計(jì)算機(jī)處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字化地圖或圖紙，可以方便地對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、編輯、顯示、查詢、空間分析和輸出打印，也可以利用三維動態(tài)仿真技術(shù)對各種要素實(shí)現(xiàn)仿真模擬，構(gòu)造一個(gè)符合實(shí)際的模擬空間，展現(xiàn)各種地物之間復(fù)雜的時(shí)空關(guān)系。
2、便捷的的數(shù)據(jù)管理功能。一些數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用系統(tǒng)公司，如Oracle，Microsoft和SAS等，已擴(kuò)展了其產(chǎn)品容納空間數(shù)據(jù)管理功能。另一方面，許多GIS軟件也包含空間數(shù)據(jù)庫引擎數(shù)據(jù)模型，借助這一模型可將空間數(shù)據(jù)加入到關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中。這樣使得大規(guī)模的GIS系統(tǒng)與空間數(shù)據(jù)技術(shù)一體化成為可能，便于各種系統(tǒng)的集成和信息共享。
3、優(yōu)秀的空間分析功能。空間分析是地理信息系統(tǒng)最主要的特色。GIS系統(tǒng)可以利用其空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，結(jié)合高效的算法進(jìn)行空間分析。如對距離某一事故地點(diǎn)一定范圍內(nèi)各種空間要素的搜索，并對相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為事故處理提供所需要的信息和應(yīng)急預(yù)案等。這種空間分析的功能是其他信息管理系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的。
三、煤礦災(zāi)害應(yīng)急救援地理信息系統(tǒng)模塊功能設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)需求分析和開發(fā)目標(biāo)，煤礦災(zāi)害應(yīng)急救援系統(tǒng)應(yīng)主要包括以下幾個(gè)模塊：
1、信息管理模塊。該模塊主要由礦井相關(guān)的各種基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫和地物屬性分布組成?；A(chǔ)信息包括礦井基本情況數(shù)據(jù)庫、井下主要設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫、安全設(shè)備數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)條件數(shù)據(jù)庫、主要災(zāi)害信息數(shù)據(jù)庫以及實(shí)時(shí)的采掘工作面分布等。它具有實(shí)時(shí)維護(hù)、更新和管理煤礦基礎(chǔ)信息所需的基本功能。？
2、應(yīng)急預(yù)案模塊。主要包括礦井災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急救援隊(duì)伍、救災(zāi)設(shè)備數(shù)據(jù)庫、救災(zāi)專家數(shù)據(jù)庫以及國家級礦山救援基地分布等內(nèi)容。在礦井災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案中可以查詢到通用的應(yīng)急救援預(yù)案，如國家局制定的礦山重特大生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案，也可以查詢到針對本礦井實(shí)際的自行制定的應(yīng)急預(yù)案內(nèi)容。它具有維護(hù)和管理整個(gè)礦井災(zāi)害應(yīng)急救援的基本功能。
3、災(zāi)害處理模塊。囊括了礦井災(zāi)害從預(yù)測預(yù)報(bào)到控制處理的一般方法，主要包括礦井災(zāi)害預(yù)測方法、礦井災(zāi)害控制方法、礦井災(zāi)害處理方法。同時(shí)還提供了礦升災(zāi)害案例庫這一功能，方便查找相關(guān)的礦井災(zāi)害案例，以期達(dá)到學(xué)習(xí)借鑒的目的。
4、法律法規(guī)模塊。此模塊提供了礦井生產(chǎn)適用的各項(xiàng)法律法規(guī)和部門規(guī)章制度，包括國家級及省級煤礦安全規(guī)程。能夠按照目錄、索引和關(guān)鍵字進(jìn)行查詢、打印，同時(shí)預(yù)留了擴(kuò)展接口，用戶可以隨實(shí)際變化增減法律法規(guī)條文，有效地減少了檢索規(guī)章制度文件的時(shí)間，為領(lǐng)導(dǎo)者做出正確的決策提供法律依據(jù)。
四、煤礦災(zāi)害應(yīng)急救援地理信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用
礦井災(zāi)害救援制約因素多、情況復(fù)雜多變，與其他行業(yè)的搶險(xiǎn)救災(zāi)工作相比，具備更強(qiáng)的技術(shù)性、時(shí)效性和更大的危險(xiǎn)性，要求反應(yīng)迅速、判斷準(zhǔn)確、應(yīng)變及時(shí)、措施有力，一旦事故發(fā)生，需要多支救援隊(duì)伍密切配合、集中指揮展開救援工作。
建立礦井應(yīng)急救援系統(tǒng)的目的：一是發(fā)生事故后控制危險(xiǎn)源，避免事故擴(kuò)大，在可能的情況下予以消除；二是盡可能減少事故所造成的人員和財(cái)產(chǎn)損失。因此，礦井災(zāi)害應(yīng)急救援系統(tǒng)不僅要包括危險(xiǎn)源空間布局、礦井環(huán)境狀況、關(guān)鍵設(shè)施狀況、應(yīng)急救援力量等實(shí)體空間，而且還應(yīng)涉及社會經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的非實(shí)體因素，如人員分布、財(cái)產(chǎn)分布等。？礦井應(yīng)急救援作為一個(gè)動態(tài)運(yùn)行的過程，其復(fù)雜的災(zāi)害生成機(jī)制需要強(qiáng)有力的信息分析工具的支持。地理信息系統(tǒng)是解決這一問題的有力工具。
本系統(tǒng)主要利用GIS開發(fā)軟件，將煤礦生產(chǎn)工作范圍內(nèi)的電子地圖、屬性數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合，構(gòu)成地理信息系統(tǒng)平臺，通過此平臺，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工作范圍內(nèi)井下巷道、采掘工作面和各種機(jī)械、安全設(shè)備數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)的全面整合，達(dá)到數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和資源共享。同時(shí)在此基礎(chǔ)上提供災(zāi)害預(yù)測、控制和應(yīng)對方案，提高管理工作的科學(xué)性、規(guī)范性，以及災(zāi)害處理工作的及時(shí)性、準(zhǔn)確性。
五、結(jié)束語
