高小川 趙亞云

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4G無線通信系統(tǒng)在煤礦的專網(wǎng)應(yīng)用

高小川 趙亞云

榆林匯森煤礦建設(shè)運(yùn)營有限責(zé)任公司馮家塔分公司，陜西 榆林 719400

為了解決煤礦井下無線通信系統(tǒng)功能單一、車輛定位調(diào)度等問題，以智能調(diào)度系統(tǒng)為核心，結(jié)合4G、定位、環(huán)網(wǎng)等多種技術(shù)的特點(diǎn)，提出了一種采用前端硬件融合、后端軟件融合的高帶寬、多功能的智能無線調(diào)度通信系統(tǒng)解決方案。通過系統(tǒng)部署，大幅提高無線通信系統(tǒng)的傳輸帶寬與接入的多樣性，將語音、視頻、定位等多種功能融合為一，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類無線終端的一體調(diào)度，從而在提高生產(chǎn)效率和安全性的同時(shí)，降低重復(fù)建設(shè)帶來的資源浪費(fèi)。

無線通信；4G；多系統(tǒng)融合；車輛定位

引言

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及煤礦行業(yè)對(duì)無線通信系統(tǒng)的需求不斷增加，煤礦井下的無線通信系統(tǒng)經(jīng)歷了從小靈通、Wi-Fi到3G（TDSCDMA及WCDMA）的發(fā)展階段，近期更加興起了4G的建設(shè)高潮，技術(shù)的發(fā)展帶來了無線通信技術(shù)的革命。隨著傳輸帶寬的增加，無線應(yīng)用越來越豐富，為煤礦生產(chǎn)調(diào)度效率的提高貢獻(xiàn)了不少力量。在這個(gè)前提下，我們采用4G技術(shù)建設(shè)煤礦專網(wǎng)應(yīng)用無線通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無軌膠輪車精確定位，為推進(jìn)礦井兩化融合建設(shè)做出了探索性的技術(shù)創(chuàng)新。

1 綜合無線技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 無線通信技術(shù)選擇

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)首先要選擇合用的無線技術(shù)，確保語音通話和數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。表1為目前主要的無線通信技術(shù)的主要參數(shù)對(duì)比。

表1 無線通信技術(shù)主要參數(shù)對(duì)比表

項(xiàng)目小靈通Wi-Fi3G4G 覆蓋范圍一般一般大大 語音并發(fā)數(shù)低較高（16）高（32）高（32） 通話質(zhì)量一般較好好好 上行速率—100 Mbps5.76 Mbps50 Mbps 負(fù)載按照80%設(shè)計(jì)時(shí)，高清攝像儀并發(fā)數(shù)量—20～20018～10 抗干擾能力一般一般較好較好 終端價(jià)格較低低較低高

從表1中可以看出4G技術(shù)在抗干擾能力、基站切換、傳輸帶寬以及覆蓋范圍等方面有優(yōu)勢(shì)，尤其適用于小數(shù)據(jù)包頻繁的網(wǎng)絡(luò)，因此采用4G無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)語音通話、視頻通話等業(yè)務(wù)在煤礦的專網(wǎng)應(yīng)用中有一定的技術(shù)支持。

1.2 語音技術(shù)選擇

在煤礦井下使用4G技術(shù)建設(shè)無線通信系統(tǒng)，由于4G技術(shù)在設(shè)計(jì)上不具備專用的語音通道，因此我們采用VoLTE技術(shù)實(shí)現(xiàn)語音及視頻通話功能。VoLTE是基于IMS的語音業(yè)務(wù)。IMS由于支持多種接入和豐富的多媒體業(yè)務(wù)，具有傳輸質(zhì)量好、穩(wěn)定性佳、回音抑制優(yōu)越等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1.3 定位技術(shù)選擇

目前煤礦主要使用的定位技術(shù)有RFID和ZigBee兩種，主要參數(shù)對(duì)比如表2所示。

表2 定位技術(shù)主要參數(shù)對(duì)比表

項(xiàng)目RFIDZigBee 定位精度區(qū)域定位較高 覆蓋距離近距離0.1～200 m 耗電量低耗電低耗電 抗干擾能力差較好 單基站并發(fā)數(shù)高高

從表2中可以看出RFID無法實(shí)現(xiàn)精確的車輛定位功能，因此系統(tǒng)中的定位技術(shù)選擇ZigBee。

2 系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

為了滿足煤礦的實(shí)際業(yè)務(wù)需要，以“智能調(diào)度”[1-3]為基礎(chǔ)，將4G無線通信系統(tǒng)、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)進(jìn)行有效融合，從而滿足國家關(guān)于智慧礦山、數(shù)字化礦山建設(shè)的技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)有線、無線、廣播、視頻等系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一維護(hù)[4]。

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由智能調(diào)度平臺(tái)包括地面調(diào)度服務(wù)器、錄音服務(wù)器、網(wǎng)管服務(wù)器、調(diào)度臺(tái)、4G核心網(wǎng)系統(tǒng)、井上下無線基站、手機(jī)等，具體說明如下。

（1）調(diào)度服務(wù)器：實(shí)現(xiàn)電話業(yè)務(wù)交換功能、電話調(diào)度功能、短信服務(wù)功能。

（2）錄音服務(wù)器：實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)的錄音、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、提供查詢等。

