李燕玲

（山西潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)公司監(jiān)測(cè)監(jiān)控中心 ，山西 忻州 036000）

0 引言

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（WIFI技術(shù)）是目前應(yīng)用較為廣泛的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，基于WIFI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位，相較其他定位技術(shù)，具有定位范圍廣、精度高、傳輸快、成本低和設(shè)備利用率高等諸多特點(diǎn)。因此，在井下人員定位中，采用WIFI無(wú)線(xiàn)傳輸定位系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤定位，不僅由于其覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，可以減少井下安設(shè)的熱點(diǎn)數(shù)量，而且由于其精度高、傳輸快的優(yōu)勢(shì)，可以縮小定位誤差，精確、快速的傳遞井下人員位置信息，在井下人員定位系統(tǒng)中具有重要意義。

本文以潞安潞寧礦井建立井下人員定位系統(tǒng)為研究背景，根據(jù)井下基本環(huán)境情況及礦井日常管理需求，采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，通過(guò)對(duì)井下工作人員佩戴無(wú)線(xiàn)信號(hào)終端，實(shí)現(xiàn)井下人員的精確定位，以達(dá)到預(yù)警救援和安全監(jiān)測(cè)等功能。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在井下人員定位系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅可以在井下產(chǎn)生事故時(shí)，及時(shí)預(yù)警通知井下工作人員，在井下事故發(fā)生后，通知井上工作人員，迅速的制定解決方案，將損失降到最低，而且可以應(yīng)用于平常的生產(chǎn)管理中，能夠滿(mǎn)足煤礦諸多的實(shí)際需求。

1 井下無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

1.1 潞寧礦井下主干網(wǎng)絡(luò)部署

潞寧礦由于井田面積較大，巷道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，UTP5類(lèi)雙絞線(xiàn)無(wú)法完成遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸。因此，本次設(shè)計(jì)在潞寧礦設(shè)立系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)，在地面至井下及井下各巷道分布部署兩根12芯單模光纖組建的以太網(wǎng)。

兩根光纖穿過(guò)副井連接地面上下的網(wǎng)絡(luò)，在光纖兩端安裝光纖收發(fā)器以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的擴(kuò)大。巷道內(nèi)部同樣采用光纖材料設(shè)計(jì)主干網(wǎng)絡(luò)傳輸，通過(guò)巷道內(nèi)的POE交換機(jī)實(shí)現(xiàn)連接，最終使得副井與井下各巷道內(nèi)的主干網(wǎng)絡(luò)組成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證了該主干網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。主干網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 主干網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

本次設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)需要配備專(zhuān)用的供電系統(tǒng)一套，用以防止其他井下機(jī)電設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)干擾；網(wǎng)絡(luò)電源中心需使用UPS實(shí)現(xiàn)24h不間斷供電，可以保障在停電后網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍然可以運(yùn)作，避免斷電引起的數(shù)據(jù)丟失等影響。井下主干網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 井下主干網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

1.2 潞寧礦井下無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

井下巷道無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸與生活中使用的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似，無(wú)線(xiàn)電波傳輸時(shí)，受巷道斷面尺度、巷道表面粗糙程度、巷道布置情況等多種因素影響，傳輸效果也不盡相同。無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)在本系統(tǒng)中的作用是以文字和語(yǔ)音為載體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)，對(duì)井下定位數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋。

802.11 g系列的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)AP最大帶寬為54Mbps，可根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。井下工作人員佩戴的無(wú)線(xiàn)定位標(biāo)簽僅占用不到10K/s的流量，而井下使用的WIFI手機(jī)最大也只占用64kbps的數(shù)據(jù)流量，因此，井下進(jìn)行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，不需要過(guò)多的考慮AP的覆蓋密度。

本次設(shè)計(jì)確定每隔300m在井下巷道內(nèi)布置一個(gè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)，經(jīng)檢驗(yàn)，此時(shí)巷道內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋。要求AP信號(hào)的覆蓋區(qū)域之間要存在交叉布置，以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫漫游。在岔道、彎道等無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳遞薄弱的地方，應(yīng)安設(shè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)，保障井下無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不存在傳輸盲區(qū)。下圖3為井下直巷道、彎道等特殊巷道的AP部署情況示意圖。

根據(jù)潞寧礦井地質(zhì)條件，本次無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：?jiǎn)文P、雙模AP和POE交換機(jī)三部分。應(yīng)時(shí)刻保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有足夠的帶寬，可以滿(mǎn)足井下人員定位通信等功能。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)只允許進(jìn)行一次橋接，以避免橋接時(shí)導(dǎo)致信號(hào)的缺失。潞寧煤礦井下無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部署示意圖如圖4所示。