該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對礦井基本情況、主要災(zāi)害信息、危險(xiǎn)源分布及救災(zāi)力量等信息的查詢、圖形編輯、屬性更新，確定特定災(zāi)害的影響范圍，大致預(yù)測災(zāi)害損失。在災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)與快速救援指揮中顯示最佳避災(zāi)路線，調(diào)度與管理抗災(zāi)力量，對應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫進(jìn)行決策支持和數(shù)據(jù)更新，從而方便生產(chǎn)單位在災(zāi)害發(fā)生時(shí)及時(shí)啟動相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，輔助領(lǐng)導(dǎo)全面掌握災(zāi)情并進(jìn)行救災(zāi)指揮決策，將災(zāi)害損失降到最低限度。
摘 要 由于科技的發(fā)展和國家的重視，煤礦事故的發(fā)生率在近幾年來已經(jīng)有所下降。然而由于煤礦工作的環(huán)境復(fù)雜，目前我國仍然無法避免煤礦事故的發(fā)生。所以，事故發(fā)生后的應(yīng)急通信保障和人員救助成了國家的關(guān)注重點(diǎn)。由于煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)對于挽救曠工生命工作有著重要的影響，本文通過了解煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和存在的問題，提出了煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)未來的研究方向的同時(shí)，也對煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的未來應(yīng)用做出了概括。
關(guān)鍵詞 煤礦事故;煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng);研究
煤炭的開采是我國重要能源的主要來源，但是煤礦事故的發(fā)生使得人民的生命財(cái)產(chǎn)受到了威脅。煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)為事故救援提供了有力的技術(shù)支持，也對安撫被困人員情緒起到了巨大的作用。然而該通信保障系統(tǒng)受困于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，仍然存在著諸多不足，給煤礦事故的救援帶來了一定困難。
1 煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
當(dāng)一場煤礦事故發(fā)生后，井下通信的中斷會導(dǎo)致救援部隊(duì)無法確定井下情況，因此無法完成制定人員救援的措施，嚴(yán)重影響了救援時(shí)間。而目前的煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)為了適應(yīng)井下的復(fù)雜環(huán)境，存在著設(shè)備小、布設(shè)快速、可移動、簡單操作等優(yōu)點(diǎn)，使得井下的通信系統(tǒng)靈活性較高。
目前礦井的主要通信方式有中頻感應(yīng)通信、VHF泄漏通信、礦井蜂窩無線通信以及短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)等。礦井應(yīng)急通信保障系統(tǒng)屬于有線和無線技術(shù)為一體的信息設(shè)備，需要建立有線、無線相結(jié)合的通信保障系統(tǒng)。目前我國煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的主要功能是：在事故發(fā)生后，通信設(shè)備可以保證井下人員與救援人員的聯(lián)絡(luò)，使得救援人員可以根據(jù)通信數(shù)據(jù)對受困人員進(jìn)行定位，采取相應(yīng)的救援措施。因此有線技術(shù)和無線技術(shù)的發(fā)展對于煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的意義[1]。
2 煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的存在問題與研究方向
1）煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的存在問題。
一方面就目前的煤礦應(yīng)急通信的幾種主要通信方式來說，其中的中頻感應(yīng)通信利用專用的感應(yīng)線和無線電波傳輸信息，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。而VHF泄漏通信系統(tǒng)利用無線電輻射泄漏原理實(shí)現(xiàn)通信，但是有布線的局限性且費(fèi)用較高。礦井蜂窩式無線通信系統(tǒng)雖然在救援時(shí)較為可靠，但是其初期規(guī)劃較麻煩，并且設(shè)備較為昂貴。短距離無線通信系統(tǒng)是利用現(xiàn)在的WIFI網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的通信系統(tǒng)，支持多媒體的通信，且擁有成本較低、部署靈活等特點(diǎn)。但是由于目前該技術(shù)發(fā)展的較晚，所以還沒有被廣泛的應(yīng)用。另一方面，我國的煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的應(yīng)急求救信息處理的自動化程度較低，求救信息的處理仍然以人對計(jì)算機(jī)的使用為主。即使安裝了應(yīng)急自動化報(bào)警裝置，也由于信息系統(tǒng)的通信平臺功能缺乏而無法實(shí)現(xiàn)信息的共享，無法使應(yīng)急通信系統(tǒng)及時(shí)發(fā)揮其作用。再者，由于井下事故發(fā)生的比較突然，人員受困的地點(diǎn)往往有多處，在進(jìn)行一個(gè)地點(diǎn)人員救援時(shí)，如果不能及時(shí)同步的將救援消息傳達(dá)，可能導(dǎo)致其他地點(diǎn)的人員傷亡。但是由于目前的井下作業(yè)員的通信設(shè)備有限，通信同步的問題仍然沒有得到解決。最后，目前在事故發(fā)生后被困人員的數(shù)量統(tǒng)計(jì)仍然是以現(xiàn)場調(diào)查的方法為主，根本無法讓全部礦工的安全得到保障。
2）煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究方向。
基于煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和存在問題，可以對煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究方向做一個(gè)大致的總結(jié)。一是大力發(fā)展煤礦應(yīng)急信息系統(tǒng)的有線無線技術(shù)，降低煤礦通信系統(tǒng)的建設(shè)成本，保證先進(jìn)技術(shù)在全國多處礦井的普及。二是建立多個(gè)煤礦應(yīng)急信息系統(tǒng)，防止某處煤礦應(yīng)急信息系統(tǒng)失靈的狀況發(fā)生。三是利用現(xiàn)代信息技術(shù)創(chuàng)立一個(gè)集求救、通信、指揮、調(diào)度為一體的信息系統(tǒng)，通過高度智能化的系統(tǒng)提高救援的效率。四是通過增設(shè)擴(kuò)音設(shè)備或增添多處的通訊線路和設(shè)備，保證礦下每處位置都能及時(shí)收聽到救援的相關(guān)信息。五是完善煤礦應(yīng)急通信系統(tǒng)，增添礦下監(jiān)控的系統(tǒng)環(huán)節(jié)，可以實(shí)時(shí)的掌握井下人員的數(shù)量及分布等情況?？傊晟泼旱V應(yīng)急通信系統(tǒng)，不斷的確立煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)新的研究方向，是保證我國人民生命財(cái)產(chǎn)安全任重而道遠(yuǎn)的的任務(wù)[2]。
