核電站高可靠錄音系統實現

柴源

摘要：錄音系統是進行語音指令、通話記錄核對和事故追憶與分析的重要設備，目前，核電站錄音系統普遍存在著錄音信息不全和數據丟失的問題，在分析核電站全廠通信系統的組成及錄音現狀的基礎上，提出了對核電站錄音系統的高可靠錄音方案，介紹了核電站錄音的系統組成及設計方案，證明了分布式冗余錄音能夠滿足核電站對運行錄音的需要。

關鍵詞：核電全廠通信系統、錄音系統、分布式高可靠錄音

1引言

核電站全廠通信系統是針對核電站開發的一個獨立的、安全的、高可靠性的專用通信系統，提供可靠的廠內通信和廠外通信，對核電機組的安全運行起著重要作用，特別是在應急狀態下必須保證與上級各主管部門的通信。是核電站運行指令下達安全可靠、準時、快捷的必要保障措施。在核電站運行指揮過程中，指揮調度通信中的每一句話都關系到重大的安全責任，一旦有失，將造成嚴重的后果，而指揮調度和通訊過后無法回憶和追查通話的歷史信息，這個核電站這一對安全和穩定要求極高的特殊領域是不允許的，核電運行這回過程中調度及通話必須得以正確記錄，需要對下達的命令進行實時錄音和重放，便于進行核對及運行指令的追憶與分析。以便在執行時能再次查詢調度指令，通信系統錄音也是安全監管部分事故調查取證，劃分責任的重要依據來源。因此對核電站建立一套安全可靠的錄音系統勢在必得。

2核電站全廠通信系統組成

全廠通信系統全廠通信系統各個子系統都可以實現正常運行和應急兼容使用，同時系統間 互備互補具有足夠冗余度及多樣性，主要有以下子系統組成：行政電話系統、調度電話系統、安全電話系統、無線集群電話系統、廣播與聲警報系統、時鐘系統、錄音系統、通信機房監控系統、綜合布線系統、聲力電話系統。

行政電話系統用于提供機組正常工況條件下的行政和內部通信以及不同機組運行人員之間的通信。系統主要由兩臺數字電話交換機、配線架、交接箱、接線箱、分線盒、用戶終端和傳輸線路等組成。

調度電話系統用于運行直通調度電話通信。操作員可以從廠房就地內部對講終端向所屬的主控室呼叫。調度電話系統主要由四臺對講電話交換機、配線架、交接箱、接線箱、分線盒、用戶終端和傳輸線路等組成。

安全電話系統為專用通信系統，連接有限數量的用戶。與行政電話網絡及調度電話網絡相互獨立。在事故工況下，通過安全自動電話交換機實現廠區與公共網的外部通信。其主要由一臺數字電話交換機、配線架（箱）、用戶終端和傳輸線路等組成。

無線集群調度電話系統用于正常工況下在核電廠范圍內為指定人員提供雙向無線通信，在事故工況下可以作為核電廠主控室操作人員和管理人員的冗余內部無線通信。無線集群調度電話系統主要由基站和用戶固定臺、手持臺等設備組成。

有線廣播及聲警報系統通過全廠揚聲器組成的網絡提供單向語音信號和緊急信號的傳輸（包括輻射危害警報信號，火災警報或其他緊急信號）。有線廣播及聲警報系統主要由控制臺、功率放大器、揚聲器、警笛等設備組成。

時鐘系統用于為全廠提供統一時間和為同步設備、計算機系統和網絡提供同步脈沖信號，母鐘接收來自GPS的標準時間信號，將其傳送到電站內的各子鐘，自動對時。系統定時將子鐘和母鐘比較對時，以確保子鐘時間與母鐘同步。同時，母鐘提供多種同步信號，供電站內的同步設備、計算機系統和網絡作同步使用。時鐘系統主要由一級母鐘，二級母鐘，信號放大器設備和多種類型的子鐘等設備組成。