（3）網(wǎng)管服務(wù)器：實(shí)現(xiàn)對(duì)所有設(shè)備的配置、維護(hù)等。

（4）4G核心網(wǎng)：支持語音、短信、數(shù)據(jù)等基本功能。

（5）調(diào)度臺(tái)：實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)終端的調(diào)度操作功能等。

（6）無線基站：井下基站為4G綜合通信分站，提供4G（FDD-LTE）無線覆蓋，支持VoLTE功能，提供自組千兆環(huán)網(wǎng)能力，可選擇提供定位信號(hào)覆蓋。

（7）4G手機(jī)：支持VoLTE功能，可實(shí)現(xiàn)語音通話、視頻通話、高速上網(wǎng)等功能。

2.2 井下基站設(shè)計(jì)

根據(jù)無線技術(shù)的選擇結(jié)果與煤安要求，井下基站采用隔爆兼本安型設(shè)計(jì)，內(nèi)部包括千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、4G基站、定位基站、電源等部件，具體如圖1所示。

圖1

基站可以實(shí)現(xiàn)自組千兆光纖以太環(huán)網(wǎng)，4G信號(hào)設(shè)計(jì)覆蓋直徑在800?m，定位信號(hào)覆蓋直徑在500?m左右。

2.3 車輛定位對(duì)講設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)車輛的定位[5-6]與對(duì)講功能，在車輛上安裝定位標(biāo)簽及對(duì)講終端，具體如圖2所示。

圖2

車輛對(duì)講機(jī)及定位標(biāo)簽中均內(nèi)置電池，確保在斷電后依然可以工作一段時(shí)間。

2.4 系統(tǒng)特色

2.4.1 多系統(tǒng)融合

采用統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)將工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、4G無線通信、車輛定位、車輛對(duì)講等系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件融合。

2.4.2 基于智能調(diào)度系統(tǒng)

平臺(tái)所有語音、短信、指令、視頻等業(yè)務(wù)的聯(lián)動(dòng)均由智能調(diào)度系統(tǒng)處理。

2.4.3 精確定位

可以實(shí)現(xiàn)10?m左右的精確定位功能。

2.4.4 廣播對(duì)講

可以實(shí)現(xiàn)基于智能調(diào)度的車輛對(duì)講功能和廣播功能。

2.4.5 網(wǎng)絡(luò)融合

所有子系統(tǒng)均采用以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸。

2.4.6 業(yè)務(wù)融合

利用智能手機(jī)，用戶可以通過無線基站與調(diào)度臺(tái)連通，可實(shí)現(xiàn)語音、短信、視頻傳輸?shù)日{(diào)度功能。

2.4.7 功能擴(kuò)展

通過移動(dòng)終端App實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息簡報(bào)推送、設(shè)備運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、主要生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控、人員位置監(jiān)控等，提高調(diào)度效率，形成礦井大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

2.5 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

2.5.1 一鍵疏散

調(diào)度員可以通過調(diào)度臺(tái)向所有終端設(shè)備一鍵下發(fā)疏散通知，從而保證以最快的速度及最有效的方式通知到所有人員。

2.5.2 精確定位

系統(tǒng)同時(shí)具備車輛精確定位功能，為提高調(diào)度效率及緊急情況下有效引導(dǎo)人員疏散提供可靠保障。

2.5.3 統(tǒng)一調(diào)度

調(diào)度員可以通過調(diào)度臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有終端的調(diào)度功能。調(diào)度功能包括強(qiáng)插、強(qiáng)拆、監(jiān)聽等。

3 結(jié)論

4G無線通信系統(tǒng)在煤礦的專網(wǎng)應(yīng)用，目前處于試點(diǎn)建設(shè)階段，因其采用先進(jìn)的智能調(diào)度系統(tǒng)作為核心調(diào)度模塊，將先進(jìn)的4G無線通信系統(tǒng)與車輛定位、車輛對(duì)講系統(tǒng)相結(jié)合，配合千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)的使用，從根本上解決了無線系統(tǒng)上傳帶寬不足、語音質(zhì)量一般、終端設(shè)備單一、技術(shù)生命周期短等許多問題，是煤礦井下無線通信系統(tǒng)建設(shè)的一種選擇。

[1]周樺. 基于SIP協(xié)議的VoIP網(wǎng)絡(luò)電話的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 南京：東南大學(xué)，2005.

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[5]王小完，駱正山，李州. 基于GIS的物流配送系統(tǒng)車輛調(diào)度研究[J]. 統(tǒng)計(jì)與決策，2011（2）：54-56.

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Application of 4G Wireless Communication System in Coal Mine Special Network

Gao Xiaochuan Zhao Yayun

Yulin Huisen Coal Mine Construction and Operation Co., Ltd., Fengjia Tower Branch, Shaanxi Yulin 719400

In order to solve the problems of coal mine underground wireless communication system with single function and vehicle positioning and scheduling problems, an intelligent scheduling system is taken as the core, combined with the characteristics of 4G, positioning, ring network and other technologies, an multi-functional intelligent wireless dispatch communication system solution that adopts front-end hardware integration and back-end software high-bandwidth is proposed. Through system deployment, the wireless communication system’s transmission bandwidth and access diversity are greatly improved, and various functions such as voice, video, and positioning are integrated into one to realize integrated scheduling of various types of wireless terminals, thereby improving production efficiency and security. And reduce the waste of resources caused by repeated construction.

wireless communication; 4G; multi-system integration; vehicle positioning

TD65+5；TN929.53

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