3 煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的未來應(yīng)用
隨著科技的發(fā)展，煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)也會越加完善，在煤礦事故的應(yīng)用上也會實(shí)現(xiàn)更多的功能。監(jiān)控系統(tǒng)的完善首先可以使煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)在事故發(fā)生前掌握礦下人員的位置信息及人數(shù)和活動情況。而在礦難發(fā)生時(shí)高智能化的系統(tǒng)可以通過對求救信號的捕捉，及時(shí)做出應(yīng)急措施，通過廣播等通訊措施對礦下其他區(qū)域人員做出疏散警告，防止更多人員受困。同時(shí)高智能化的系統(tǒng)將求救信號通過網(wǎng)絡(luò)共享給救援部隊(duì)，并將之前掌握的人員數(shù)據(jù)提交給趕來救援的隊(duì)伍，便于救援部隊(duì)及時(shí)部署救援計(jì)劃。在救援部隊(duì)趕到后就可以利用煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的多途徑的通信設(shè)備聯(lián)絡(luò)到每一個(gè)井下的受困人員，掌握井下的基本情況。在執(zhí)行救援措施時(shí)又可以通過這些有線和無線的通信設(shè)備對其他等待救援的人員做出安排。如此，通過煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的不斷研究和完善，可以給煤礦救援提供更大的貢獻(xiàn)，完成煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的使命[3]。
4 結(jié)論
煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究是完善其應(yīng)用效果的重要方法。只有做好對煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)現(xiàn)狀的了解，掌握其存在的問題，才能確定煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究方向，完成對其各方面的研究?？傊?，做好煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的研究，才能提高煤礦應(yīng)急通信保障系統(tǒng)的應(yīng)用效果，為保障我國人民的生命財(cái)產(chǎn)安全做出一份貢獻(xiàn)。
[摘 要] 煤礦井下救援工作因?yàn)槠涮厥獾男袠I(yè)特點(diǎn)和自身特色，目前已有的其他部門、行業(yè)、以及其他國家的救援系統(tǒng)無法直接應(yīng)用。本文根據(jù)對象分析法，
結(jié)合了GIS信息化技術(shù)對煤礦井下區(qū)域性救援進(jìn)行了分析，認(rèn)為分析井下區(qū)域性救援系統(tǒng)信息化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于對煤礦井下GIS救援的表達(dá)，應(yīng)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，最后GIS救援系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型，利用煤炭井下區(qū)域性救援及分布聯(lián)系建立了井下信息可視化系統(tǒng)。
[關(guān)鍵詞] GIS； 煤礦； 事故應(yīng)急救援； 信息管理系統(tǒng)
1 GIS技術(shù)應(yīng)用在煤礦領(lǐng)域的意義
隨著電子技術(shù)和無線通信技術(shù)的高速發(fā)展，軟/硬件開發(fā)工具的不斷更新，GIS 技術(shù)獲得了飛速發(fā)展。從最早的單點(diǎn)定位和相對定位，發(fā)展到現(xiàn)在的差分定位和廣域差分定位；從原先的數(shù)據(jù)后處理到現(xiàn)在的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理；從單 GIS 接收機(jī)時(shí)展到現(xiàn)在的多星座 GNSS 接收機(jī)時(shí)代。另外，GIS 技術(shù)在民用領(lǐng)域的發(fā)展更加快速，如汽車導(dǎo)航，大壩、橋梁、高層建筑變形救援，災(zāi)害救援及各種工程施工中的定位服務(wù)。如今，GIS產(chǎn)業(yè)已發(fā)展為一項(xiàng)全球化、規(guī)模化和大眾化產(chǎn)業(yè)，因此，大力開展對 GIS 應(yīng)用技術(shù)的研究，對經(jīng)濟(jì)建設(shè)和軍事建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義。
從上世紀(jì) 90 年代 GIS 產(chǎn)品引進(jìn)我國后經(jīng)過 20 年的研究和發(fā)展，我國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)取得了長足的進(jìn)步，從 2005 到 2010 年上半年就創(chuàng)造了超過 1000 億元的產(chǎn)值。近年來，衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展受到我國高度的重視，在國家 “十二五”規(guī)劃中，衛(wèi)星導(dǎo)航被列入重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，國家將在政策、法規(guī)、資金上大力支撐發(fā)展有自主知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，而這些政策上的優(yōu)勢將為衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造巨大的空間，也成為促進(jìn)中國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的主要動力。
GIS 接收機(jī)是 GIS 系統(tǒng)的重要組成部分，是用戶實(shí)現(xiàn)定位、測速和授時(shí)功能的核心部分。GIS 信號救援作為接收機(jī)內(nèi)基帶信號處理的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是跟蹤、導(dǎo)航電文提取和定位解算等后續(xù)處理過程的基礎(chǔ)和前提。GIS 接收機(jī)的一些重要性能指標(biāo)與救援算法的性能有關(guān)，如 TTFF 和接收機(jī)的靈敏度。因此研究性能優(yōu)越的救援處理技術(shù)對于開發(fā)高性能 GIS 接收機(jī)具有十分重要的意義，本課題正是基于此展開對煤礦區(qū)域 GIS 信號救援信息管理系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與研究。
2 GIS技術(shù)在煤礦事故應(yīng)急救援信息管理系統(tǒng)中的應(yīng)用
在智能化救援模式下利用GIS救援系統(tǒng)技術(shù)和雙緩存技術(shù)可建立救援系統(tǒng)實(shí)用模型。
