綜合一體化分站在礦井的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

摘 要：綜合一體化分站將公網(wǎng)有線、無線通信電話，井下調(diào)度電話、井下無線通信、井下IP廣播、高精度人員車輛定位系統(tǒng)等子系統(tǒng)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一部署，統(tǒng)一管理，融合通信。

關(guān)鍵詞：3G無線通信系統(tǒng)；人員定位系統(tǒng)；WIFI無線通信；IP廣播

引言

近年來，隨著國家“兩化融合”戰(zhàn)略的推進(jìn)，煤礦“智慧礦山”、“數(shù)字化礦山”建設(shè)蓬勃興起，國家對安全生產(chǎn)的高度重視，各煤礦生產(chǎn)單位對“六大安全避險(xiǎn)系統(tǒng)”的建設(shè)也提升到了前所未有的高度，各種信息化技術(shù)在建設(shè)中得到了充分應(yīng)用，其中井下通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)是“六大安全避險(xiǎn)系統(tǒng)”的重要組成部分，與煤炭企業(yè)信息化程度息息相關(guān)，也是礦山通信聯(lián)絡(luò)的核心系統(tǒng)。

當(dāng)前多種井下通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)以及人員定位系統(tǒng)，通常都是單獨(dú)招標(biāo)、獨(dú)立組網(wǎng)、獨(dú)立建設(shè)，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間沒有關(guān)聯(lián)。由此造成施工工作量大、重復(fù)走線、工程周期長、重復(fù)施工、使用復(fù)雜，維護(hù)困難，故障定位困難，各種設(shè)備體積大，占據(jù)井下巷道空間較多，影響巷道整齊和美觀，人員維護(hù)量較大。

隨著礦山通信系統(tǒng)的日益普及，包括調(diào)度通信、無線通信、IP廣播、視頻通信、視頻會(huì)議、公網(wǎng)通信等諸多通信系統(tǒng)已相當(dāng)普遍。如何有效整合不同通信系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，統(tǒng)一調(diào)度，統(tǒng)一管理，成為進(jìn)一步加強(qiáng)通信聯(lián)絡(luò)效果的重要課題。

1 綜合一體化分站簡介

綜合一體化分站可以將公網(wǎng)有線、無線電話，井下調(diào)度電話、井下無線通信、井下IP廣播、高精度人員車輛定位系統(tǒng)等子系統(tǒng)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一部署，統(tǒng)一管理，融合通信。

與融合通信系統(tǒng)相配套，推出井下“綜合分站”。該分站集成了有線電話系統(tǒng)、IP應(yīng)急通信廣播系統(tǒng)、3G無線通信系統(tǒng)、高精度人員定位系統(tǒng)、WIFI熱點(diǎn)通信系統(tǒng)和以太網(wǎng)交換系統(tǒng)等六大系統(tǒng)功能，涵蓋了當(dāng)前通信領(lǐng)域的所有熱門的成熟技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了共站址、共電源、共傳輸、體積小、重量輕、電信級高可靠性的特點(diǎn)和優(yōu)勢。為井下監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備、安全避險(xiǎn)和自救設(shè)備，提供與地面的可靠傳輸通道，為實(shí)現(xiàn)全礦井物聯(lián)網(wǎng)提供有效保障。

綜合分站具有功能強(qiáng)大、組網(wǎng)靈活、安裝簡便、接口豐富和可擴(kuò)展性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢。它的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)具有標(biāo)志性意義，能夠?yàn)槊旱V通信行業(yè)樹立標(biāo)桿作用，并為統(tǒng)一煤礦行業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)起到積極地推動(dòng)作用。

2 綜合一體化分站融合相關(guān)技術(shù)

2.1 TD-SCDMA 3G無線通信技術(shù)

TD-SCDMA無線通信技術(shù)綜合采用了聯(lián)合檢測、智能天線和上行同步等先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)內(nèi)的多址和多徑干擾得到了極大緩解，從而有效地提高了頻譜利用率，進(jìn)而提高了整個(gè)系統(tǒng)的容量。具有頻譜效率高，通信距離遠(yuǎn)，靈活高效承載非對稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適合煤礦井下巷道的覆蓋。

2.2 WIFI無線通信技術(shù)

WIFI技術(shù)采用IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率達(dá)到150Mbit/s或更高，具有傳輸帶寬寬、便于接入有限寬帶網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備體積小、發(fā)射功率小等優(yōu)點(diǎn)，可滿足監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、語音和圖像多種信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊蟆?/p>

2.3 ZigBee無線通信技術(shù)

ZigBee無線通信作為一種短距離無線通信技術(shù)，由于其網(wǎng)絡(luò)可以便捷地為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能，因此在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有非常強(qiáng)的可應(yīng)用性。ZigBee技術(shù)可應(yīng)用于井下人員的定位。

