李小良，韓國慶，崔國生，郭志偉，楊雯喆

（1.開灤集團信息與控制中心，河北 唐山 063018；2.中灤科技股份有限公司，河北 唐山 063018）

0 引 言

開灤集團各生產礦井在已建成有線調度通信系統(tǒng)的基礎上，建設并投入使用煤礦應急廣播系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由地面工控機、井上交換機、井下交換機、廣播主站、廣播終端擴音電話、防爆擴音音箱、電源、應急顯示屏等設備組成；系統(tǒng)主要分布在井下采掘工作面、大巷車場、皮帶巷、硐室等有人工作部位；系統(tǒng)具有實時播放、定點廣播、分區(qū)廣播、應急救援指揮、緊急呼救、監(jiān)聽、錄音、報警定位、終端狀態(tài)巡檢、權限設置、聯(lián)網等功能；系統(tǒng)進一步完善煤礦井下通信聯(lián)絡系統(tǒng)，提高煤礦安全防護和應急救援水平，保障礦工生命安全，促進煤礦安全生產。

各礦井已建設的應急廣播系統(tǒng)不能與通信聯(lián)絡系統(tǒng)通信，不能與安全監(jiān)測、人員定位、視頻監(jiān)視系統(tǒng)聯(lián)動；通信聯(lián)絡系統(tǒng)使用電話線，廣播系統(tǒng)使用音頻線，視頻監(jiān)控使用網線，各種線路錯綜復雜，建設維護成本太高；且各系統(tǒng)廠商協(xié)議標準不統(tǒng)一，各廠家設備難以有效兼容；系統(tǒng)之間相互獨立，形成信息孤島，缺乏融合和應急聯(lián)動能力，給應急指揮和維護工作帶來不便，不利于煤礦的安全生產和減人增效目標的實施。

1 設計思路

為貫徹落實《河北省推進煤礦智能化發(fā)展的實施意見》（以下簡稱《意見》），推動智能化技術與煤炭產業(yè)融合發(fā)展，加快礦井生產智能化改造和煤炭產業(yè)轉型升級，提升煤礦安全生產水平，按照“兩自主兩優(yōu)先”、“三統(tǒng)、四自”原則；堅持頂層設計、統(tǒng)籌兼顧，強化科學組織、系統(tǒng)推進，以智能感知、智能決策、自動執(zhí)行為基本目標，構建基于多源多維聯(lián)動功能的井下智能擴播平臺。

平臺服務器設備部署在在礦級數據機房，本安型井下智能擴播主站通過F5G，井上、下工業(yè)環(huán)網等網絡設備接入服務器，能夠實現井下擴播的各種功能，能夠實現調度電話、有線網絡、無線網絡等系統(tǒng)的多源接入，能夠與安全監(jiān)控、人員定位、視頻監(jiān)視等系統(tǒng)的多維聯(lián)動，實現井下擴播與安全監(jiān)控、人員定位、視頻監(jiān)視等系統(tǒng)的全面融合，基于共用拾音設備，構建語音質量評估模塊，建立語音質量等級評測、多級實時報警機制，從而更加快捷、高效的服務安全生產，提升應急救援效率；邏輯架構如圖1所示。

圖1 平臺邏輯架構Fig.1 Platform logic architecture

智能擴播平臺主要完成終端設備配置、注冊、分組、管理等功能。軟件基于Linux操作系統(tǒng)，圖形化界面操作，與通信聯(lián)絡系統(tǒng)實時通信，區(qū)域操作員通過平臺查看設備狀態(tài)，進行單點或者區(qū)域喊話、廣播、會議、視頻聯(lián)動等功能操作。

接入終端包含SIP話機、SIP吸頂音箱、SIP壁掛音箱、SIP音柱、網絡語音對講、網絡視頻對講、礦用隔爆兼本安型擴播音箱、礦用本安型擴播主站、軟電話APP、第三方IP攝像頭等設備。移動APP支持安卓、IOS、windows等操作系統(tǒng)，圖形化界面操作，移動區(qū)域操作員能夠進行喊話、廣播、查看設備狀態(tài)等便捷功能。

2 本安型智能擴播主站的研究

基于數據與業(yè)務融合技術，研制了本安井下智能擴播主站，主站基于標準以太網，能夠實現有線、無線通信、人員精確定位等系統(tǒng)的綜合接入，實現與通信聯(lián)絡系統(tǒng)調度電話聯(lián)動功能，分站通過SIP協(xié)議注冊到通信聯(lián)絡系統(tǒng)SIP服務器，能夠提供有線調度通信分機的所有功能，提供應急救援指揮、一體化調度、緊急呼叫、雙向通信等廣播功能，實現精確定位、考勤、安全管理、預警雙向呼救、系統(tǒng)設備管理、聲光報警等功能，主站融合度高、技術成熟、接口豐富、本安一體化設計，外觀結構如圖2所示。