2.1 幾何數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)
簡單來說，系統(tǒng)工作原理就是通過開關(guān)進(jìn)入每個(gè)手機(jī)分配一個(gè)IP地址，并存儲在GIS中的數(shù)據(jù)，在管理軟件中自動注冊到的無線信號覆蓋區(qū)域。在GIS救援系統(tǒng)系統(tǒng)中的煤，不僅要生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理的固有特性，分布的各種數(shù)據(jù)整理清楚之間的層次關(guān)系。因此，生產(chǎn)管理系統(tǒng)模型包括兩個(gè)屬性信息，還包括空間格局信息。根據(jù)前面的介紹我們知道，由于GIS救援系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)中各地物設(shè)備都是根據(jù)點(diǎn)、線、面的幾何集合構(gòu)成，對象較為復(fù)雜，因此有必要對復(fù)雜地物類的屬性特征和幾何特征作出詳細(xì)的分類與定義。通常我們都可以將具備集合特征的數(shù)據(jù)分類為層次數(shù)據(jù)與幾何數(shù)據(jù)。層次數(shù)據(jù)可以帶有屬性，是把各采集到的圖形按照各自的特征、需求歸類分層，最終得到的結(jié)果，同時(shí)也是屬性與圖形的關(guān)鍵結(jié)合點(diǎn)。幾何數(shù)據(jù)則是對地物形狀大小、空間位置及其拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行描述表達(dá)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
2.2 屬性數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)
GIS救援系統(tǒng)信息屬性同圖形信息關(guān)系極其密切。實(shí)體對象與圖層信息都擁有單向的屬性數(shù)據(jù)。這里首先介紹屬性數(shù)據(jù)與客觀數(shù)據(jù)間的聯(lián)系?；緦傩詳?shù)據(jù)一般可以分成公共屬性、獨(dú)享屬性、共名或共值屬性、可否傳播屬性、傳值屬性和傳名屬性，共計(jì)八種類型。本文簡要概括了煤炭管理系統(tǒng)中屬性特征模型的邏輯結(jié)構(gòu)，因?yàn)楦鲾?shù)據(jù)間存在著各式各樣的映射關(guān)系，如需要提取某種設(shè)備狀態(tài)信息的時(shí)候，我們可以進(jìn)行分層查找，并根據(jù)確定的地理位置，最終獲得該的屬性信息與圖形信息，一舉找到和該相關(guān)的所有信息，很好地滿足了GIS救援系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)的快捷性和簡便性。注冊后的手持機(jī)即可正常通話，并將其調(diào)制打包后通過礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)送到地面管理主機(jī)，呼叫目標(biāo)手持機(jī)接收信號后經(jīng)過振鈴提示并調(diào)制成語音給與持機(jī)者，完成一次多媒體通話。
2.3 系統(tǒng)交互組件設(shè)計(jì)
所謂的業(yè)務(wù)交互的組件，即能夠維護(hù)和更新信息查詢的功能組件，該組件可根據(jù)生產(chǎn)設(shè)施，設(shè)備和管理的運(yùn)行時(shí)間，和其他類型的財(cái)產(chǎn)及時(shí)的警告信息，設(shè)備信息的變化可以更新和維護(hù)數(shù)據(jù)。相關(guān)參數(shù)，業(yè)務(wù)交互組件還具有一個(gè)設(shè)置管理系統(tǒng)GIS維護(hù)系統(tǒng)，權(quán)限管理和維護(hù)功能。緩存管理模塊可以用于存儲服務(wù)器訪問的地理空間數(shù)據(jù)檢索，空間數(shù)據(jù)緩存在客戶端，消除和更新緩存數(shù)據(jù)。在使用矢量柵格混合地圖服務(wù)，空間數(shù)據(jù)環(huán)境的嚴(yán)格劃分，并實(shí)施管理層，并用矢量網(wǎng)格劃分方式存儲數(shù)據(jù)，這是因?yàn)榭臻g數(shù)據(jù)格式存儲在系統(tǒng)端口緩存的關(guān)鍵作用。高速緩存管理模塊可以結(jié)合地圖顯示模塊，用戶操作人員應(yīng)在第一時(shí)間的要求，經(jīng)過篩選的幾何形狀，端口緩存的屬性數(shù)據(jù)，篩選有效的數(shù)據(jù)提供給管理員。
2.4 服務(wù)器端口設(shè)計(jì)
GIS技術(shù)下的煤礦安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)，不但和桌面應(yīng)用程序結(jié)合應(yīng)用功能特性極強(qiáng)，而且擁有易傳播、傳播范圍廣泛、交互性強(qiáng)且反應(yīng)敏捷等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)優(yōu)化了Web程序交互能力差的功能，通過信息索引客戶端，可以獲取地圖、報(bào)表、屬性等數(shù)據(jù)的相應(yīng)索引號，然后進(jìn)行請求、緩存操作等。比如在安全操作觸及到與原顯示區(qū)相關(guān)范圍內(nèi)時(shí)，緩存中已存數(shù)據(jù)即刻可以提取使用，使用同時(shí)還可以把下次要用的數(shù)據(jù)一并存儲。因此，我們可以有效地克服系統(tǒng)運(yùn)行的缺陷顯示速度太慢。在服務(wù)器端建立一個(gè)緩沖區(qū)，大的存儲數(shù)據(jù)，提高運(yùn)作效率，增強(qiáng)服務(wù)器GIS性能。
2.5 GIS應(yīng)急救援的構(gòu)成與優(yōu)化
在解決GIS問題的過程中應(yīng)用GIS應(yīng)急救援技術(shù)的主要步驟包括：根據(jù)GIS的問題組織學(xué)習(xí)樣本，根據(jù)樣本來構(gòu)造與訓(xùn)練GIS應(yīng)急救援，進(jìn)行GIS應(yīng)急救援測試。本節(jié)將使用上述算法的改進(jìn)，GIS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的煤礦救援的研究和分析。具有較大的離散性的樣本數(shù)據(jù)，并進(jìn)入了GIS的監(jiān)測數(shù)據(jù)也有較大的離散性?；诰W(wǎng)絡(luò)將函數(shù)作為傳遞函數(shù)，輸出范圍為0-1，歸一化的數(shù)據(jù)。通過仿真試驗(yàn)，運(yùn)用MATLAB軟件、GIS監(jiān)視器來確定隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)和獲得優(yōu)秀的GIS。設(shè)定允許誤差限度，用改進(jìn)型的GIS應(yīng)急救援算來研究三層GIS應(yīng)急救援結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)樣本的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)、算法和結(jié)構(gòu)對學(xué)習(xí)速度的影響，最終達(dá)到優(yōu)化效果。在一些煤礦工程質(zhì)量觀中的不安全因素在中國計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，是在通風(fēng)救援系統(tǒng)的遠(yuǎn)程檢測，很好的解決這些問題，它不僅有很好的工程操作，校準(zhǔn)程序使用的測試數(shù)據(jù)，對采礦作業(yè)質(zhì)量指導(dǎo)；也可以事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測，采取一系列預(yù)先采取措施，為施工安全管理提供信息，事故率降低到最低限度，確保煤礦安全生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
