井下通信及人員定位的自動(dòng)化技術(shù)研究

石 博

（中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院，山西 太原030006）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對煤礦需求量的加大，煤礦掘進(jìn)技術(shù)面臨著新的挑戰(zhàn)，為確保煤礦的安全生產(chǎn)，井下通信及人員定位的自動(dòng)化技術(shù)的研究越來越受到人們的關(guān)注。礦井自動(dòng)化技術(shù)受關(guān)注的原因有兩個(gè)方面：第一，自動(dòng)化技術(shù)是技術(shù)人員根據(jù)礦井的實(shí)際環(huán)境進(jìn)行的參數(shù)設(shè)置，可較為精確地采集井下所需的數(shù)據(jù)；第二，自動(dòng)化技術(shù)代替人工進(jìn)行數(shù)據(jù)開采，可實(shí)現(xiàn)礦井安全高效的生產(chǎn)。

1 礦井自動(dòng)化技術(shù)的基本原理

現(xiàn)階段，我國用于井下通信的技術(shù)主要有：井下小靈通技術(shù)、井下WIFI技術(shù)和透地通信技術(shù)等等。人員定位技術(shù)主要有：射頻定位技術(shù)、GPS定位技術(shù)和紅外線定位技術(shù)等。這些礦井自動(dòng)化技術(shù)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過建立地面監(jiān)控主站、礦用隔爆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和分站實(shí)現(xiàn)地面對礦井的自動(dòng)化控制。

1.1 井下通信技術(shù)的基本原理

井下通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)屬于局域網(wǎng)，局域網(wǎng)的服務(wù)器通過隔爆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與地面監(jiān)控主站相連，地面監(jiān)控主站配有投影儀和電視墻，可隨時(shí)監(jiān)控礦井的動(dòng)態(tài)，收集礦井內(nèi)部的實(shí)體狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)信息。

1.1.1 井下小靈通技術(shù)的工作原理

井下小靈通技術(shù)是由移動(dòng)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展而來，通過移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤定位和監(jiān)控，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)地面對礦井的直接控制。因?yàn)樾§`通技術(shù)成本低、易于攜帶的特點(diǎn)，工作人員主要將其用于礦井內(nèi)部的動(dòng)態(tài)監(jiān)視，收集礦井內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息，為工作人員安排生產(chǎn)提供參照。此外，礦井小靈通技術(shù)不受網(wǎng)絡(luò)覆蓋的影響，數(shù)字通話程度較高，能實(shí)現(xiàn)不間斷的通信，這是較之現(xiàn)代的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)有過之而無不及的優(yōu)勢。

1.1.2 井下WIFI技術(shù)的工作原理

煤礦資源開采是我國動(dòng)力燃料的主要來源，這就對礦井自動(dòng)化技術(shù)提出了更多、更高的要求。新時(shí)期的礦井自動(dòng)化技術(shù)不僅要實(shí)現(xiàn)礦井的自動(dòng)監(jiān)測，更要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)。井下WIFI技術(shù)是彌補(bǔ)小靈通技術(shù)的頻段被收回后的又一有效自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)。井下WIFI技術(shù)系統(tǒng)以WIFI無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和TCP/IP協(xié)議為聯(lián)絡(luò)手段，以地面監(jiān)控主站為實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)對礦井的全方位覆蓋，實(shí)現(xiàn)WIFI技術(shù)對礦井的監(jiān)控。

1.1.3 透地通信技術(shù)的工作原理

眾所周知，透地通信技術(shù)是以地磁波為媒介，通過無線電波穿透地層實(shí)現(xiàn)地面與礦井通信的技術(shù)手段。其設(shè)備構(gòu)成比較復(fù)雜，有地面輸入設(shè)備、大功率發(fā)射機(jī)、天線和傳呼機(jī)。由于該技術(shù)信息容量小和易受電磁干擾的特點(diǎn)，其在礦井中的應(yīng)用范圍較小，主要用于井下緊急情況的救助。

1.2 人員定位技術(shù)的基本原理

1.2.1 射頻定位技術(shù)的工作原理

射頻定位技術(shù)是通過收集井下工人的指紋實(shí)現(xiàn)對其定位的系統(tǒng)，通過建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行指紋數(shù)據(jù)的記錄與分析，完成一對一的對應(yīng)，對工人進(jìn)行監(jiān)督。該系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)值只是一種參考值，在實(shí)際估算工人具體位置時(shí)，受工人工作的動(dòng)態(tài)環(huán)境的影響，應(yīng)用范圍不大。

