礦井通訊及人員定位系統(tǒng)解決方案

劉立國

礦井通訊及人員定位系統(tǒng)解決方案

劉立國

按照煤礦“六大系統(tǒng)”改造的有關(guān)部署，在數(shù)字化礦山建設(shè)中，對井下通信系統(tǒng)提出了更高要求，各系統(tǒng)功能的實施，都要通過井下敷設(shè)光纜，形成環(huán)網(wǎng)，為通信、監(jiān)測監(jiān)控等提供物理鏈路，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)各類信息的傳輸。試討論礦井語音通信及人員定位系統(tǒng)的解決方案，為煤礦安全生產(chǎn)提供通信和人員定位信息。

煤礦;通信;人員定位;方案

一 通訊及人員定位系統(tǒng)功能及要求

1.井下以太網(wǎng)。

采用先進的光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)、shdsl高速高帶寬分支網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、wifi無線組網(wǎng)技術(shù)，組成一個井下高速、高可靠性、光纖、電纜、無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的綜合性井下以太網(wǎng)絡(luò)，提高煤礦井下數(shù)據(jù)傳輸、采集的可靠性、實時性。

2.人員定位跟蹤系統(tǒng)功能。

符合煤炭行業(yè)關(guān)于人員定位行業(yè)標準的技術(shù)要求，能建立礦井的三維模型，將井下人員的定位實時信息以三維動態(tài)可視的方式進行顯示和記錄;具有人員的考勤功能，并自動產(chǎn)生相關(guān)的報表;能對人員進行實時跟蹤，實時監(jiān)控井下人員的位置和分布;能對人員的出入井情況進行記錄和查詢;能對人員的歷史軌跡進行查詢，以便獲得該人員的工作情況;對超時未上井人員及時進行報警，并利用系統(tǒng)的搜索功能進行查找并以語音廣播或無線通訊方式及時通知該人員;能對危險區(qū)域的人員進行準確的定位，定位精度應(yīng)不高于5米圓周誤差，以實現(xiàn)災(zāi)變緊急救援的及時和準確性。

擴展功能:可考慮利用人員定位的基站實現(xiàn)無線通訊，使得定位和通訊功能結(jié)合，這樣將可以少投資建設(shè)一套無線通訊系統(tǒng)。

3.無線通訊系統(tǒng)功能。

建立一套煤礦無線通訊系統(tǒng)，采用專為煤礦研制的個人手持電話系統(tǒng)設(shè)備，作為礦井調(diào)度電話機的延伸，主要為井下的工作人員、檢修人員、調(diào)度人員、安全人員等提供移動通訊，并能滿足緊急情況下的報警和搶險救災(zāi)等的應(yīng)急需要。

系統(tǒng)由移動通訊設(shè)備、地面和井下基站、控制中心等組成。

系統(tǒng)能實現(xiàn)井下移動通訊設(shè)備之間、與固定調(diào)度電話之間、與地面手機的雙向通訊。應(yīng)具備遺漏呼叫功能，在被叫處于關(guān)機、無信號地區(qū)造成呼叫失敗的情況下，應(yīng)能在通訊恢復(fù)后以短信等方式及時提醒該用戶。

系統(tǒng)自身應(yīng)擁有交換功能，設(shè)備之間的通話無須通過外部交換，不占用交換機資源，

具備靈活的外部接口，能采用數(shù)字中繼與礦調(diào)度交換機連接。

二 井下語音通信、視頻、定位系統(tǒng)特點

針對礦區(qū)信息化建設(shè)需求，根據(jù)多技術(shù)對比論證結(jié)果，以及現(xiàn)場實地勘察，基于統(tǒng)一標準的工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的通訊系統(tǒng)規(guī)劃方案。本系統(tǒng)以光纖有線網(wǎng)絡(luò)為骨干，分支高速電纜通信網(wǎng)絡(luò)以及無線網(wǎng)絡(luò)為延伸，在井下設(shè)立若干基站，通過無線通信手段，實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度管理及信息交流等功能。并為實現(xiàn)位置監(jiān)測與管理、數(shù)字化視頻監(jiān)控以及各種井下傳感器數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集與綜合處理，提供一個共用的平臺，為實現(xiàn)語音、視頻、數(shù)據(jù)的三網(wǎng)合一，為生產(chǎn)調(diào)度、應(yīng)急救援、安全監(jiān)控與督察提供了良好的應(yīng)用基礎(chǔ)。