2.6 GIS應(yīng)急救援的診斷結(jié)果測試
建立良好的預(yù)測一直是GIS救援與數(shù)據(jù)的研究，以及是否與經(jīng)驗(yàn)值的協(xié)議；在采用一套新的數(shù)據(jù)測試，是否符合照顧的規(guī)范化；另一組樣本數(shù)據(jù)測試GIS救援，驗(yàn)證其有效性的奇怪的數(shù)據(jù)處理。如果診斷實(shí)驗(yàn)或輸出誤差很小，滿足規(guī)范的要求，然后顯示GIS顯示器可以正確的執(zhí)行，與實(shí)際的可用性。煤炭領(lǐng)域的人員和并發(fā)，結(jié)合相關(guān)的要求，提出了利用煤的綜合質(zhì)量作為衡量指標(biāo)，采用改進(jìn)算法訓(xùn)練GIS煤炭鐵路計(jì)算機(jī)救援系統(tǒng)進(jìn)行救援和基于綜合判斷仿真。
3 應(yīng)用效果
3.1 實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線點(diǎn)的計(jì)算、繪圖、制表一體化
救援系統(tǒng)自動化技術(shù)在煤礦，除了三維形狀的模擬，它還可以根據(jù)救援?dāng)?shù)據(jù)，坐標(biāo)，導(dǎo)線點(diǎn)的高程和自主計(jì)算的實(shí)現(xiàn)，計(jì)算快速準(zhǔn)確，并可直接對高自動標(biāo)記的屋頂，并將標(biāo)記存儲在GIS中的數(shù)據(jù)，避免人體必需的轉(zhuǎn)錄錯(cuò)誤。最后結(jié)果表的輸出線，表格的格式規(guī)范，信息的完整性，并可以直接打印導(dǎo)線點(diǎn)的計(jì)算、繪圖、制表一體化。
3.2 實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)線救援的有效管理
分段地圖管理不僅簡單快速，而且通過數(shù)據(jù)更新維護(hù)，形成線名稱檢索目錄和管理方法，煤礦綜合自動化救援，大大提高了工作效率。
3.3 自動救援
通過原始數(shù)據(jù)的輸入，可以有效地反映電力系統(tǒng)的真實(shí)狀態(tài)，它模擬了煤礦救援系統(tǒng)的整個(gè)過程，在建模計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的相對位置，在實(shí)際的結(jié)構(gòu)和關(guān)系，并在基礎(chǔ)和方向的道路上標(biāo)記線，繪制簡單的固定環(huán)境的輪廓，提高了煤礦綜合自動化救援的工作效率。
3.4 可視化界面
系統(tǒng)的可視化界面，可操作性強(qiáng)，救援人員沒有特殊的學(xué)習(xí)或培訓(xùn)，操作很簡單。
4 結(jié)語
GIS技術(shù)作為一種煤礦事故應(yīng)急救援的新方法，以新的救援方式應(yīng)用在中國煤炭安全生產(chǎn)中，智能化救援應(yīng)用接口遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)服務(wù)技術(shù)為基礎(chǔ)的視頻救援，救援對煤炭救援三維可視化的每個(gè)階段的實(shí)施，了解各個(gè)節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境救援中的相對位置和相互關(guān)系，它有利于我的中國煤炭行業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，也將為煤炭安全生產(chǎn)做一個(gè)很好的借鑒和指導(dǎo)意義。
【摘要】煤炭安全生產(chǎn)中，基于WIFI無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)使其必備安全裝備，在一定程度上填補(bǔ)了我國無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的空白?；赪IFI網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將新技術(shù)提供給煤礦應(yīng)急救援工作，有助于災(zāi)后緊急救援工作順利進(jìn)行，對傷亡人員的減少具有重要意義。基于WIFI技術(shù)可靠而先進(jìn)，同時(shí)具備綜合性功能，具有鮮明特色，而且在煤礦市場上競爭能力非常強(qiáng)。本文就對其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。
【關(guān)鍵詞】WiFi技術(shù)；煤礦井下應(yīng)急救援；無線通信系統(tǒng)
一、引言
一直以來，國內(nèi)煤礦井下應(yīng)急救援技術(shù)的發(fā)展速度非?？?，一旦煤礦法發(fā)生意外事故，必須全部切斷井下煤礦電力供應(yīng)，無法正常使用煤礦個(gè)通訊設(shè)備，以對二次事故的發(fā)生進(jìn)行避免。此外，煤礦災(zāi)害區(qū)環(huán)境和條件具有一定的復(fù)雜性和惡劣性，因此也就導(dǎo)致在事故發(fā)生時(shí)，救護(hù)隊(duì)員不能技術(shù)和地面救災(zāi)指揮部、井下救護(hù)基地，取得及時(shí)有效的聯(lián)系，無法對煤礦事故現(xiàn)場情況有一個(gè)具體的了解，也就對救援指揮工作造成影響。
二、煤礦井下應(yīng)急救援災(zāi)害事故分析
在煤礦安全生產(chǎn)工作中，應(yīng)急救援煤礦災(zāi)害事故是其重要組成部分。在發(fā)生事故后，緊急救援就成為一項(xiàng)降低損失、減少事故傷亡人數(shù)的重要舉措。我國煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)管局所提供的資料顯示，2010年山西王家?guī)X煤礦透水事故中，救援人員進(jìn)行長達(dá)10個(gè)小時(shí)的搶救，獲救100多名煤礦工作人員。2009年山西屯蘭煤礦瓦斯爆炸，因?yàn)閾尵燃皶r(shí)，所以多人獲救。我國煤礦安全監(jiān)察局在近些年將煤礦井下應(yīng)急救援提上關(guān)鍵議事日程，并先后建立了安全生產(chǎn)應(yīng)急救援辦公室、礦山救援指揮部、煤礦事故急救基地、煤礦醫(yī)療急救中心以及煤礦急救研究所等煤礦應(yīng)急救援與安全生產(chǎn)研究和執(zhí)行體系。
在發(fā)生煤礦災(zāi)害事故后，救援人員一定要深入井下，并且直面礦井中危險(xiǎn)環(huán)境，尤其是礦井中環(huán)境比較模糊的狀況下，這就更加劇了救護(hù)工作人員的工作，嚴(yán)重威脅著救護(hù)者的生命及安全。因此，為提高煤礦救護(hù)者生命安全性，避免發(fā)生救護(hù)工作者傷亡事故，在具體救護(hù)工作中，讓救護(hù)工作人員更加便捷的獲取煤礦災(zāi)害環(huán)境及其個(gè)體體征參數(shù)等非常有必要，能夠幫助救護(hù)隊(duì)員與地面指揮人員采取針對性救護(hù)措施，保證安全救援工作順利進(jìn)行。
總之，我國煤礦緊急救援工作依舊存在通信信息不暢及救援設(shè)備落后等問題，無法與煤礦整體救援需要相適應(yīng)。現(xiàn)代化信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，同樣是改善與加強(qiáng)煤礦安全的有效措施。因此，煤礦信息化技術(shù)的推廣與應(yīng)用，煤礦應(yīng)急救援安全檢測與通訊指揮系統(tǒng)的研發(fā)刻不容緩。無線通信技術(shù)一方面直接關(guān)系著我國煤礦健康發(fā)展，另一方面也是我國和諧社會得以構(gòu)建的保障與前提。