圖2 主站外觀結構Fig.2 Master station appearance structure

本安型智能擴播主站設備主要包括電源管理腔（A部分）、電池腔（B部分）、功能本安腔（C部分）等3部分，主站將不間斷電源與廣播主站的功能合二為一，斷電后只要網絡暢通，可持續(xù)工作4 h；具有彩色液晶屏，能夠顯示設備供電信息與廣播狀態(tài)；具有廣播、對講、緊急上呼功能；支持SIP通信協(xié)議，能夠兼容IP對講系統(tǒng)；雙工語音對講；支持本地音量調節(jié)；支持免提功能；支持面板麥克輸入與手持麥克輸入的無縫切換；支持一鍵上呼調度室；支持撥號鍵盤，能夠撥打系統(tǒng)內任意號碼；支持快捷鍵一鍵撥號功能，快捷號碼自定義；支持多系統(tǒng)語音報警聯(lián)動功能。

3 語音質量評估模塊的研究

智能擴播語音、視頻數據流經過核心交換機、井下環(huán)網、井下分支交換機等多個傳輸節(jié)點或傳輸媒介進行傳輸；任何一個進行語音傳輸的節(jié)點或者傳輸媒介發(fā)生狀況或者存在問題對于擴播語音傳輸質量都有一定的影響，造成井下重點部位對于調度指揮部門的重點指令、操作指示等擴播語音的感知出現誤差，嚴重影響各種語音指令的準確傳達，影響煤礦的安全生產。

智能擴播平臺構建語音質量評估模塊，模塊作為整個平臺的子模塊，對廣播或語音通話的時延、抖動、丟包率等參數進行多維分析，形成詳細、實時報表數據、曲線圖，建立語音質量等級評測機制，建立語音質量多級實時報警機制，建立多級多維告警推送、反饋模式，根據分級分類結果對系統(tǒng)運行狀態(tài)做出相應調整，一般語音質量問題通過采用不同的編碼算法、不同的分組封裝策略和不同的分組丟失恢復機制，控制井下擴播系統(tǒng)的丟包率和端到端延遲，進而控制擴播的語音質量，形成了很好的循環(huán)反饋過程，嚴重質量問題通知告警模塊，將告警信息推送到設備運行管理員；構建運行、監(jiān)測、分析、維護智慧化閉環(huán)管控平臺，保證礦用擴播平臺的可靠性，全面提升擴播平臺的可用性，流程如圖3所示。

圖3 語音質量評估流程Fig.3 Voice quality assessment process

語音質量評估模塊根據頻率響應測試信號經測試環(huán)境或直接計算測試聲場頻率響應；計算均衡補償函數；對標準測試語音信號進行均衡補償；將均衡補償之后的標準測試語音信號播放出來，待測拾音系統(tǒng)的拾音器件采集播放的語音信號，生成劣化語音文件；將標準測試語音信號和劣化語音信號進行比較，計算PESQ分值；對所有樣本求平均值得到測試結果；模塊克服了現有語音質量客觀評價測試方法僅限于端到端測量的局限性，能夠應用于現場廣播的拾音系統(tǒng)的語音質量測試。

模塊采用基于PESQ算法的MOS測試方式，綜合考慮了感知中的各項影響因素（如編解碼失真、錯誤、丟包、延時、抖動和過濾等）來客觀地評價語音信號的質量，PESQ算法在進行傳輸語音質量的計算中通過參考信號以及無線網絡傳輸后的退化信號進行電平調整，利用輸入濾波器進行電話接聽中的濾波反應，然后將這兩種信號的時間對準，進行聽覺的變換，在變換過程中通過語音感知從而是實現主觀平均意見的結果評測；在使用PESQ算法進行傳輸語音質量計算評測中，參照信號與輸出信號的差異性越大，那么MOS分值就越小，擴播語音質量越差；提供可以完全量化的語音質量衡量方法。

4 結 語

平臺能夠實現井下擴播的各種功能，實現調度電話、有線網絡、無線網絡等系統(tǒng)的多源接入，能夠與人員定位、安全監(jiān)控、視頻監(jiān)視等系統(tǒng)的多維聯(lián)動，基于PESQ算法對擴播或語音通話的時延、抖動、丟包率等參數進行多維分析，形成詳細、實時報表數據、曲線圖，建立語音質量等級評測、多級實時報警機制，建立多級多維告警推送、反饋模式，構建平臺運行、監(jiān)測、分析、維護智慧化閉環(huán)管控，從而更加快捷、高效的服務安全生產，提升應急救援效率，全面提升了開灤集團信息化、自動化、智能化水平。