無線通信技術(shù)及其在煤礦井下監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫朋飛

（淮南礦業(yè)集團(tuán)張集礦北區(qū)調(diào)度二所 安徽 淮南 232000）

根據(jù)產(chǎn)煤量的不同，煤礦一般分為特大、大、中、小型礦井，產(chǎn)煤量越高，配套規(guī)模越大，生產(chǎn)系統(tǒng)越復(fù)雜，對通信的要求越高。井下無線通信系統(tǒng)作為生產(chǎn)管理人員、電機(jī)車司機(jī)、皮帶維護(hù)工和其它流動人員的主要通信手段，井下無線通信系統(tǒng)保證了這些人員能夠與生產(chǎn)調(diào)度室及時(shí)取得聯(lián)系。它具有安裝快捷，能在較短時(shí)間內(nèi)形成局部移動通信系統(tǒng)的特點(diǎn)。系統(tǒng)能與礦井行政、生產(chǎn)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，特別是當(dāng)井下發(fā)生緊急情況時(shí)，可為井下提供能及時(shí)與地面聯(lián)系的工具，對搶險(xiǎn)的組織非常有幫助。

1 各種無線通信技術(shù)在煤礦井下應(yīng)用情況對比

1.1 PHS(俗稱礦井小靈通)

PHS技術(shù)符合國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，有國家電信公網(wǎng)商用運(yùn)營的歷史，是目前全球四大移動通信標(biāo)準(zhǔn)之一(GSM/CDMA/3G/PHS)。PHS無線調(diào)度系統(tǒng)是最早應(yīng)用到井下的雙工保密無線語音通訊產(chǎn)品，系統(tǒng)采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，廣泛采用FPGA、DSP等先進(jìn)的硬件技術(shù)，軟件系統(tǒng)基于模塊化設(shè)計(jì)，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活配置，逐級分布式控制體系，系統(tǒng)容量和業(yè)務(wù)功能可根據(jù)用戶需求靈活配置。實(shí)現(xiàn)礦區(qū)移動通信網(wǎng)與公眾移動通信網(wǎng)的匯接聯(lián)網(wǎng).實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)移動用戶、固定用戶的統(tǒng)一調(diào)度和指揮，是目前井下無線通訊的主要應(yīng)用產(chǎn)品之一。

1.2 SCDMA(俗稱礦井大靈通)

該技術(shù)不符合國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，沒有在電信公網(wǎng)和企業(yè)專網(wǎng)中大規(guī)模應(yīng)用，屬于通信行業(yè)的邊緣技術(shù)，與其配套的手機(jī)、元器件等附屬產(chǎn)業(yè)鏈非常薄弱，相關(guān)的產(chǎn)品生產(chǎn)、技術(shù)研發(fā)與工程服務(wù)人才部較少。從技術(shù)角度，SCDMA在煤礦使用有如下局限：（1）為解決井下使用問題.避免昂貴的大蜂窩基站在井下多點(diǎn)安裝分布組網(wǎng)，SCDMA采用泄漏電纜通訊方式進(jìn)行礦井坑道覆蓋，但是，泄漏電纜對信號的衰減非常快；（2）由于整個(gè)礦井的無線通訊依賴一個(gè)或幾個(gè)定點(diǎn)放置的大功率基站，所以，手機(jī)定位也只能固定在這幾個(gè)基站位置上，礦工移動位置跟蹤無法實(shí)現(xiàn)。

1.3 礦井無線數(shù)字對講

該技術(shù)在傳統(tǒng)的企業(yè)專網(wǎng)無線通信市場中應(yīng)用非常廣泛，配套的產(chǎn)業(yè)鏈也很完備，由于它具有很強(qiáng)的產(chǎn)品成熟性、可靠性和用戶實(shí)用性，以及極好的價(jià)格優(yōu)勢，所以，該產(chǎn)品作為煤礦通信行業(yè)的非主流技術(shù)，在礦井通信領(lǐng)域長期存在。但由于采用手持機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)廣播通信方式，使得應(yīng)用范圍受到限制：（1）無法實(shí)現(xiàn)企業(yè)大規(guī)模移動通信組網(wǎng)和手機(jī)全雙工保密通信；（2）無法與企業(yè)原有用戶固話交換和電信公網(wǎng)互聯(lián)互通；（3）業(yè)務(wù)信道少、覆蓋范圍小、手持機(jī)功率大、不環(huán)保、通話安全性差等。

1.4 WIFI(礦井無線局域網(wǎng))

WIFI(WirelessFidelity)技術(shù)，歸屬于國際電信聯(lián)盟ITU，為短距無線寬帶數(shù)據(jù)傳輸，定位為非移動的無線寬帶數(shù)據(jù)通信，主要應(yīng)用于WLAN無線本地局域網(wǎng)市場，即無線網(wǎng)卡和無線網(wǎng)橋。