1.2.2 GPS 定位技術(shù)的工作原理

GPS定位技術(shù)依據(jù)GPS衛(wèi)星、地面監(jiān)控系統(tǒng)和GPS接收機(jī)三個(gè)部分組成一個(gè)完整的定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對井下工人的監(jiān)督。其工作原理為：地面監(jiān)控系統(tǒng)向GPS衛(wèi)星發(fā)射位置信息，GPS衛(wèi)星根據(jù)其接受的信息對地面監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位與追蹤，將追蹤的數(shù)據(jù)發(fā)射至地面接收機(jī)，然后通過接收機(jī)將位置信息傳送給地面監(jiān)控顯示屏，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行精確的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對井下工人位置信息的自動(dòng)化監(jiān)測。此技術(shù)用于成本較高，目前僅在大型煤礦使用。

1.2.3 紅外線定位技術(shù)的工作原理

紅外定位系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成，第一部分為工人佩戴能證明自己身份的標(biāo)簽，第二部分為在礦井內(nèi)部布置固定的位置接收器。工人在井下工作期間，通過位置接收器對身份標(biāo)簽進(jìn)行紅外線定位，位置接收器將記錄的身份數(shù)據(jù)信息反饋給地面監(jiān)控平臺(tái)，地面監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的估算。紅外線定位技術(shù)成本較高，且對礦井中的死角無法進(jìn)行精確的定位，因而使用范圍較小。

2 井下通信及人員定位的自動(dòng)化技術(shù)研究

2.1 常見通信自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用研究

常見的、用于井下通信的技術(shù)中，雖然井下小靈通技術(shù)在現(xiàn)階段因其成本低廉且不受網(wǎng)絡(luò)的限制，被廣泛應(yīng)用于井下通信系統(tǒng)，但由于其使用權(quán)限的限制，日后將逐漸退出歷史舞臺(tái)；透地通信技術(shù)依靠電磁波傳送信號實(shí)現(xiàn)地面與井下的通信，但在具體的使用過程中受環(huán)境的影響較大，易被外界的磁感信息干擾，其通信的質(zhì)量有待商榷，要解決這個(gè)問題，需要建立完善的計(jì)算機(jī)保護(hù)和屏蔽體系；井下WIFI技術(shù)是目前應(yīng)用較廣的技術(shù)，其自身對網(wǎng)絡(luò)要求較高，是建設(shè)現(xiàn)代化煤礦主攻的方面。

2.2 常見的人員定位自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用研究

常見的人員定位技術(shù)中，射頻定位技術(shù)只是對人員位置信息的估算，其定位的位置信息精確度較低，在日后的實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)槠涑杀镜土赡鼙淮蠓秶氖褂谩９P者認(rèn)為，該技術(shù)在大面積推廣前需要做足改進(jìn)工作，提高位置定位的精確度；GPS定位技術(shù)和紅外線定位技術(shù)是現(xiàn)代發(fā)展的高新技術(shù)，其使用范圍較廣，前者記錄的數(shù)據(jù)信息比后者精確。但二者成本都較高，因此，筆者認(rèn)為要普及這兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，需要增強(qiáng)國家的科研實(shí)力，科技和經(jīng)濟(jì)是一國綜合國力的標(biāo)志在井下人員定位自動(dòng)化系統(tǒng)的研究中體現(xiàn)尤為突出。

3 結(jié)束語

井下通信及人員定位自動(dòng)化技術(shù)是煤礦高效生產(chǎn)和工作人員人身安全的保障，在實(shí)際的應(yīng)用中，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)工程內(nèi)部具體情況，考慮各種應(yīng)用系統(tǒng)的的優(yōu)缺點(diǎn)，做出切實(shí)可行的應(yīng)用方案。本文在對通信及自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行工作原理分析的情況下，提出了改進(jìn)的方案，希望這些改進(jìn)方案能為我國的煤礦通信和人員定位技術(shù)提供發(fā)展的方向。

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［2］劉立國.礦井通訊及人員定位系統(tǒng)解決方案[J].雞西大學(xué)學(xué)報(bào),2011.

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