專利名稱：礦山救援可視化指揮裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及礦山安全救災領域，尤其涉及一種礦山救援可視化指揮裝置。
現有技術礦井發(fā)生災害時，救護人員在井下救災中一般使用有線聲能電話或使用南非引進的一種SC2000型無線電話，但由于特殊的災害環(huán)境，存在著對人體有害的瓦斯、煤氣等易燃易爆氣體的干擾，救護隊員需裝備自保設備?，F有的自保設備一般采用負壓呼吸器或正壓呼吸器，采用負壓呼吸器，隊員會因鼻夾脫落或張口說話呼入環(huán)境氣體，所以只能靠聲能電話傳遞約定的信息；采用正壓呼吸器雖改善了呼吸的舒適性和安全性，可以講話，但由于面罩的阻隔影響也難以講清楚。因此，無論使用有線聲能電話或無線電話，都無法清晰、準確地傳遞災區(qū)的聲音、圖像等各種信息，反映災區(qū)的實際情況。同時，由于發(fā)生災害時礦井環(huán)境氣體易燃易爆，具有良好性能的現有通訊設備無法正常使用，使得井下救災語音通訊準確性、實時性差，信息量有限，沒有記憶、儲存及圖像傳輸功能。發(fā)生事故時，煤礦現有的通信、監(jiān)視系統(tǒng)無法安全使用，基本處于癱瘓狀態(tài)。這些問題直接導致現有礦山救災設備存在著救護隊員和上級指揮、協(xié)調人員之間的信息反饋不暢，井下救護基地和地面救災指揮部無法及時、準確掌握災區(qū)真實情況，救災過程中指揮系統(tǒng)不能做出科學的調度和快速反應，使其救援工作受到制約，貽誤了可能的救援機會，甚至引發(fā)更大的災害，造成更大的人員傷亡和財產損失。

發(fā)明內容
為解決礦山救援工作中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可實時監(jiān)測和直接聯絡事故現場的礦山救援可視化指揮裝置。該裝置可清晰、準確地將現場圖像、聲音通過礦用電話線進行雙向對稱高速的數字信號傳輸，實時傳輸至井下救護基地、地面救援指揮中心，實現事故現場圖像的多點監(jiān)視以及災后現場、井下基地和地面救援中心的多方雙向通話。
為達到上述目的，本發(fā)明是以如下技術方案實現的它包括前端設備、基地設備、中繼設備、地面設備以及可實現雙向對稱高速數字信號傳輸的礦用雙絞電話線；前端設備主要由礦用本安紅外攝像儀、耳麥、視音頻網絡傳感器、對稱數字用戶線路接入模塊和本安電源組成，基地設備主要由對稱數字用戶線路復用接入模塊、井下數字信息終端和本安電源組成，中繼設備主要包括中繼轉換器，地面設備主要包括數據電-光-電交換隔離模塊、對稱數字用戶線路接入模塊、計算機和本安電源；本安紅外攝像儀和耳麥將捕捉到的視頻和音頻信號一起送至視音頻網絡傳感器，視音頻網絡傳感器將模擬的音頻、視頻信號轉換成數字信號后將壓縮編碼送至對稱數字用戶線路接入模塊，對稱數字用戶線路接入模塊將壓縮后的數據進行調制，其調制信號通過礦用雙絞電話線以網絡數據包的形式傳送給基地設備的對稱數字用戶線路復用接入模塊，基地設備接收前端設備的視音頻信號或同時接收救援基地的視音頻信號，前端設備的視音頻信號經對稱數字用戶線路復用接入模塊輸出至井下數字信息終端還原語音、圖像信號并存儲數據，或同時與救援基地的視音頻信號一起，通過井下現有的電話線路或礦用雙絞電話線，經中繼轉換器將信號放大后輸出至地面數據電-光-電交換隔離模塊，其地面數據電-光-電交換隔離模塊將井下本質安全電路與地面電路隔離后信號送入對稱數字用戶線路接入模塊解碼，并提供一個用戶端接口，用計算機觀察信號或通過自適應快速以太網口高速上傳。