基于WIFI技術(shù)的礦井無線通信系統(tǒng)具用通信容量大、通信質(zhì)量高、可無線傳輸數(shù)據(jù)及圖像等獨(dú)特優(yōu)勢.具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）系統(tǒng)可服用井下以太網(wǎng)平臺，不需要鋪設(shè)獨(dú)立線路.節(jié)省投資。

（2）不僅能實(shí)現(xiàn)語音傳輸，還能滿足視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?/p>

（3）通過開放的協(xié)議.可方便接入任何WIFI協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)礦井各種系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線傳輸。

（4）系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)無線通訊類設(shè)備，不受信道的限制，可通過高帶寬支持大量用戶同時(shí)通訊。

（5）系統(tǒng)采用本質(zhì)安全供電和通信設(shè)備本質(zhì)安全的方式，在回風(fēng)區(qū)域和工作面實(shí)現(xiàn)了不受危險(xiǎn)狀況影響，全天候的無線通信。

（6）頻率工作在特高頻2.4GHz，抗干擾能力強(qiáng)，且為公共開放頻段，符合國家無線管理相關(guān)規(guī)定，不存在頻段使用限制問題。

2 基于WIFI無線局域網(wǎng)技術(shù)的井下監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)，一般來講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng) (即IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn))兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。近年來新開發(fā)的適應(yīng)于煤礦井下環(huán)境的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備，為工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦井下的應(yīng)用提供了必備條件，使煤礦監(jiān)控系統(tǒng)傳輸技術(shù)在高速率、高可靠性、高兼容性等方面的發(fā)展上了一個(gè)臺階。礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的建立為礦井實(shí)現(xiàn)基于WIFI技術(shù)的井下無線通信提供了網(wǎng)絡(luò)傳輸基礎(chǔ)。

2.2 WIFI井下無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

整個(gè)系統(tǒng)要以礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為整個(gè)系統(tǒng)的主干傳輸平臺，以WIFI無線網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP協(xié)議為基本架構(gòu)，形成有線主干與無線終端相結(jié)合的方式，覆蓋礦井部分或全部巷道及地面相關(guān)區(qū)域，最終實(shí)現(xiàn)煤礦寬帶無線通訊。

系統(tǒng)一般由位于地面的管理主機(jī)通過交換機(jī)為進(jìn)入到無線信號覆蓋區(qū)域的每一臺手持機(jī)分配一個(gè)獨(dú)立的IP地址，并自動為其在管理軟件中注冊，將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。注冊后的手持機(jī)即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通話。呼叫時(shí)對應(yīng)節(jié)點(diǎn)收到手持機(jī)發(fā)出的無線信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號通過礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)送到地面管理主機(jī)，經(jīng)軟件處理后又經(jīng)礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)送到被呼叫手持機(jī)所在區(qū)域的節(jié)點(diǎn)，呼叫目標(biāo)手持機(jī)接收信號后轉(zhuǎn)換成語音，即完成一次通話過程。所有經(jīng)軟件處理的通話數(shù)據(jù)都會存入數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)備份。

2.3 IPPBX調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

IPPBX調(diào)度通信系統(tǒng)由IPPBX服務(wù)器、PC調(diào)度臺、錄音服務(wù)器和IP電話終端組成，如圖1所示。

圖1

IPPBX服務(wù)器是IPPBX調(diào)度通信系統(tǒng)的核心，它既是VOIP系統(tǒng)的SIP服務(wù)器，又是調(diào)度系統(tǒng)的PBX，是基于軟交換(soft swich)技術(shù)設(shè)計(jì)的IPPBx的控制系統(tǒng)。軟交換是一個(gè)軟件的實(shí)體，用于提供呼叫控制功能。軟交換的基本定義為：“軟交換是一種支持開放標(biāo)準(zhǔn)的軟件，能夠基于開放的計(jì)算平臺完成分布式的通信控制功能，并且具有傳統(tǒng)的TDM電路交換機(jī)的業(yè)務(wù)功能”。軟交換解決了不同網(wǎng)絡(luò)、不同設(shè)備、不同技術(shù)間的互通問題。IPPBX服務(wù)器內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)E1接口板，可實(shí)現(xiàn)與PSTN程控電話網(wǎng)的互聯(lián)。

3 結(jié)束語

綜上所述，煤礦井下無線通信技術(shù)的應(yīng)用，既方便了礦區(qū)的安全管理又挖掘了通信技術(shù)潛在功能，特別是和其他機(jī)電系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)等的深度融合，還有很大的空間，也有很多的綜合功能有待開發(fā)。

［1］韓曉冰，田豐.數(shù)字化礦山中安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].煤礦安全，2009，40(2)：4－6.

［2］鐘章隊(duì)，蔣文怡.GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)[M].北京：人民郵電出版社，2001.