錄音系統對語音信息記錄指令的發布、傳達及聲警報信號自動存檔，做到有據可查。主要設備為錄音站。

通信機房監控系統是能夠對通信機房的溫度濕度進行監控，對廣播系統、聲警報系統、對講系統、時鐘系統主設備通過LAN實施遠程監視，從而保證及早發現故障及早處理，確保通信系統安全通暢。

綜合布線系統建立信息傳輸通道，靈活組建信息網絡，高速傳輸數據信息和語音信息。核電站全廠通信系統整體結構圖如下：

3核電站錄音系統組成

核電站錄音站一般由工控機（PC機）、顯示器、音箱、錄音卡和錄音軟件構成。核電站錄音系統主要用于記錄操作人員的對話、廣播系統指令和警告等音頻信號。系統需要對來自下面系統的音頻信息進行記錄。包括行政電話系統重要用戶，調度電話系統用戶，無線集群調度電話系統主控室終端，廣播與報警系統呼叫站，以及廠外通信系統終端。同時將錄音系統的核心數據上傳黑匣子系統。

錄音站支持模擬線路錄音和IP線路錄音，其中模擬線路采用高阻并線方式錄音，不影響電話通訊品質;IP線路可根據不同平臺的接口特性，按基于SBC設備的網絡鏡像方式錄音或按照特定的接口進行錄音。

4錄音系統設計方案

4.1錄音方式

錄音系統主要采用端口鏡像方式與以及高阻并線錄音方式。

行政電話系統和調度電話系統采用“純軟”錄音方式，通過網絡交換機的鏡像功能，收取IP話機通話過程中產生的語音載波流和呼叫控制信令，利用服務器的CPU和內存資源，將線路的語音數據軟解成用戶定義的語音格式。

系統采用B/S架構進行語音數據查詢管理，系統系統需要錄音的電話，采用SBC語音收斂器（SBC主要實現IP話機語音數據匯聚的功能，IP話機注冊到SBC，SBC注冊到IP電話交換機，可以將IP話機通話的語音數據都匯聚到SBC進行處理，然后在網絡交換機上對SBC的端口做鏡像，通過鏡像端口可以獲取到IP話機與外線、IP話機與IP話機之間的通話數據。

廠外通信系統和無線通信系統為傳統并線錄音，通過與線路并聯方式（“T”型）將錄音系統與語音配線架進行連接，采用錄音板卡配工控機的形式，通過能量方式啟動停止錄音，完成座席通話錄音。

模擬并線錄音采用高性能的錄音板卡。通過線路分流的方式，將線路通話語音記錄在錄音服務器內。利用專業的錄音板卡其獨特的語音資源分配方式，每條線路語音資源的壓縮由獨立的DSP資源完成，不耗費錄音系統CPU資源，有效保證了錄音系統的穩定性。

同時，錄音系統OEM工控機，有效地保證了錄音系統高效率、連續性工作的要求。錄音系統生成的錄音文件存儲在錄音服務器本地磁盤內，相應的錄音信息寫入錄音服務器本地數據庫中。與通話有關的相關通話信息，如座席工號、業務工單號、主被叫號碼等信息，均可通過CTI的通訊獲得。

錄音系統生成的錄音文件存儲在錄音服務器本地磁盤內，相應的錄音信息寫入錄音服務器本地數據庫中。

4.2錄音數據庫

每次通話產生后，錄音數據庫內自動生成一條通話記錄，該記錄包含基本的線路信息（主被叫號碼、呼叫時間、呼叫方向）和CTI傳送的數據（座席工號、CTI流水號、業務工單號）。

若網絡中提供數據庫服務器，錄音系統可以在寫入本地MySQL的同時，可將數據寫入網絡數據庫服務器，如SQL Server、Oracle或Sybase。

4.3錄音數據存儲

錄音系統在記錄通話錄音文件的同時可將錄音文件寫入本地硬盤，并可同時寫入遠端的存儲設備。

通話錄音的基本信息，如主被叫號碼、通話時間和通話方向等，在寫入數據庫的同時亦將自動記錄在錄音文件的文件頭內。在數據庫故障時，錄音系統仍可繼續完成錄音及基本信息的記錄，并通過數據回寫模塊讀取錄音頭文件信息，恢復數據庫故障期間的基本錄音信息。