上述視音頻網絡傳感器包括視頻采集編碼器、音頻編/解碼器、DSP視音頻壓縮處理器、數據控制、緩存FPGA模塊和數據封存處理器；視頻采集編碼器將紅外攝像儀輸出的模擬視音頻信號轉換成數字信號，通過并行輸出端口傳送到DSP視音頻壓縮處理器，音頻編/解碼器完成模擬音頻到數字音頻的編碼工作，輸出到DSP視音頻壓縮處理器；同時所述音頻編/解碼器還接收來自DSP視音頻壓縮處理器的數字音頻，進行數字音頻到模擬音頻的解碼工作，DSP視音頻壓縮處理器進行視頻編碼，形成高效率的編碼視頻流，進行音頻編碼壓縮，形成低碼流數字語音數據并同步傳輸；緩存FPGA模塊為DSP視音頻壓縮處理器程序運行提供數據控制和數據緩存，數據封存處理器將編碼后的視/音頻數據流封裝、打包形成標準的網絡數據流，經對稱數字用戶線路接入模塊傳輸。
上述對稱數字用戶線路接入模塊包括電源電路、網橋接口電路、收發(fā)器電路、收發(fā)器控制電路和接口電路；網橋接口電路對視音頻網絡傳感器送來的數據進行分組打包處理，與局域網接口兼容直接送入收發(fā)器電路，收發(fā)器電路實時監(jiān)聽和處理接口電路來自所述礦用雙絞線上傳來的調制信號，對接收的信號進行預處理放大、回波自適應抵消、數字提取和糾錯解碼處理，根據收發(fā)器電路中處理器的設置對恢復數據進行打包處理，輸出到網橋接口電路進行網絡傳輸；收發(fā)器控制電路完成對收發(fā)器工作模式、數據收發(fā)格式的控制，并完成對稱數字用戶線與通訊網絡協(xié)議之間的數據轉換；所述接口電路由匹配電阻網絡和變壓器組成，實現傳輸線路與網橋接口電路和對稱數字用戶線收發(fā)器電路之間的阻抗匹配。
本發(fā)明與現有技術相比，是一獨立、功能全面的小型局端數據設備，它依靠自備電源、便攜式本安紅外攝像儀等安全、方便的前端設備，采用“即鋪即用”的寬帶組網技術，利用一對礦用雙絞電話線進行雙向對稱高速的數字信號傳輸，將災后現場聲音及圖像通過電話線實時傳輸至井下救護基地、地面救援指揮中心、國家礦山救援指揮中心，實現事故現場圖像的多點監(jiān)視，以及災后現場、井下基地和地面救援中心的多方雙向通話，實現救災全過程的實時記錄和回放。因此，使用本發(fā)明具有實時、準確、多方位、快速高效的特點。


圖1為本發(fā)明組成結構原理框圖；圖2為本發(fā)明視中音頻網絡傳感器電路結構原理框圖；圖3為本發(fā)明中對稱數字用戶線路接入模塊電路結構原理框圖。
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細地說明具體實施方式
參看圖1本裝置包括前端設備I、基地設備II、中繼設備III、地面設備IV以及可實現雙向對稱高速數字信號傳輸的礦用雙絞電話線。前端設備I由救護隊員在現場攜帶，基地設備II設置在井下救援基地，井下救援基地也可同時設有前端設備I，地面設備IV設在地面指揮中心。
前端設備I主要由礦用本安紅外攝像儀①、耳麥②、視音頻網絡傳感器③、對稱數字用戶線路接入模塊④和本安電源⑤組成，其本安電源⑤使用自備鋰電源。這里的前端設備I可根據現場災害發(fā)生地的具體情況設置單路或多路，現以3路為例兩路分別設在不同的事故現場，一路設在救援基地。基地設備II主要由對稱數字用戶線路復用接入模塊⑥、井下數字信息終端⑦和本安電源⑤組成，中繼設備III主要包括中繼轉換器⑧，地面設備IV主要包括數據電-光-電交換隔離模塊⑨、對稱數字用戶線路接入模塊④、計算機⑩和本安電源⑤。