圖3 特殊巷道的AP部署情況示意圖

圖4 潞寧煤礦井下無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部署示意圖

1.3 潞寧礦井下無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置

井下配置無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)分配無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的終端IP地址。對(duì)于潞寧煤礦，應(yīng)使用C類(lèi)IP私有地址，該類(lèi)IP地址適用于企業(yè)內(nèi)部無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的使用，與外界網(wǎng)絡(luò)無(wú)需連接。其主要目的是避免后期接入公網(wǎng)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)地址的紊亂，而當(dāng)需要接入公網(wǎng)時(shí)，則需要對(duì)私有地址進(jìn)行翻譯，翻譯為合法可用的公用地址。

根據(jù)潞寧礦井下人員定位方案，利用虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分技術(shù)，采用基于端口VLAN的劃分策略對(duì)核心交換機(jī)進(jìn)行劃分，共劃分三個(gè)VLAN，主要用于通信、定位和處理及顯示監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。具體核心交換機(jī)劃分示意圖如圖5所示。

圖5 核心交換機(jī)劃分示意圖

同時(shí)，采用基于策略的SSID劃分對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的VLAN進(jìn)行劃分，AP廣播三個(gè)SSID分別對(duì)應(yīng)了三個(gè)不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過(guò)井上無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制器對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。該種劃分方法，具有的優(yōu)勢(shì)為：保障各業(yè)務(wù)之間數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中互不影響，使煤礦管理人員對(duì)該無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理更加便捷。

2 井下人員定位系統(tǒng)在潞寧礦的應(yīng)用

2.1 潞寧礦井下人員定位系統(tǒng)登錄與定位查詢(xún)

圖6 潞寧礦井下人員定位登錄系統(tǒng)圖

圖6 為潞寧礦井下人員定位登錄系統(tǒng)圖，其中，左圖為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)井下人員定位系統(tǒng)登錄界面圖，右圖為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)井下人員定位系統(tǒng)選擇界面圖。

井下人員定位系統(tǒng)的核心是人員定位模塊，本次設(shè)計(jì)通過(guò)連接Ekahau定位控制器，以達(dá)到獲取定位信息的目的。操作界面可以通過(guò)滑動(dòng)鼠標(biāo)對(duì)地圖進(jìn)行縮放，可以通過(guò)點(diǎn)擊井下定位對(duì)象，查看其具體的定位對(duì)象信息，同時(shí)，可以通過(guò)搜索關(guān)鍵詞，對(duì)定位的人及設(shè)備進(jìn)行搜索。

2.2 井下定位管理系統(tǒng)預(yù)警和安全教育

根據(jù)潞寧礦的安全生產(chǎn)條例，將井下人員作業(yè)可能發(fā)生的危險(xiǎn)事故由強(qiáng)到弱分為A、B和C三類(lèi)。若危險(xiǎn)等級(jí)為C類(lèi)時(shí)，系統(tǒng)以感嘆號(hào)用以提示；若危險(xiǎn)等級(jí)為B類(lèi)時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)彈出對(duì)話(huà)框提示；而當(dāng)井下出現(xiàn)A類(lèi)危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)將以發(fā)出警報(bào)和彈出對(duì)話(huà)框的形式進(jìn)行提示，同時(shí)，系統(tǒng)將在一定程度上，自發(fā)性的進(jìn)行應(yīng)急處理。

本次對(duì)潞寧礦井下人員定位進(jìn)行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì)，以該礦安全生產(chǎn)管理理念為原則，系統(tǒng)的對(duì)礦井職工進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容主要為向礦工介紹井下巷道布置結(jié)構(gòu)、井下工作應(yīng)該注意的主要事項(xiàng)和發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)自救手段。同時(shí)，明確的標(biāo)明礦井中存在的危險(xiǎn)區(qū)，系統(tǒng)完整的對(duì)礦井工作人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)。

3 結(jié) 論

本文以潞安潞寧礦井建立井下人員定位系統(tǒng)為研究背景，根據(jù)井下基本環(huán)境情況及礦井日常管理需求，采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，對(duì)井下人員定位系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要結(jié)論如下：

分別對(duì)潞寧礦井下主干網(wǎng)絡(luò)部署、井下無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和井下無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)井下人員定位系統(tǒng)應(yīng)用于潞寧礦，介紹了該系統(tǒng)的使用界面及預(yù)警指示。同時(shí)，提出了對(duì)礦井職工進(jìn)行安全教育培訓(xùn)的方法，用以提高煤礦的安全生產(chǎn)水平。