礦井通訊及人員定位系統解決方案

劉立國

礦井通訊及人員定位系統解決方案

劉立國

按照煤礦“六大系統”改造的有關部署，在數字化礦山建設中，對井下通信系統提出了更高要求，各系統功能的實施，都要通過井下敷設光纜，形成環網，為通信、監測監控等提供物理鏈路，在此基礎上實現各類信息的傳輸。試討論礦井語音通信及人員定位系統的解決方案，為煤礦安全生產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功能及要求

1.井下以太網。

采用先進的光纖環網技術、shdsl高速高帶寬分支網絡技術、wifi無線組網技術，組成一個井下高速、高可靠性、光纖、電纜、無線網絡相結合的綜合性井下以太網絡，提高煤礦井下數據傳輸、采集的可靠性、實時性。

2.人員定位跟蹤系統功能。

符合煤炭行業關于人員定位行業標準的技術要求，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，并自動產生相關的報表;能對人員進行實時跟蹤，實時監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;能對危險區域的人員進行準確的定位，定位精度應不高于5米圓周誤差，以實現災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無線通訊，使得定位和通訊功能結合，這樣將可以少投資建設一套無線通訊系統。

3.無線通訊系統功能。

建立一套煤礦無線通訊系統，采用專為煤礦研制的個人手持電話系統設備，作為礦井調度電話機的延伸，主要為井下的工作人員、檢修人員、調度人員、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等的應急需要。

系統由移動通訊設備、地面和井下基站、控制中心等組成。

系統能實現井下移動通訊設備之間、與固定調度電話之間、與地面手機的雙向通訊。應具備遺漏呼叫功能，在被叫處于關機、無信號地區造成呼叫失敗的情況下，應能在通訊恢復后以短信等方式及時提醒該用戶。

系統自身應擁有交換功能，設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，能采用數字中繼與礦調度交換機連接。

二 井下語音通信、視頻、定位系統特點

針對礦區信息化建設需求，根據多技術對比論證結果，以及現場實地勘察，基于統一標準的工業以太網結構的通訊系統規劃方案。本系統以光纖有線網絡為骨干，分支高速電纜通信網絡以及無線網絡為延伸，在井下設立若干基站，通過無線通信手段，實現生產調度管理及信息交流等功能。并為實現位置監測與管理、數字化視頻監控以及各種井下傳感器數據的統一采集與綜合處理，提供一個共用的平臺，為實現語音、視頻、數據的三網合一，為生產調度、應急救援、安全監控與督察提供了良好的應用基礎。

光纖環網技術:環網采用FDDI簡化協議，各個接口均兼容IEEE802.3標準;支持廣播風暴抑制，自動對數據包進行過濾和MAC地址記憶;MAC地址存儲RAM環路光口64Kbit、其余接口16Kbit;PHY接口數據緩沖RAM32Kbit，公共數據緩沖RAM512Kbit;環路、支路光接口協議均兼容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個光纖環路同時傳輸，每站最高帶寬1000Mbit/s;支持光纖環路的檢測和自愈合，故障倒換時間不大于50ms;光口可組建鏈形、環形、T形、復合形等各種光纖網絡;網絡鏈路中最多容納站點數為128，要求每站地址唯一;完善網管設計帶內全局網管支持，標準9.6K串口連接;支持自動數據鏈路測試，實現模塊死機等故障自動復位恢復;

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

Wifi無線技術:wifi技術又稱無線以太網技術，WIFI是由AP(Access Point)組成的無線網絡。AP一般稱為網絡橋接器或接入點，它是當作傳統的有線局域網絡與無線局域網絡之間的橋梁，因此任何一臺裝有無線網卡的終端設備(包括:手機、PC)均可透過AP去分享有線局域網絡甚至廣域網絡的資源，其工作原理相當于一個內置無線發射器的HUB或者是路由，而無線網卡則是負責接收由AP所發射信號的CLIENT端設備。

三 系統方案

1.語音系統組網方案。

(1)可以直接在ip語音媒體網關下通過模擬口接模擬電話;

(2)可以直接在ip語音媒體網關下通過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服務器設備后，分機不再只是以前簡單的通話功能，將擁有豐富的補充業務及增值業務;

