綜合一體化分站在礦井的設計和應用

摘 要：綜合一體化分站將公網有線、無線通信電話，井下調度電話、井下無線通信、井下IP廣播、高精度人員車輛定位系統等子系統進行融合，實現統一部署，統一管理，融合通信。

關鍵詞：3G無線通信系統；人員定位系統；WIFI無線通信；IP廣播

引言

近年來，隨著國家“兩化融合”戰略的推進，煤礦“智慧礦山”、“數字化礦山”建設蓬勃興起，國家對安全生產的高度重視，各煤礦生產單位對“六大安全避險系統”的建設也提升到了前所未有的高度，各種信息化技術在建設中得到了充分應用，其中井下通信聯絡系統、人員定位系統是“六大安全避險系統”的重要組成部分，與煤炭企業信息化程度息息相關，也是礦山通信聯絡的核心系統。

當前多種井下通信聯絡系統以及人員定位系統，通常都是單獨招標、獨立組網、獨立建設，系統與系統之間沒有關聯。由此造成施工工作量大、重復走線、工程周期長、重復施工、使用復雜，維護困難，故障定位困難，各種設備體積大，占據井下巷道空間較多，影響巷道整齊和美觀，人員維護量較大。

隨著礦山通信系統的日益普及，包括調度通信、無線通信、IP廣播、視頻通信、視頻會議、公網通信等諸多通信系統已相當普遍。如何有效整合不同通信系統資源，實現互聯互通，統一調度，統一管理，成為進一步加強通信聯絡效果的重要課題。

1 綜合一體化分站簡介

綜合一體化分站可以將公網有線、無線電話，井下調度電話、井下無線通信、井下IP廣播、高精度人員車輛定位系統等子系統進行融合，實現統一部署，統一管理，融合通信。

與融合通信系統相配套，推出井下“綜合分站”。該分站集成了有線電話系統、IP應急通信廣播系統、3G無線通信系統、高精度人員定位系統、WIFI熱點通信系統和以太網交換系統等六大系統功能，涵蓋了當前通信領域的所有熱門的成熟技術，真正實現了共站址、共電源、共傳輸、體積小、重量輕、電信級高可靠性的特點和優勢。為井下監測監控設備、安全避險和自救設備，提供與地面的可靠傳輸通道，為實現全礦井物聯網提供有效保障。

綜合分站具有功能強大、組網靈活、安裝簡便、接口豐富和可擴展性強等諸多優勢。它的開發和實現具有標志性意義，能夠為煤礦通信行業樹立標桿作用，并為統一煤礦行業通信標準起到積極地推動作用。

2 綜合一體化分站融合相關技術

2.1 TD-SCDMA 3G無線通信技術

TD-SCDMA無線通信技術綜合采用了聯合檢測、智能天線和上行同步等先進技術，系統內的多址和多徑干擾得到了極大緩解，從而有效地提高了頻譜利用率，進而提高了整個系統的容量。具有頻譜效率高，通信距離遠，靈活高效承載非對稱數據業務，特別適合煤礦井下巷道的覆蓋。

2.2 WIFI無線通信技術

WIFI技術采用IEEE 802.11標準，傳輸速率達到150Mbit/s或更高，具有傳輸帶寬寬、便于接入有限寬帶網絡、設備體積小、發射功率小等優點，可滿足監控數據、語音和圖像多種信息實時傳輸的要求。

2.3 ZigBee無線通信技術

ZigBee無線通信作為一種短距離無線通信技術，由于其網絡可以便捷地為用戶提供無線數據傳輸功能，因此在物聯網領域具有非常強的可應用性。ZigBee技術可應用于井下人員的定位。

2.4 IP廣播技術

IP廣播技術，是新型基于TCP/IP以太網絡的數字化的廣播技術。IP網絡廣播技術在物理上與IP網絡完全融合，可實現傳統廣播系統對應得各項功能，并借助TCP/IP網絡的優勢，對比普通模擬廣播技術在內容局限、空間局限和功能局限等方面均作出了相關突破。

3 綜合一體化分站設計和應用

整個系統分為井上部分和井下部分，兩個部分通過地面環網連接，組成一個完整的網絡。其中井上部分包括人員定位系統、3G無線通信系統和IP廣播系統的地面核心設備，以及綜合網管系統；井下部分則將原有的三套井下設備，融合為綜合分站。綜合分站具有原有三套系統井下設備的全部功能，同時帶來了可靠性提高、節約成本、安裝簡單、維護方便等多項好處。

系統組網結構如圖1所示。

4 主要功能

井下綜合分站需要將人員定位、無線通信及應急廣播、有線通信等幾個系統的井下設備集成到一起，因此，綜合分站需要具有以下功能：

（1）采用了TD-SCDMA無線通信系統，可同時提供井下清晰的3G手機語音通話，視頻通話、短信等功能，具有2.8M/S數據傳輸，PSR4數據、HSDPA、HSUPA業務，支持無線Internet連接等功能，無線傳輸距離可達到半徑500m。

支持有線、無線、IP廣播、IP電話語音統一調度，結合人員定位系統，完成人員的快速調度統一管理，能夠實現強插、強拆等基本礦井調度功能。

系統通過WEB方式，實現智能終端的辦公無線擴展功能將實時性較強辦公業務延伸到井下，并支持拍照、錄音、錄像資料實時上傳，用于現場情況的保存和及時匯報，以便調度中心作出迅速處理。手機終端軟件支持二次開發能力。

該系統支持與調度電話交換機、行政電話交換機、IP廣播系統的語音互聯，實現3G手機與行政電話、井下生產調度電話、廣播終端互聯互通、無縫銜接。

（2）采用高速150M/S的大功率工業型WIFI模塊，可提供定點可靠的無線高速數據傳輸，用于井下高清攝像頭接入，實現視頻監控功能，無線傳輸距離可達到半徑200m。

（3）采用ZigBee無線技術高精確人員定位系統，定位精度可高達4m。該系統利用信號飛行時間定位算法，定位精確。

（4）采取雙路IP音箱方案，以最大限度擴展廣播音頻覆蓋范圍。在傳統廣播系統的基礎上，綜合分站使用外部防爆電話替代傳統雙向對講功能。防爆電話可以更方便的進行呼叫，不僅僅對于廣播分站，也可對井下有線調度、無線通信乃至外線進行呼叫。同時，防爆電話可以進行級聯拉遠，是對井下調度電話的有效補充。

5 結束語

在礦山物聯化的發展趨勢下，井下無線通信、人員定位、廣播等多套系統實現網絡、網元的統一，功能實現相互融合的統一已成為業界共識。綜合一體分站，充分考慮了這一發展趨勢，能夠實現資源更加靈活的調度和共享，具備全融合、整合交付的特性，必定將成為礦井安全領域業界新亮點。

參考文獻

[1]隋景和.淺談3G無線通訊技術在煤礦的應用[J].大科技，2013（8）.

[2]陳德強，劉偉，錢建生.礦井無線通信技術及其發展趨勢[J].工控自動化，2007（5）.

作者簡介：嚴春（1963-），男，江蘇常州人，本科，高級工程師，主要研究方向煤礦井下傳感器、數據采集分站及安全監控系統的開發等。

陸屹（1984-），男，江蘇常州人，本科，助理工程師，主要研究方向煤礦井下無線通信系統、井下抗噪聲廣播系統等。