三、WiFi技術(shù)下的煤礦井下應(yīng)急救援無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)
所謂WiFi，其實(shí)就是一種現(xiàn)代化短距離無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可以在一定范圍內(nèi)接入互聯(lián)網(wǎng)的無線電信號，也屬于一種無線相容認(rèn)證。WiFi其實(shí)是由WECA（無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟）宣傳的業(yè)界術(shù)語。在迅猛發(fā)展的無線通信技術(shù)中，尤其是相繼出現(xiàn)的IEEE802，11g，IEEE802.11A等標(biāo)準(zhǔn)，WiFi逐漸成為IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)稱謂。其應(yīng)急救援無線通信系統(tǒng)的主要組成部分，也就是其無線通信信道，通過計(jì)算機(jī)上的WIFI鏈路中心節(jié)點(diǎn)FFD1，就可以把救援人員的控制命令進(jìn)行發(fā)送，直接發(fā)送到小車上的RFD采集終端。借助于WIFI技術(shù)的自組網(wǎng)功能，其新投放的節(jié)點(diǎn)會在其2個(gè)節(jié)點(diǎn)通信距離大于通信范圍之后，直接在WIFI網(wǎng)絡(luò)中加入，并成為其中間路由節(jié)點(diǎn)，通常對其通信鏈路產(chǎn)生延伸作用，對其正常運(yùn)行提供有效保證。之后會繼續(xù)將一些其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行投放，在對其鏈路進(jìn)行建立過程中，其救援前端的各種參數(shù)也會通過采集終端進(jìn)行傳送，救援中心就可以依照這些參數(shù)，對其具體的救援工作進(jìn)行合理的安排。
（一）煤礦急救通信結(jié)構(gòu)
在煤礦井下發(fā)生災(zāi)害的時(shí)候，就需要立即將井下電力供應(yīng)全部切斷，其災(zāi)害現(xiàn)場環(huán)境具有一定的復(fù)雜性，所以，就結(jié)構(gòu)而言，救援通信系統(tǒng)的構(gòu)建主要包括井下指揮中心、無線救援通信系統(tǒng)以及地面指揮中心3部分。具體救援系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，個(gè)人終端、井下指揮中心與中繼臺共同組成煤礦井下無線救援通信系統(tǒng)。就無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)而言，煤礦急救通信結(jié)構(gòu)屬于無線與有線通信共同結(jié)合的緊急救援系統(tǒng)。因?yàn)槊旱V井下有著非常特殊的巷道結(jié)構(gòu)，在具有局限性空間中進(jìn)行無線信號的傳輸，所傳輸?shù)木嚯x接近地面。所以在進(jìn)行個(gè)人終端設(shè)計(jì)時(shí)，通過功放模塊的增加來加大無線網(wǎng)絡(luò)傳輸距離。此外，在井下指揮中心與個(gè)人終端間，依照現(xiàn)場需要，添置中繼臺。
（二）井下個(gè)人終端設(shè)計(jì)
在煤礦井下，語音模塊、環(huán)境參數(shù)采集模塊、圖像采集模塊、液晶顯示模塊、WiFi模塊、鍵盤輸入模塊、MCU處理模塊以及無線功放模塊等共同組成個(gè)人終端硬件。而且在國際國內(nèi)市場中圖像采集模塊、語音模塊、液晶顯示模塊以及鍵盤輸入模塊等都部件都比較成熟，無需獨(dú)立性研究與開發(fā)；我院已研發(fā)出環(huán)境參數(shù)采集模塊，而且在設(shè)計(jì)時(shí)，不必對MCU進(jìn)行單獨(dú)性使用。
WIFi模塊以串口方式對煤礦井下環(huán)境采集參數(shù)信息進(jìn)行讀取，采用G-SPI，即SPI方式與凸顯采集、語音模塊進(jìn)行通信。采用GPIO中的IO接口與液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊進(jìn)行連接，采用RX、TX管腳與無線功放模塊進(jìn)行連接。具體設(shè)計(jì)圖如圖2所示。
（三）中繼臺設(shè)計(jì)
在井下指揮中心與個(gè)人終端之間進(jìn)行中繼通道的構(gòu)建是中繼臺的主要作用，使其通信距離得以延長，中繼臺通過雙WIFI芯片，定向天線與雙功放方案，通過定向天線能夠使其通信距離得以延長。具體中繼臺設(shè)計(jì)圖如圖3所示。
（四）監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
煤礦井下所采用的傳感器，例如CH4、O2、溫度以及CO等，其目前所采用的全部都是頻率信號輸出，通常是在200～1000Hz，其系統(tǒng)均需要先把各種傳感器全部都接入到監(jiān)控分站，隨后通過監(jiān)控分站向地面中心站進(jìn)行傳送，其不但會對設(shè)備成本進(jìn)行增加，同時(shí)在其數(shù)據(jù)傳輸過程中，如果距離超過2KM，就會受到電磁干擾，增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。所以說在其傳感器之中加上WIFI模塊，將之中的數(shù)據(jù)在WIFI網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行接入，這樣其數(shù)據(jù)就可以采用WIFI的形式進(jìn)行發(fā)送，同時(shí)也能夠通過光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行發(fā)送。
（五）移動數(shù)字視頻設(shè)計(jì)
目前在煤礦井下其監(jiān)控系統(tǒng)即為在特定位置所安裝的攝像儀，那么針對這一情況，如果是采用WIFI方式則可以對其有效性進(jìn)行切實(shí)提高。比如說膠帶巡檢攝像儀的應(yīng)用，就必須要借助于移動視頻視頻進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。其視頻圖像傳輸無線化對傳統(tǒng)同軸電纜、光纖圖像監(jiān)視受限制等等進(jìn)行了突破，其靈活性以及便利性更高。其中WIFI寬帶最高能夠達(dá)到300Mbit/s，其在高碼流、高寬帶以及高畫質(zhì)的音視頻中非常適用，同時(shí)還具有超強(qiáng)的抗干擾和抗衰落能力，其可以對視頻傳輸鏈路進(jìn)行有效滿足。
四、結(jié)語
在WIFI技術(shù)的煤礦井下應(yīng)急救援無線通信系統(tǒng)中，采用此設(shè)計(jì)方案，能夠保證通信距離在5KM。而且此系統(tǒng)在目前依舊處于安標(biāo)送審狀態(tài)?；赪IFI技術(shù)可用于各類型的煤礦井下災(zāi)害救援工作。研究與開發(fā)煤礦安全監(jiān)控始終受到國家鼓勵與支持，我國煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程中明確提出煤礦一定要有充足安全裝備。所以，基于WIFI技術(shù)必會得到政府的鼓勵與支持。
摘要：根據(jù)煤礦救災(zāi)應(yīng)急的實(shí)際需要，提出了一種新型井下語音應(yīng)急廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)、主要功能和軟硬件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)發(fā)送端與接收端兩個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，音頻播放流暢，能夠滿足礦井現(xiàn)場的實(shí)際需要。
