聯通WCDMA技術在煤礦行業中的應用

引言：利用聯通公司Femto AG平臺，為山東能源新汶礦業集團實現礦井WCDMA通信系統、人員設備定位系統、應急指揮調度系統、數據監測系統、視頻監控系統、能源管理系統、生產自動化系統、移動辦公系統等建設，實現了井上井下WCDMA網絡無縫覆蓋、通信和指揮調度一體化；實現了井下監測、監控數據和圖像實時回傳至手機終端，做到了礦山信息的“統一監控、統一管理”。

一、背景情況

煤礦安全是國家重點監管領域，是我國長期致力于解決，但又難解決的一大難題。山東聯通與山東能源新汶礦業集團（以下簡稱新礦集團）通力合作進行“智慧礦山”建設，基于WCDMA 3G移動通信技術、物聯網技術、光纖網絡等技術，通過長期研發，形成煤礦安全生產與管理新一代解決方案。

新礦集團列2011中國煤炭工業100強第15位、2010中國企業500強第172位、技術創新能力位列全國煤炭行業第9位。目前，新礦集團發展地域已擴展到省內8個地市、省外8個省區，擁有14個大型礦。2012年8月，調通華豐煤礦（新礦集團確定的試點煤礦）至省femto平臺的兩條100M電路后，經多方測試達到預期的使用條件。

二、技術方案

（一）需求概述

國家對煤礦生產安全具有明確的要求，其中井下通信與人員定位是六大系統中強制性要求，在正常煤礦生產與突發事件發生時發揮重大作用。但長期以來，受技術與管理的限制，沒有找到一種從根本上解決問題的好方法。因此，成為煤礦生產安全管理中的一大課題，國內不少廠家、科研單位，包括運營商中聯通的競爭對手也聯合相關單位進行了一些嘗試，比如在山東棗礦集團、濟寧煤礦等，但效果不佳。其根本原因是采用的技術制式、煤礦井下應用的關鍵問題等，沒有找到根本的、最為適用的解決方案，不適合煤礦井下的使用環境，從而不能很好地、精準地解決礦井安全的關鍵問題。

（二）實現方式

智慧礦山項目最為主要的井下應用：

1、在井下，井下通信使用專網 WCDMA 3G制式通信技術，實現語音通信與數據通信。

2、使用物聯網技術，通過井下定位系統，即用專用智能終端與地標器的互動實現人員精確定位。

3、在井上，進入聯通公網。

（三）網絡架構

1. 3G通信系統

井上井下聯合組網，集中管控，自成體系。新礦專網與聯通公網通過Femto平臺進行互聯，滿足上級煤礦生產安全要求與新礦集團客戶實際需求。

2. 定位系統

井下人員定位系統是利用3G與Super-RFID無線射頻技術，將原有定位設備經過安全技術處理移植于煤礦井下使用，實現人、車、物定位跟蹤、井下調度、廣播通信、環境和圖像數據采集等專用功能業務，同時提供3G通訊接口，可并與井下其他管理系統實現對接，如煤礦安全監控系統、視頻監控、通風系統、緊急避險等。

（四）功能架構

1.實現井下3G通信

通信網絡部分與華為合作，采用其成熟的核心網系統，井下布放3G專網基站，在主干線路通過光纖進行傳輸，枝干部分可直接采用電話線或工業以太網線進行傳輸，通過此通信平臺，井上管理部門可以根據需要直接撥打下井人員攜帶的定制終端（符合煤安標準、符合3防標準的井下專用3G手機），實現語音通話。手機可直接撥打給對應的管理部門進行語音通話，通過權限的設置井下工作的領導可以根據需要，對在井下進行作業的礦工進行語音通話。同時主系統具備煤礦井下調度所需要的強插、強拆、群呼、組呼等調度功能，與現有的有線調度通訊系統直連，組成完整的煤礦調度通訊系統。

2.實現井下人員定位

根據企業實際需要在井下區域和巷道中根據現場具體情況（比如井下主要巷道、交叉道口、必經之路等重要位置）放置一定數量的地標器和區域定位器。手機內的定位模塊在任何時刻被任意地標器或區域定位器觸發后，基站都可以接收到定位信號，并上傳到信息工作站，以便井上人員可隨時了解井下人員的狀態。

管理者在井上可以根據大屏幕上或電腦，同時在井下也可以通過觀看智能定位手機上的分布示意圖查看某一區域人員情況。一旦井下發生事故，可根據電腦或手機中的人員定位分布信息馬上查出事故地點的人員情況，以便幫助營救人員以準確快速的方式營救出被困人員。

一旦井下發生突發情況，井下人員可通過所攜帶的定位手機發出警報或進行緊急通話。井下人員進入限制區域時經手機自身判斷后進行報警，井上監控室的動態顯示界面會立即彈出紅色報警信號。在發生井下通信鏈路中斷的情況下，通過定位手機實現脫機定位功能，并計算出最佳的逃生線路顯示在手機地圖上，幫助被困人員逃生。

3.實現“3G移動綜合信息平臺”應用

“3G移動綜合信息平臺”是利用3G（WCDMA）無線通信技術、物聯網技術、智能手機等技術，研發的礦山綜合信息化系統。

實現人員定位、環境監測、生產監控、能源管理、視頻監控、移動OA、信息發布等的“統一管理、統一監控”，通過智能終端手機在線訪問。

管理人員可隨時隨地對煤礦產、運、銷等各環節進行實時監測，滿足礦方對生產過程監控、指揮調度、環境、能源消耗數據采集和測量、遠程診斷等方面的信息化要求。

（作者單位：1.中國海洋大學；2.中國聯合網絡通信有限公司青島市分公司）