本地存儲，用戶可選擇錄音系統支持的錄音數據存儲的文件格式，并支持自定義錄音文件存儲路徑（支持數字、字母和漢字等字符）。

網絡實時存儲，即錄音產生后，錄音文件在寫入錄音服務器本地硬盤的同時，寫入網絡數據存儲器中。該方式備份時效性好，但對客戶網絡壓力比較大（視實際話務量不同而異）。

4.4錄音回刪服務

錄音系統回刪模塊提供多種回刪機制，可提供本地回刪和網絡回刪。

對于本案錄音存儲半年的需求，并按用戶會按預設機制將錄音文件定時定量上傳到網絡數據存儲器中的情況，推薦采用回刪機制如下：

本地錄音服務器：當硬盤剩余容量不足總容量的10%時，按“先入先出”原則，刪除最早的且已備份的3個月時間的錄音數據。

網絡存儲器：按“先入先出”原則，刪除最早的6個月時間的錄音數據。

4.5監聽及查詢

錄音系統提供C/S和B/S兩種監聽和查詢方式。用戶可通過該平臺，實現通話的監聽及錄音查詢回放需求。

用戶監聽流程如下所示：

通過 LineMonitor監聽模塊，用戶可實現的監聽功能如下：

1）實時監聽分配權限內的通道的通話;

2）C/S版支持用戶對4聲道同時監聽;

3）實時監聽過程中控制（停止/重啟）該通道通話的錄音（Licenses控制）;

用戶查詢流程如下所示：

用戶可實現的查詢功能如下：

1）查詢分配權限內的所有通話記錄;

2）單一條件或組合條件的查詢方式;

3）模糊查詢;

4）保留本次的查詢條件以供下次查詢使用;

5）快速定義查詢時間范圍（今天、一周內、一個月內或一年內）;

6）歷史鎖定錄音記錄的查詢（僅限當前登陸賬戶鎖定記錄）;

7）查詢結果列表的導出（Access或Excel）

8）查詢結果的另存為，自定義導出路徑并將錄音文件解密導出或轉換為PCM格式錄音文件，同時可生成數據庫文件

9）通過 CQC查詢軟件，用戶可實現的錄音回放功能如下：

10）添加播放列表;

11）合并播放;

12）播放過程中的時間軸顯示、音量控制、快進/快退、跳躍式播放、暫停、A->B復讀和循環播放等;

5核電站分布式錄音架構的高可靠性

5.1系統構成

錄音系統（CYZ）提供雙機熱備，整體采用分布式部署，集中管理的系統架構，在核島、綜合運行大樓、行政大樓設置一臺錄音站、應急指揮中心分別設立主備兩套錄音設備，共計7臺錄音設備完成對核島內各電話通信站點之間的通話錄音，包括行政電話系統、調度電話系統、廣播與警報系統、無線集群通信系統、安全電話系統、廠外通信系統。其中行政電話系統、調度電話系統、安全電話系統、廣播與警報系統接口為兩路以太網接口，通過IP方式錄音;無線集群通信系統、廠外通信系統為模擬并線方式錄音，共計76路模擬端口。

5.2核島內錄音系統接口

核島為錄音系統核心區域，此區域含有調度電話系統調度臺，無線集群通信系統固定臺，廣播警報系統呼叫站，行政電話系統重點終端，外部通信系統通信終端，這些設備都位于核島的主控室和輔控室，錄音系統需要重點監聽的設備。其中行政電話系統和安全電話系統采用如下解決方案，拓撲圖如下：

行政電話系統和安全電話系統交換機機房各自增加一臺SBC設備和兩臺錄音服務器，此設備用于將話機語音數據匯聚到SBC上，因此將需要錄音的話機注冊到SBC上，不需錄音的話機注冊到softcall上。按圖中所示此區域增加一臺數據庫服務器，用于存放錄音記錄。錄音方案采用端口鏡像方式，鏡像方式如下：