關(guān)鍵詞：煤礦；礦井安全；數(shù)字廣播系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)廣播；工業(yè)以太網(wǎng)
隨著能源需求的不斷增大，國家增加了煤炭的開采量；與此同時(shí)，煤礦事故突發(fā)概率也隨之增加。煤礦井下多發(fā)水、火、瓦斯、沖擊地壓等突發(fā)事故，危害性大，易造成人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失。其中， 一些煤礦的井下通信設(shè)備的不完善是影響事故營救的主要因素。通常，當(dāng)井下發(fā)生重大事故時(shí)，需要相關(guān)人員進(jìn)行緊急撤離，顯然這時(shí)候需要在第一時(shí)間通報(bào)到井下全部人員；而現(xiàn)有的調(diào)度電話往往很難做到這一點(diǎn)，因而會造成部分需要撤離人員收不到應(yīng)急通知，延誤救災(zāi)脫險(xiǎn)的時(shí)機(jī)，或是因?yàn)榈貌坏秸_的撤離、避險(xiǎn)的指揮引導(dǎo)而發(fā)生意外。為確保礦井突發(fā)災(zāi)害情況下，井下人員在第一時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)撤離，從而最大限度降低人員和財(cái)稅損失，研發(fā)一套適用于現(xiàn)場實(shí)際情況，實(shí)用、便捷的煤礦井下語音應(yīng)急廣播系統(tǒng)成為了十分緊迫的任務(wù)。在本系統(tǒng)中，通過廣播發(fā)送端和接受端，利用井下工業(yè)以太網(wǎng)作為傳播介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了井下語音廣播終端實(shí)現(xiàn)了雙工音頻服務(wù)；系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)IP 包的形式傳送音頻數(shù)據(jù)，可以較好地利用以太網(wǎng)解決語音信號遠(yuǎn)距離傳輸難題，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了廣播和雙向通話功能。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與目標(biāo)
由于煤礦井下環(huán)境潮濕，噪音較大；同時(shí)，區(qū)域分布廣，環(huán)境安全要求特殊，傳統(tǒng)的廣播技術(shù)難以滿足礦井要求。因此，煤礦井下語音應(yīng)急擴(kuò)播系統(tǒng)基于數(shù)字IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行構(gòu)建與設(shè)計(jì)[1-2]。數(shù)字IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)，是基于 TCP/IP 協(xié)議的公共廣播系統(tǒng)，采用 IP 局域網(wǎng)或 Internet 廣域網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸平臺。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)好，可實(shí)現(xiàn)Internet傳輸；音質(zhì)好，系統(tǒng)支持音頻碼率8Kbps-320Kbps自適應(yīng)，支持全部MP3格式文件的播放；穩(wěn)定性好，系統(tǒng)支持TCP、IP、UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持組播接收音頻數(shù)據(jù)。
在數(shù)字IP網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)中，是將經(jīng)數(shù)字化的音頻信號，在數(shù)字狀態(tài)下進(jìn)行壓縮、編碼、打包等處理。在本系統(tǒng)中，將模擬音頻信號經(jīng)過采集、量化、編碼、壓縮后形成的MP3格式的數(shù)字音頻文件，以數(shù)據(jù)包形式按照自定義的MP3_Phone傳輸協(xié)議將音頻文件通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送到井下語音廣播終端，然后在廣播終端進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換成還原成音頻信號，經(jīng)放大后驅(qū)動喇叭工作。
本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)為：
1） 分區(qū)廣播：可以同時(shí)對單點(diǎn)、多點(diǎn)或全部區(qū)域進(jìn)行廣播。
2） 全體廣播：可以對所有終端進(jìn)行廣播。
3） 定時(shí)廣播：可以按作息時(shí)間定制廣播節(jié)目，定時(shí)播放。
4） 應(yīng)急廣播：拿起麥克風(fēng)即可廣播。
5） 宣傳廣播：可以播放背景音樂、領(lǐng)導(dǎo)講話、語音宣傳等。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
本系統(tǒng)基于TCP/IP、UDP協(xié)議，通過礦井的工業(yè)以太網(wǎng)在井上和井下之間傳遞數(shù)字音頻數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)廣播功能。系統(tǒng)主要由IP網(wǎng)絡(luò)廣播控制工控機(jī)、井下廣播終端、井下廣播音箱、光纜、電纜等組成。煤礦井下語音應(yīng)急廣播系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。同時(shí)，系統(tǒng)嚴(yán)格按照國家煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的安全技術(shù)設(shè)計(jì)，完全符合井下使用的設(shè)備防爆本安安全要求。
該系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，煤礦井下語音應(yīng)急廣播系統(tǒng)的主要組成部分如下：
1）IP網(wǎng)絡(luò)廣播控制工控機(jī)，是本系統(tǒng)的核心，包含工控主機(jī)、基于ARM架構(gòu)的語音采集終端、廣播話筒、警告接口等。在工控機(jī)上上，安裝自主開發(fā)的服務(wù)器軟件，可以對各個(gè)廣播終端實(shí)現(xiàn)應(yīng)急廣播、實(shí)時(shí)廣播、宣傳廣播、定時(shí)廣播、分區(qū)廣播、雙向?qū)χv等功能實(shí)施管理與控制。通過語音采集終端對音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對將傳輸?shù)骄赂鲝V播終端的音頻流數(shù)據(jù)，按照自定義的MP3_Phone傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的打包處理。
2）井下廣播終端，主要包括礦用本安型廣播通信主機(jī)和礦用本安型廣播分站兩部分，此兩部分設(shè)備同樣基于ARM架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。礦用本安型廣播通信主機(jī)可安裝至井下工作面、大巷、迎頭等高危地區(qū)，對廣播控制工控機(jī)發(fā)送來的音頻信號進(jìn)行解析處理、解碼并播放，并可對井下的異常情況進(jìn)行報(bào)警，還可通過廣播終端實(shí)現(xiàn)雙向?qū)χv功能，將該區(qū)域異常情況向控制室實(shí)現(xiàn)即時(shí)匯報(bào)。礦用本安型廣播分站可安裝至井下工作面、大巷等高危區(qū)域沿線，對廣播通信主機(jī)解析處理后的音頻信號進(jìn)行廣播，還可通過廣播分站進(jìn)行緊急呼叫，可實(shí)現(xiàn)和控制室的雙向?qū)χv功能，將該區(qū)域情況即時(shí)匯報(bào)。
