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        綜合一體化分站在礦井的設(shè)計和應(yīng)用

        2016-12-31 00:00:00嚴春陸屹
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年25期

        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)進行融合,實現(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,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),通常都是單獨招標、獨立組網(wǎng)、獨立建設(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、視頻會議、公網(wǎng)通信等諸多通信系統(tǒng)已相當普遍。如何有效整合不同通信系統(tǒng)資源,實現(xiàn)互聯(lián)互通,統(tǒng)一調(diào)度,統(tǒng)一管理,成為進一步加強通信聯(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)進行融合,實現(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,涵蓋了當前通信領(lǐng)域的所有熱門的成熟技術(shù),真正實現(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和優(yōu)勢。為井下監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備、安全避險和自救設(shè)備,提供與地面的可靠傳輸通道,為實現(xiàn)全礦井物聯(lián)網(wǎng)提供有效保障。

        綜合分站具有功能強大、組網(wǎng)靈活、安裝簡便、接口豐富和可擴展性強等諸多優(yōu)勢。它的開發(fā)和實現(xiàn)具有標志性意義,能夠為煤礦通信行業(yè)樹立標桿作用,并為統(tǒng)一煤礦行業(yè)通信標準起到積極地推動作用。

        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,進而提高了整個系統(tǒng)的容量。具有頻譜效率高,通信距離遠,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標準,傳輸速率達到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,可滿足監(jiān)控數(shù)據(jù)、語音和圖像多種信息實時傳輸?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,可實現(xiàn)傳統(tǒng)廣播系統(tǒng)對應(yīng)得各項功能,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)計和應(yīng)用

        整個系統(tǒng)分為井上部分和井下部分,兩個部分通過地面環(huán)網(wǎng)連接,組成一個完整的網(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,同時帶來了可靠性提高、節(jié)約成本、安裝簡單、維護方便等多項好處。

        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),可同時提供井下清晰的3G手機語音通話,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)強插、強拆等基本礦井調(diào)度功能。

        系統(tǒng)通過WEB方式,實現(xiàn)智能終端的辦公無線擴展功能將實時性較強辦公業(yè)務(wù)延伸到井下,并支持拍照、錄音、錄像資料實時上傳,用于現(xiàn)場情況的保存和及時匯報,以便調(diào)度中心作出迅速處理。手機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、行政電話交換機、IP廣播系統(tǒng)的語音互聯(lián),實現(xiàn)3G手機與行政電話、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,實現(xiàn)視頻監(jiān)控功能,無線傳輸距離可達到半徑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4m。該系統(tǒng)利用信號飛行時間定位算法,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行呼叫。同時,防爆電話可以進行級聯(lián)拉遠,是對井下調(diào)度電話的有效補充。

        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)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)元的統(tǒng)一,功能實現(xiàn)相互融合的統(tǒng)一已成為業(yè)界共識。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。

        參考文獻

        [1]隋景和.淺談3G無線通訊技術(shù)在煤礦的應(yīng)用[J].大科技,2013(8).

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

        作者簡介:嚴春(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。

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