如圖所示，使用網絡交換機的鏡像功能，將softcall和SBC所接網絡端口，鏡像給錄音服務器所接的端口。使錄音服務器能夠抓取所需要語音數據完成錄音。同時行政電話系統和安全電話系統錄音服務器互相作為主、備機采用雙機并行的方式工作。主、備機同時各錄一份錄音，確保錄音文件不會丟失。

調度電話系統采用“純軟”錄音方式，通過網絡交換機的鏡像功能，收取IP話機通話過程中產生的語音載波流和呼叫控制信令，利用服務器的CPU和內存資源，將線路的語音數據軟解成用戶定義的語音格式。核島內調度系統每一臺交換機同時向兩個錄音站轉發數據，做到線路冗余的雙活錄音，A點和B點的錄音站同時通過光纖環網進行數據校對，數據保持一致。

核島內錄音站對應廠外通信系統重點終端、廣播和警報系統、無線集群通信系統固定臺等錄音解決方案采用傳統并線方式進行錄音，使用音頻線并接到廣播警報系統呼叫站的音頻接口和無線集群通信系統的固定臺音頻接口。

廠外通信系統的錄音采用傳統并線方式，將錄音線路并接在語音配線架上，使錄音系統能夠抓到聲音信息，在無CTI模式下，主叫號碼通過FSK或DTMF發送。在CTI模式下，主叫號碼通過CTI發送。錄音默認啟動方式采用摘掛機方式，也可以通過CTI啟動，可以獲得主叫號碼。

錄音解決方案采用傳統并線方式進行錄音。

·錄音系統采取傳統并線方式，T型并接在話機線路上，由于錄音采用高阻錄音卡，在線路并接過程中不影響正常通話。通過摘掛機啟動和停止錄音。

·錄音系統將話音采集后，通過數字壓縮處理將語音信息以數字信號方式先存儲在硬盤上，再按一個可設定的時間間隔，自動備份存儲中心中。硬盤存儲空間達到設定值使將按先進先出的策略將舊數據刪除。

CYB系統的錄音采用傳統并線方式，將錄音線路并接在線架上，使錄音系統能夠抓到聲音信息，在無CTI模式下，主叫號碼通過FSK或DTMF發送。在CTI模式下，主叫號碼通過CTI發送。錄音默認啟動方式采用摘掛機方式，也可以通過CTI啟動，可以獲得主叫號碼。

5.3錄音系統與時鐘系統的對接

時鐘系統（CYF）的母鐘，是進行同步時間的基準信號源。CYZ系統每個錄音服務器都需要通過傳輸網絡從主時鐘獲取時間基準信號，錄服務器采用IP網絡接口與母鐘連接，通過SNTP或NTP協議進行時間同步。

錄音服務器通過RJ45線接入網絡交換機，通過SNTP或NTP協議與時鐘系統（CYF）的母鐘同步時間基準信號。

5.4錄音系統與黑匣子系統接口

黑匣子的功能是基于事故調查的用途，事故發生后通過找回黑匣子，對數據譯碼分析，可以判定事故真正原因，避免同類事故再次發生;同時，也可以通過日常分析黑匣子的數據，糾正核電站運行過程中的不良習慣，預防事故發生。

錄音系統文件上傳黑匣子，可以通過號碼等條件進行選擇，可以多選（選擇條件不能沖突），對選擇之后的文件進行上傳;錄音文件實時上傳，每當有錄音文件生成之后就立即執行上傳功能。

錄音系統與黑匣子接口協議為IP協議。CYZ與黑匣子系統：宇高錄音系統的錄音文件上傳采用文件共享方式，下載則采用HTTP或FTP協議。

6結束語

目前按照國家對碳中和、碳達峰的環保要求，大力發展核電可能是未來的趨勢，但是為了保證安全可靠的利用核能，為核電站運行提供高可靠的通行系統勢在必行，何在滿足行業要求的同時保證核能的安全可靠是決策者著重考慮的事情，采用高可靠性的錄音系統是核電安全運行的必要保保障，提供為后續運行指令記錄分析和查詢提供更多的數據積累和保證。

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