便攜式礦用本安紅外攝像儀①采用改進后的一套設備，其紅外波長850nm，紅外燈照射距離≥10m，500(水平)×582(垂直)像素，水平清晰度300電視線，它可在全黑情況下自動捕獲井下現場圖像。將捕捉到現場的視頻信號和耳麥②中的音頻信號送至視音頻網絡傳感器③，其視音頻網絡傳感器③首先將模擬的音頻、視頻信號轉換成數字信號，然后采用MPEG-4壓縮方式進行壓縮編碼，再將壓縮編碼送至對稱數字用戶線路接入模塊④，對稱數字用戶線路接入模塊④將壓縮后的數據采用2BIQ的調制方式傳送，因前端設備I與基地設備II之間的距離小于1000米，直接通過礦用雙絞電話線以IP包的形式傳送給基地設備II的對稱數字用戶線路復用接入模塊⑥。即對稱數字用戶線路接入模塊④和對稱數字用戶線路復用接入模塊⑥之間的距離≤1千米，調制編碼數字信號通過一對0.5mm線徑的電話線在1千米的距離內可以達到2.3Mb/s的對稱速率，且性能穩(wěn)定，抗噪聲能力強，能達到DDN專線品質。
基地設備II可同時接收不同事故現場前端設備I的兩路視音頻信號和一路救援基地的視音頻信號，前端設備I的兩路視音頻信號經對稱數字用戶線路復用接入模塊⑥輸出至井下救援基地的數字信息終端還原語音、圖像信號并存儲數據。加上救援基地自身的一路視音頻信號，共三路信號合成一路信號后通過井下現有的電話線路傳輸，因基地設備II與前端設備I之間的距離大于2000米，需經中繼轉換器⑧將信號放大后再輸出至地面數據電-光-電交換隔離模塊⑨，其地面數據電-光-電交換隔離模塊⑨先將井下本質安全電路與地面電路隔離后信號送入對稱數字用戶線路接入模塊④解碼，并提供一個RJ45用戶端接口，用計算機⑩觀察信號或通過提供的10M/100M自適應快速以太網口高速上傳，實時傳輸至地面救援指揮中心或國家礦山救援指揮中心，實現事故現場圖像的多點監(jiān)視以及災害現場、井下基地和地面救援中心的多方雙向通話。
參看圖2本發(fā)明裝置前端設備I中的視音頻網絡傳感器③工作時主要完成視音頻信號采集、處理、壓縮以及合成，其電路包括視頻采集編碼器(11)、音頻編/解碼器(12)、DSP視音頻壓縮處理器(13)、數據控制、緩存FPGA模塊(14)和數據封存處理器(15)；視頻采集編碼器(11)將紅外攝像儀①輸出的模擬視音頻信號轉換成數字信號，并形成一數據格式通過并行輸出端口傳送到DSP視音頻壓縮處理器(13)，音頻編/解碼器(12)完成模擬音頻到數字音頻的編碼工作，輸出到DSP視音頻壓縮處理器(13)；同時所述音頻編/解碼器(12)還接收來自DSP視音頻壓縮處理器(13)的數字音頻，進行數字音頻到模擬音頻的解碼工作，DSP視音頻壓縮處理器(13)進行MPEG-4視頻編碼，形成高效率的編碼視頻流，進行G.729音頻編碼壓縮，形成低碼流數字語音數據并同步傳輸；緩存FPGA模塊(14)為DSP視音頻壓縮處理器(13)程序運行提供數據控制和數據緩存，數據封存處理器(15)將編碼后的視/音頻數據流協(xié)議封裝、打包形成標準的網絡數據流，經對稱數字用戶線路接入模塊④傳輸。用戶可從任意一臺聯網的計算機上瀏覽攝像機采集到的圖像，聽到現場的語音；還可通過互聯網發(fā)送的命令，對IP編碼器進行參數調整，例如編碼的幀率、編碼效率、圖像質量、IP地址設定等。數據封存處理器需要SDRAM和FLASH各一塊用來存儲運行的程序。