(6)通過配置管理服務器對整個語音網絡進行配置，統一平臺，統一維護，統一管理。

2.人員定位部分組網方案。

人員定位部分系統軟件采用了C/S(客戶/服務)的架構。

服務端主要負責數據的采集存儲與分析，硬件指令的收發，系統信息的監視、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，接受用戶指令下發至井下人員定位系統中的分支網絡，主要由ZigBee無線自組網絡和CAN總線有線網絡、以太網組成。網絡可以覆蓋整個巷道，前端構建ZigBee網絡進行數據的采集和傳輸，后端通過由KJ405T－JH礦用網絡服務器及KJ405T－F礦用網絡終端組成的井下以太網，最后經過光纖環網上傳地面。

為保證ZigBee網絡的穩定和可靠性，在長型的巷道中將由數個ZigBee網絡所覆蓋，每個ZigBee網絡覆蓋一定的范圍。各個ZigBee網絡之間可由兩種方法進行區分:網絡ID和頻段(Channel)。

3.方案實施。

Wifi無線語音通信、定位系統采用區域覆蓋，井下采用礦用網絡服務器、礦用網絡終端(井下無線基站)、人員定位分站，井上采用室外及室內無線基站的聯合組網方式。即保證覆蓋，有滿足了話務量不同密度分布的要求。

該系統由中心站sip語音服務器、ip語音媒體網關、井上無線基站、井下礦用網絡服務器、井下礦用網絡終端(井下無線基站)、礦用手機以及人員定位部分組成。系統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絡通信協議，可兼容任何符合此協議的無線設備，系統工作頻段2.4GHz。

為便于調度系統組網及系統維護，系統中心站sip語音服務器、人員定位中心站服務器安裝在礦井聯合建筑生產綜合調度室。

系統中心站sip語音服務器通過ip語音媒體網關與數字程控調度電話交換機組網，實現wifi語音通信系統與煤礦原有電話網絡共同組網。(即井下wifi礦用手機與井下井上生產調度、管理固定電話及移動電話實現語音通信)

中心站通過光纜與井下網絡服務器通信，井下網絡服務器與井下網絡終端(井下無線基站)通過礦用通信電纜通信，組成具有標準網絡協議的井下分支以太網絡，便于井下其他網絡設備集成。井下網絡最低帶寬不小于2.3M，便于擴展井下視頻及其他數據業務。

井下wifi礦用手機在井下網絡服務器(注:服務器具備無線覆蓋的功能)及井下網絡終端(井下無線基站)覆蓋范圍內，用戶可以在移動過程中持續通話。設計應遵循原則，在井下各重點區域，人員集中區域設置井下無線基站，由生產單位向相關工作人員發放礦用手機，由系統管理人員對相關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，管理人員將相關人員的信息與手機號碼綁定在一起，存儲于服務器數據庫中。攜帶手機人員可在無線基站覆蓋的區域內進行語音通信及其它業務。

人員定位子作為wifi井下語音、定位系統中的一個子系統，可以通過TCP/IP或TCP/IP與can總線相結合的方式將人員定位分站配接到井下網絡服務器及井下網絡終端(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器，調度人員通過服務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，及井下個區域人數及井下全體工作人員人數。系統遵循“統一發卡、統一裝備、統一管理”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分站。煤礦生產單位向有關人員頒發并裝備識別卡卡，發卡時將識別卡對應員工的基本信息，包括姓名、年齡、性別、所屬班組、所屬工種、職務、本人照片等登錄在系統數據庫中。安全生產部門對該識別卡進行授權后即生效。授權范圍包括:該員工可以有資格進入作業面的坑道，識別卡的時效、失效、掛失等，以實時監控未授權人員進入坑道;進入坑道的人員必須佩戴裝識別卡的安全帽。當此人經過坑道的識別系統監測點時，立即被系統識別，并通過系統網絡的信息交換，將此人通過的路段、時間等信息傳輸至井上安全監控中心記錄，并可同時在地理信息大屏幕墻上出現提示信息，顯示通過人員的姓名?？拥酪坏┌l生安全事故，安全監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，雞西礦業集團通信公司，黑龍江·雞西。郵政編碼:158100

1672－6758(2011)05－0058－2

(責任編輯:蔡雪嵐)