3 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)
煤礦井下語音應(yīng)急廣播系統(tǒng)由3個(gè)子系統(tǒng)所組成，分別是廣播發(fā)送端子系統(tǒng)、以太網(wǎng)傳輸子系統(tǒng)和廣播接收端子系統(tǒng)[3]。其中，以太網(wǎng)傳輸子系統(tǒng)主要是指支持TCP/IP、UDP協(xié)議的礦井以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。在此，傳輸子系統(tǒng)不作為系統(tǒng)研究的重點(diǎn)，重點(diǎn)討論的是廣播發(fā)送端子系統(tǒng)和廣播接收端子系統(tǒng)兩方面。廣播發(fā)送端子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)語音數(shù)據(jù)的采集、壓縮及實(shí)時(shí)發(fā)送，而廣播接收端子系統(tǒng)則主要負(fù)責(zé)語音數(shù)據(jù)的接收、解壓縮以及廣播。
3.1 廣播發(fā)送端子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
廣播發(fā)送端子系統(tǒng)主要由IP網(wǎng)絡(luò)廣播控制工控機(jī)和ARM語音采集終端構(gòu)成，發(fā)送終端與接受終端的硬件與軟件結(jié)構(gòu)基本相似。其主要任務(wù)包括語音數(shù)據(jù)的采集與壓縮，以及以利用UDP協(xié)議組播方式發(fā)送經(jīng)壓縮的語音數(shù)據(jù)。要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語音組播的功能，就必須使上述的3個(gè)任務(wù)并發(fā)執(zhí)行。為了實(shí)現(xiàn)此目的，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過程中，需采用邊采集、邊壓縮、邊發(fā)送的并發(fā)執(zhí)行方式。具體而言，一邊通過ARM語音采集終端對下一個(gè)時(shí)間片的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，形成N + 1塊數(shù)據(jù)塊；同時(shí)，廣播控制工控機(jī)開始對上一個(gè)時(shí)間片的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，并把壓縮后的數(shù)據(jù)，所形成N塊數(shù)據(jù)塊，以組播方式發(fā)送至礦井工業(yè)以太網(wǎng)上。在此，將每一個(gè)時(shí)間片采樣的數(shù)據(jù)劃分為一個(gè)數(shù)據(jù)塊，則可以用圖2來描述發(fā)送端子系統(tǒng)的工作流程。
3.2 接收端子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
接受端的硬件CPU采用LuminaryMicro公司Cortex-M3內(nèi)核的LM3S8962，內(nèi)部集成10/100M以太網(wǎng)接口和SD/MMC讀卡接口，語音的編碼與解碼芯片采用AMBE1000+CSP1027，MP3文件的解碼采用VS1003芯片，接受端的軟件架構(gòu)采用國內(nèi)RT-Thread開源的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。與發(fā)送端子系統(tǒng)的工作任務(wù)相對應(yīng)，接收端子系統(tǒng)并發(fā)處理過程中的工作任務(wù)同樣包括3個(gè)任務(wù)，一是從以礦井太網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)，二是對接收得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮操作，最后是把已解壓縮后的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行廣播。其工作流程如下所述，每接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包之后就拆包和解碼，然后播放聲音，從而形成一個(gè)完整的首尾相銜接流水式過程，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)處理，可解決系統(tǒng)傳輸?shù)拈g隙時(shí)間，避免播放過程中的卡音、停頓、卡死等現(xiàn)象的出現(xiàn)。接收端子系統(tǒng)的工作流程如圖3所示。
3.3 MP3_Phone傳輸協(xié)議
在本系統(tǒng)中，通過Socket的數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端之間的物理連接，基于UDP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。Socket處于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的傳輸層。Socket 傳輸具有以下的優(yōu)點(diǎn)： 傳輸數(shù)據(jù)為字節(jié)級，傳輸數(shù)據(jù)可自定義；傳輸數(shù)據(jù)時(shí)間短，性能高；適合于客戶端和服務(wù)器端之間的信息實(shí)時(shí)交互；可以加密，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?
為了合理、有序協(xié)調(diào)發(fā)送端和接收端的Socket傳輸，在系統(tǒng)中，自定義了MP3_Phone傳輸協(xié)議，用于傳送音頻數(shù)據(jù)塊。該傳輸協(xié)議的格式如表1所示，其中，數(shù)據(jù)塊第1至4個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)塊的幀頭校驗(yàn)位；音頻數(shù)據(jù)塊為傳輸?shù)囊纛l數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)塊第8005和8806個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)塊的幀尾校驗(yàn)位。
4 結(jié)束語
煤礦井下語音應(yīng)急廣播系統(tǒng)利用井下工業(yè)以太網(wǎng)作為傳播介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)送端與井下廣播終端長距離的雙工音頻服務(wù)和雙向通話功能。系統(tǒng)在突發(fā)事故發(fā)生時(shí)，起到指引遇險(xiǎn)的井下人員及時(shí)撤離避險(xiǎn)的作用；同時(shí)，通過宣傳廣播、播放音樂的方式，在日常生產(chǎn)管理、舒緩井下人員情緒方面發(fā)揮了重要作用。工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用表明：系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸距離長、音頻播放流暢、安全穩(wěn)定性強(qiáng)。