參看圖3本發(fā)明裝置中的對稱數字用戶線路接入模塊④主要完成對稱數字用戶線寬帶視/音頻傳輸任務，其電路主要包括電源電路A、網橋接口電路B、收發(fā)器電路C、收發(fā)器控制電路D和接口電路E。
這里電源電路A為直流電源電路，是由12V輸入電壓產生系統(tǒng)工作的5V電壓，網橋接口電路B和收發(fā)器電路C所需的3.3V電壓由5V電壓經三端穩(wěn)壓電路產生。其網橋接口電路B按照802.3標準對視音頻網絡傳感器③送來的數據進行分組打包處理，與10/100Mbps的局域網接口兼容直接送入收發(fā)器電路C，收發(fā)器電路C實時監(jiān)聽和處理接口電路E來自所述礦用雙絞線上傳來的2B1Q調制信號，對接收的信號進行預處理放大、回波自適應抵消、數字提取和糾錯解碼處理，根據收發(fā)器電路C中處理器的設置對恢復數據進行打包處理，輸出到網橋接口電路B進行廣域網絡傳輸；所述收發(fā)器控制電路D完成對收發(fā)器工作模式、數據收發(fā)格式的控制，并完成對稱數字用戶線與IEEE802.3協(xié)議之間的數據轉換；所述接口電路E由匹配電阻網絡和變壓器組成，實現傳輸線路與網橋接口電路B和對稱數字用戶線收發(fā)器電路C之間的阻抗匹配。
對稱數字用戶線路復用接入模塊⑥中除設有上述對稱數字用戶線路接入模塊④中的電源電路A、網橋接口電路B、收發(fā)器電路C、收發(fā)器控制電路D和接口電路E外，還設有采用時分復用技術將多路視音頻信號合成一路信號的交換板。
權利要求
1.一種礦山救援可視化指揮裝置，其特征在于它包括前端設備I、基地設備II、中繼設備III、地面設備IV以及可實現雙向對稱高速數字信號傳輸的礦用雙絞電話線；所述前端設備I主要由本安紅外攝像儀①、耳麥②、視音頻網絡傳感器③、對稱數字用戶線路接入模塊④和本安電源⑤組成，所述基地設備II主要由對稱數字用戶線路復用接入模塊⑥、井下數字信息終端⑦和本安電源⑤組成，所述中繼設備III主要包括中繼轉換器⑧，所述地面設備IV主要包括數據電-光-電交換隔離模塊⑨、對稱數字用戶線路接入模塊④、計算機⑩和本安電源⑤；所述本安紅外攝像儀①和耳麥②將捕捉到的視頻及音頻信號一起送至視音頻網絡傳感器③，所述視音頻網絡傳感器③將模擬的音頻、視頻信號轉換成數字信號后將壓縮編碼送至對稱數字用戶線路接入模塊④，所述對稱數字用戶線路接入模塊④將壓縮后的數據進行調制，其調制信號通過所述礦用雙絞電話線以網絡數據包的形式傳送給基地設備II的對稱數字用戶線路復用接入模塊⑥，基地設備II接收前端設備I的視音頻信號或同時接收救護基地的視音頻信號，前端設備I的視音頻信號經對稱數字用戶線路復用接入模塊⑥輸出至井下數字信息終端還原語音、圖像信號并存儲數據或同時與救護基地的視音頻信號通過井下現有的電話線路或所述礦用雙鉸電話線，經中繼轉換器⑧將信號放大后輸出至地面數據電-光-電交換隔離模塊⑨，其地面數據電-光-電交換隔離模塊⑨將井下本質安全電路與地面電路隔離后信號送入對稱數字用戶線路接入模塊④解碼，并提供一個用戶端接口，用計算機⑩觀察信號或通過自適應快速以太網口高速上傳。