2.4 IP廣播技術(shù)

IP廣播技術(shù)，是新型基于TCP/IP以太網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化的廣播技術(shù)。IP網(wǎng)絡(luò)廣播技術(shù)在物理上與IP網(wǎng)絡(luò)完全融合，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)廣播系統(tǒng)對應(yīng)得各項(xiàng)功能，并借助TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，對比普通模擬廣播技術(shù)在內(nèi)容局限、空間局限和功能局限等方面均作出了相關(guān)突破。

3 綜合一體化分站設(shè)計(jì)和應(yīng)用

整個(gè)系統(tǒng)分為井上部分和井下部分，兩個(gè)部分通過地面環(huán)網(wǎng)連接，組成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)。其中井上部分包括人員定位系統(tǒng)、3G無線通信系統(tǒng)和IP廣播系統(tǒng)的地面核心設(shè)備，以及綜合網(wǎng)管系統(tǒng)；井下部分則將原有的三套井下設(shè)備，融合為綜合分站。綜合分站具有原有三套系統(tǒng)井下設(shè)備的全部功能，同時(shí)帶來了可靠性提高、節(jié)約成本、安裝簡單、維護(hù)方便等多項(xiàng)好處。

系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 主要功能

井下綜合分站需要將人員定位、無線通信及應(yīng)急廣播、有線通信等幾個(gè)系統(tǒng)的井下設(shè)備集成到一起，因此，綜合分站需要具有以下功能：

（1）采用了TD-SCDMA無線通信系統(tǒng)，可同時(shí)提供井下清晰的3G手機(jī)語音通話，視頻通話、短信等功能，具有2.8M/S數(shù)據(jù)傳輸，PSR4數(shù)據(jù)、HSDPA、HSUPA業(yè)務(wù)，支持無線Internet連接等功能，無線傳輸距離可達(dá)到半徑500m。

支持有線、無線、IP廣播、IP電話語音統(tǒng)一調(diào)度，結(jié)合人員定位系統(tǒng)，完成人員的快速調(diào)度統(tǒng)一管理，能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)插、強(qiáng)拆等基本礦井調(diào)度功能。

系統(tǒng)通過WEB方式，實(shí)現(xiàn)智能終端的辦公無線擴(kuò)展功能將實(shí)時(shí)性較強(qiáng)辦公業(yè)務(wù)延伸到井下，并支持拍照、錄音、錄像資料實(shí)時(shí)上傳，用于現(xiàn)場情況的保存和及時(shí)匯報(bào)，以便調(diào)度中心作出迅速處理。手機(jī)終端軟件支持二次開發(fā)能力。

該系統(tǒng)支持與調(diào)度電話交換機(jī)、行政電話交換機(jī)、IP廣播系統(tǒng)的語音互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)3G手機(jī)與行政電話、井下生產(chǎn)調(diào)度電話、廣播終端互聯(lián)互通、無縫銜接。

（2）采用高速150M/S的大功率工業(yè)型WIFI模塊，可提供定點(diǎn)可靠的無線高速數(shù)據(jù)傳輸，用于井下高清攝像頭接入，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控功能，無線傳輸距離可達(dá)到半徑200m。

（3）采用ZigBee無線技術(shù)高精確人員定位系統(tǒng)，定位精度可高達(dá)4m。該系統(tǒng)利用信號飛行時(shí)間定位算法，定位精確。

（4）采取雙路IP音箱方案，以最大限度擴(kuò)展廣播音頻覆蓋范圍。在傳統(tǒng)廣播系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，綜合分站使用外部防爆電話替代傳統(tǒng)雙向?qū)χv功能。防爆電話可以更方便的進(jìn)行呼叫，不僅僅對于廣播分站，也可對井下有線調(diào)度、無線通信乃至外線進(jìn)行呼叫。同時(shí)，防爆電話可以進(jìn)行級聯(lián)拉遠(yuǎn)，是對井下調(diào)度電話的有效補(bǔ)充。

5 結(jié)束語

在礦山物聯(lián)化的發(fā)展趨勢下，井下無線通信、人員定位、廣播等多套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)元的統(tǒng)一，功能實(shí)現(xiàn)相互融合的統(tǒng)一已成為業(yè)界共識(shí)。綜合一體分站，充分考慮了這一發(fā)展趨勢，能夠?qū)崿F(xiàn)資源更加靈活的調(diào)度和共享，具備全融合、整合交付的特性，必定將成為礦井安全領(lǐng)域業(yè)界新亮點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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[2]陳德強(qiáng)，劉偉，錢建生.礦井無線通信技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].工控自動(dòng)化，2007（5）.

作者簡介：嚴(yán)春（1963-），男，江蘇常州人，本科，高級工程師，主要研究方向煤礦井下傳感器、數(shù)據(jù)采集分站及安全監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)等。

陸屹（1984-），男，江蘇常州人，本科，助理工程師，主要研究方向煤礦井下無線通信系統(tǒng)、井下抗噪聲廣播系統(tǒng)等。