光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù):環(huán)網(wǎng)采用FDDI簡化協(xié)議，各個接口均兼容IEEE802.3標準;支持廣播風(fēng)暴抑制，自動對數(shù)據(jù)包進行過濾和MAC地址記憶;MAC地址存儲RAM環(huán)路光口64Kbit、其余接口16Kbit;PHY接口數(shù)據(jù)緩沖RAM32Kbit，公共數(shù)據(jù)緩沖RAM512Kbit;環(huán)路、支路光接口協(xié)議均兼容IEEE802.3U－100M－FX;光口外圍電路簡單可直接在電阻匹配下連接PECL光器件;支持2個光纖環(huán)路同時傳輸，每站最高帶寬1000Mbit/s;支持光纖環(huán)路的檢測和自愈合，故障倒換時間不大于50ms;光口可組建鏈形、環(huán)形、T形、復(fù)合形等各種光纖網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)絡(luò)鏈路中最多容納站點數(shù)為128，要求每站地址唯一;完善網(wǎng)管設(shè)計帶內(nèi)全局網(wǎng)管支持，標準9.6K串口連接;支持自動數(shù)據(jù)鏈路測試，實現(xiàn)模塊死機等故障自動復(fù)位恢復(fù);

Shdsl技術(shù):SHDSL的顯著優(yōu)點是:支持對稱雙向通信;顯著改善質(zhì)量;滿足更高的帶寬需要;具備多能力，全面優(yōu)化，提升系統(tǒng)性能。利用SHDSL，可以解決制約DSL進一步發(fā)展壯大用戶群時可能遭遇的各種難題。

Wifi無線技術(shù):wifi技術(shù)又稱無線以太網(wǎng)技術(shù)，WIFI是由AP(Access Point)組成的無線網(wǎng)絡(luò)。AP一般稱為網(wǎng)絡(luò)橋接器或接入點，它是當(dāng)作傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁，因此任何一臺裝有無線網(wǎng)卡的終端設(shè)備(包括:手機、PC)均可透過AP去分享有線局域網(wǎng)絡(luò)甚至廣域網(wǎng)絡(luò)的資源，其工作原理相當(dāng)于一個內(nèi)置無線發(fā)射器的HUB或者是路由，而無線網(wǎng)卡則是負責(zé)接收由AP所發(fā)射信號的CLIENT端設(shè)備。

三 系統(tǒng)方案

1.語音系統(tǒng)組網(wǎng)方案。

(1)可以直接在ip語音媒體網(wǎng)關(guān)下通過模擬口接模擬電話;

(2)可以直接在ip語音媒體網(wǎng)關(guān)下通過LAN口接IP電話和UC客戶端;

(3)可以與已有PBX對接，保護已有投資;

(4)可以通過LAN口下掛IAD接入更多模擬電話;

(5)使用sip服務(wù)器設(shè)備后，分機不再只是以前簡單的通話功能，將擁有豐富的補充業(yè)務(wù)及增值業(yè)務(wù);

(6)通過配置管理服務(wù)器對整個語音網(wǎng)絡(luò)進行配置，統(tǒng)一平臺，統(tǒng)一維護，統(tǒng)一管理。

2.人員定位部分組網(wǎng)方案。

人員定位部分系統(tǒng)軟件采用了C/S(客戶/服務(wù))的架構(gòu)。

服務(wù)端主要負責(zé)數(shù)據(jù)的采集存儲與分析，硬件指令的收發(fā)，系統(tǒng)信息的監(jiān)視、收集和通知?？蛻舳藙t主要提供了簡潔直觀、快捷方便的人機界面，接受用戶指令下發(fā)至井下人員定位系統(tǒng)中的分支網(wǎng)絡(luò)，主要由ZigBee無線自組網(wǎng)絡(luò)和CAN總線有線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)組成。網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋整個巷道，前端構(gòu)建ZigBee網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的采集和傳輸，后端通過由KJ405T－JH礦用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及KJ405T－F礦用網(wǎng)絡(luò)終端組成的井下以太網(wǎng)，最后經(jīng)過光纖環(huán)網(wǎng)上傳地面。

為保證ZigBee網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和可靠性，在長型的巷道中將由數(shù)個ZigBee網(wǎng)絡(luò)所覆蓋，每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)覆蓋一定的范圍。各個ZigBee網(wǎng)絡(luò)之間可由兩種方法進行區(qū)分:網(wǎng)絡(luò)ID和頻段(Channel)。

3.方案實施。

Wifi無線語音通信、定位系統(tǒng)采用區(qū)域覆蓋，井下采用礦用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、礦用網(wǎng)絡(luò)終端(井下無線基站)、人員定位分站，井上采用室外及室內(nèi)無線基站的聯(lián)合組網(wǎng)方式。即保證覆蓋，有滿足了話務(wù)量不同密度分布的要求。

該系統(tǒng)由中心站sip語音服務(wù)器、ip語音媒體網(wǎng)關(guān)、井上無線基站、井下礦用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、井下礦用網(wǎng)絡(luò)終端(井下無線基站)、礦用手機以及人員定位部分組成。系統(tǒng)分為地面及井下兩大部分，井下無線基站采用標準的無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，可兼容任何符合此協(xié)議的無線設(shè)備，系統(tǒng)工作頻段2.4GHz。