2.根據權利要求1所述的一種礦山救援可視化指揮裝置，其特征在于所述視音頻網絡傳感器③包括視頻采集編碼器(11)、音頻編/解碼器(12)、DSP視音頻壓縮處理器(13)、數據控制、緩存FPGA模塊(14)和數據封存處理器(15)；視頻采集編碼器(11)將紅外攝像儀①輸出的模擬視音頻信號轉換成數字信號，通過并行輸出端口傳送到DSP視音頻壓縮處理器(13)，音頻編/解碼器(12)完成模擬音頻到數字音頻的編碼工作，輸出到DSP視音頻壓縮處理器(13)；同時所述音頻編/解碼器(12)還接收來自DSP視音頻壓縮處理器(13)的數字音頻，進行數字音頻到模擬音頻的解碼工作，DSP視音頻壓縮處理器(13)進行視頻編碼，形成高效率的編碼視頻流，進行音頻編碼壓縮，形成低碼流數字語音數據并同步傳輸；緩存FPGA模塊(14)為DSP視音頻壓縮處理器(13)程序運行提供數據控制和數據緩存，數據封存處理器(15)將編碼后的視/音頻數據流封裝、打包形成標準的網絡數據流，經對稱數字用戶線路接入模塊④傳輸。
3.根據權利要求1所述的一種礦山救援可視化指揮裝置，其特征在于所述對稱數字用戶線路接入模塊④包括電源電路A、網橋接口電路B、收發(fā)器電路C、收發(fā)器控制電路D和接口電路E；所述網橋接口電路B對視音頻網絡傳感器③送來的數據進行分組打包處理，與局域網接口兼容直接送入收發(fā)器電路C，收發(fā)器電路C實時監(jiān)聽和處理接口電路E來自所述礦用雙絞線上傳來的調制信號，對接收的信號進行預處理放大、回波自適應抵消、數字提取和糾錯解碼處理，根據收發(fā)器電路C中處理器的設置對恢復數據進行打包處理，輸出到網橋接口電路B進行網絡傳輸；所述收發(fā)器控制電路D完成對收發(fā)器工作模式、數據收發(fā)格式的控制，并完成對稱數字用戶線與通訊網絡協(xié)議之間的數據轉換；所述接口電路E由匹配電阻網絡和變壓器組成，實現傳輸線路與網橋接口電路B和對稱數字用戶線收發(fā)器電路C之間的阻抗匹配。
4.根據權利要求1所述的一種礦山救援可視化指揮裝置，其特征在于所述對稱數字用戶線路復用接入模塊⑥中除設有所述對稱數字用戶線路接入模塊④中的電源電路A、網橋接口電路B、收發(fā)器電路C、收發(fā)器控制電路D和接口電路E外，還設有采用時分復用技術將多路視音頻信號合成一路信號的交換板。
5.根據權利要求1所述的一種礦山救援可視化指揮裝置，其特征在于所述前端設備I可根據需要設置單路或多路。
6.根據權利要求1或5所述的一種礦山救援可視化指揮裝置，其特征在于所述前端設備I中的本安紅外攝像儀①為便攜式礦用本安紅外攝像儀，本安電源⑤為自備鋰電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦山救援可視化指揮裝置，它是由前端設備I、基地設備II、中繼設備III、地面設備IV以及可實現雙向對稱高速數字信號傳輸的礦用雙絞電話線連接組成，它依靠自備電源、便攜式本安紅外攝像儀，可在全黑環(huán)境下自動捕獲現場圖像，采用“即鋪即用”的高速數字傳輸技術，將災后現場聲音及圖像實時傳輸至井下救護基地、地面救援指揮中心，直至國家礦山救援指揮中心，實現事故現場圖像的多點監(jiān)視，以及災后現場、井下基地和地面救援中心的多方雙向通話。
文檔編號A62B99/00GK1618484SQ20041007329
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月19日 優(yōu)先權日2004年11月19日
發(fā)明者徐精彩, 李文峰, 鄭學召, 金永飛, 楊勇 申請人:西安森蘭科貿有限責任公司