為便于調(diào)度系統(tǒng)組網(wǎng)及系統(tǒng)維護，系統(tǒng)中心站sip語音服務(wù)器、人員定位中心站服務(wù)器安裝在礦井聯(lián)合建筑生產(chǎn)綜合調(diào)度室。

系統(tǒng)中心站sip語音服務(wù)器通過ip語音媒體網(wǎng)關(guān)與數(shù)字程控調(diào)度電話交換機組網(wǎng)，實現(xiàn)wifi語音通信系統(tǒng)與煤礦原有電話網(wǎng)絡(luò)共同組網(wǎng)。(即井下wifi礦用手機與井下井上生產(chǎn)調(diào)度、管理固定電話及移動電話實現(xiàn)語音通信)

中心站通過光纜與井下網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通信，井下網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與井下網(wǎng)絡(luò)終端(井下無線基站)通過礦用通信電纜通信，組成具有標準網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的井下分支以太網(wǎng)絡(luò)，便于井下其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集成。井下網(wǎng)絡(luò)最低帶寬不小于2.3M，便于擴展井下視頻及其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

井下wifi礦用手機在井下網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(注:服務(wù)器具備無線覆蓋的功能)及井下網(wǎng)絡(luò)終端(井下無線基站)覆蓋范圍內(nèi)，用戶可以在移動過程中持續(xù)通話。設(shè)計應(yīng)遵循原則，在井下各重點區(qū)域，人員集中區(qū)域設(shè)置井下無線基站，由生產(chǎn)單位向相關(guān)工作人員發(fā)放礦用手機，由系統(tǒng)管理人員對相關(guān)人員的礦用手機進行注冊，注冊成功的用戶方可使用，每部手機具有唯一的號碼，管理人員將相關(guān)人員的信息與手機號碼綁定在一起，存儲于服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。攜帶手機人員可在無線基站覆蓋的區(qū)域內(nèi)進行語音通信及其它業(yè)務(wù)。

人員定位子作為wifi井下語音、定位系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)，可以通過TCP/IP或TCP/IP與can總線相結(jié)合的方式將人員定位分站配接到井下網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及井下網(wǎng)絡(luò)終端(井下無線基站)上，人員定位分站讀取井下工作人員攜帶的人員識別卡信息并上傳至中心站人員定位服務(wù)器，調(diào)度人員通過服務(wù)器軟件對井下工作人員實施定位跟蹤，隨時掌握井下人員所處位置范圍，及井下個區(qū)域人數(shù)及井下全體工作人員人數(shù)。系統(tǒng)遵循“統(tǒng)一發(fā)卡、統(tǒng)一裝備、統(tǒng)一管理”的原則，按準許上崗人員和班組實行“一人一卡”制，具體方案如下:在井下所有坑道的交叉道口均安裝一套遠距離射頻識別系統(tǒng)分站。煤礦生產(chǎn)單位向有關(guān)人員頒發(fā)并裝備識別卡卡，發(fā)卡時將識別卡對應(yīng)員工的基本信息，包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務(wù)、本人照片等登錄在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。安全生產(chǎn)部門對該識別卡進行授權(quán)后即生效。授權(quán)范圍包括:該員工可以有資格進入作業(yè)面的坑道，識別卡的時效、失效、掛失等，以實時監(jiān)控未授權(quán)人員進入坑道;進入坑道的人員必須佩戴裝識別卡的安全帽。當(dāng)此人經(jīng)過坑道的識別系統(tǒng)監(jiān)測點時，立即被系統(tǒng)識別，并通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的信息交換，將此人通過的路段、時間等信息傳輸至井上安全監(jiān)控中心記錄，并可同時在地理信息大屏幕墻上出現(xiàn)提示信息，顯示通過人員的姓名?？拥酪坏┌l(fā)生安全事故，安全監(jiān)控中心在第一時間可以知道被困人員的基本情況，救險隊使用手持移動式遠距離識別裝置，在10米的范圍內(nèi)可以迅速探測遇險人員的位置，便于救護工作的安全和高效運。

Abstract:According to the Six System Reform in the coal mines，higher requirements of digital mine construction has been raised，especially in the digital mine construction.The implementation of the system would form a network in mine communication，monitoring on the basis of information transmission realization.The voice communication and personnel positioning system offers the communication and personnel positioning information for coal mine safety production.

Key words:coal mine;communication;personnel positioning;scheme

Class No.:TD65+5Document Mark:A

Solutions to Mine Communication and Personnel Positioning System

Liu Liguo

TD65+5

A

劉立國，工程師，雞西礦業(yè)集團通信公司，黑龍江·雞西。郵政編碼:158100

1672－6758(2011)05－0058－2

(責(zé)任編輯:蔡雪嵐)