智慧煤矿融合通信系统技术方案.docx

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智慧煤矿融合通信系统技术方案

融合调度通信系统设计方案

××分公司

2022年2月

一.概况

一.1.项目概况

本着“实用、可靠、先进、经济、安全”的指导思想，在切实满足国家相关标准和山东省有关部门要求的基础上，建设一套有线调度系统、无线通信系统及应急广播系统。

无线通讯系统必须具有语音调度应急功能：

包括呼叫、紧急呼叫、强插、呼叫锁定、呼叫等待、强拆、录音、遇忙转移、监听、个人跟随、会议电话、组呼、群呼、拍照上传等功能，人员精确定位系统能够实现矿井入井人员的目标精确定位跟踪、报警求助、预警救援、考勤统计、区域禁入、历史数据记录查询、统计分析、以及唯一性检测等各项功能的井下作业人员管理系统，并且实现防冲区域超员报警功能，应急广播系统实现多系统融合及应急联动，建设一套集无线通讯、人员精确定位、智能矿灯系统及车辆调度系统相统一的一体化调度系统，并且能够实现与有线调度系统的互联互通。

一.2.系统建设内容

系统建设要求采用总体设计，建设无线、精确定位调度于一体的智能化调度系统，：

●在大巷选用综合性基站，基站包含无线Wi-Fi模块、UWB精确定位模块及千兆环网模块，实现大巷Wi-Fi+UWB信号覆盖。

●建立一套车辆调度系统，实现车辆的运输的定位测速、语音通话调度、视频调度、倒车影像、行车记录、雷达测距、黑匣子记录事故再现等功能。

●建立一套智能矿灯系统，实现矿灯的视频、对讲、调度等功能。

●建立一套智能融合调度平台，实现井下精确定位系统的统一调度、统一管理。

二.煤矿智能调度系统设计说明

二.1.系统技术说明

二.1.1.精确定位系统

煤矿人员定位系统技术主要有射频信号技术、Zigbee信号技术、基于飞行时间的技术、UWB技术。

早期的射频信号只能实现区域定位，易受干扰；Zigbee信号基于场强，具有线性特点，覆盖距离100-200m，精度低；基于飞行时间的技术，可实现定位精度10米，无法满足精确定位的需求。

UWB作为低功耗广域网的一种长距离定位通信技术，近些年受到越来越多的关注。

UWB的优势在于技术方面的长距离能力。

UWB技术在高性能、远距离、低功耗，支持大规模组网，测距和定位精确精度高（定位精确精度20-30cm）等方面突出的特点，这使得该方案（终端+网关）成为物联网大规模推广应用的一种理想的技术选择。

UWB是低功耗广域网通信技术中的一种，是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。

许多传统的无线系统使用频移键控（FSK）调制作为物理层，因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。

UWB是基于线性调频扩频调制，它保持了像FSK调制相同的低功耗特性，但明显地增加了通信距离。

UWB技术本身拥有超高的接收灵敏度（RSSI）和超强信噪比（SNR）。

此外使用跳频技术，通过伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，防止定频干扰。

特点

优势

灵敏度-148dBm，通讯距离>15km

远距离

最小的基础设施

使用网关/集中器扩展系统容

易于建设和部署

电池寿命>5年

接收电流10mA，休眠电流<200nA

延长电池寿命

免牌照的频段

任意使用

精确定位

精度20-30cm

通过对比：

UWB技术与传统的窄带系统相比，具有速率高、穿透力强、功耗低、抗干扰效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。

综合考虑，本次选用基于UWB技术，实现对车辆的精确定位。

二.1.1.1.系统工作原理

1）本系统采用基于UWB双边测距算法的精确定位技术，实现井下人员的跟踪定位，精度达20cm~30cm。

2）本系统遵循“统一发放信息矿灯、统一装备、统一管理”的原则，按准许上岗人员和班组实行“一人一矿灯”制，该定位矿灯可视为“上岗凭证”或“巷道准入证”。

3）下井人员配置信息矿灯，经过入口唯一性检测时，矿用本安型定位基站接收到信息矿灯的信息，会把该信息矿灯对应人员的相关信息在入口屏幕上显示，如人员编号，姓名，队别；

4）井下定位基站订工，然后根据该定位矿灯所经过的位置监测分站，可以确定该人员的当前位置和行动轨迹；

5）煤矿生产单位在所有巷道中均安装一定数量的位置监测分站、具体位置根据现场情况而定，以满足覆盖区域为准。

6）将定位矿灯所对应员工的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片等登录在系统数据库中。

7）管理部门对该定位矿灯进行授权后即生效。

授权范围包括：

该员工可以有资格进入作业面，定位矿灯的时效、失效、挂失等，以防止无关人员和非法人员进入；

8）进入巷道的人员必须配置信息矿灯。

当此人经过巷道的识别监测点时，立即被系统识别，并通过系统网络的信息交换，将此人通过的路段、时间等信息传输至井上安全监控中心处理，并可同时在地理信息大屏幕墙上出现提示信息，显示通过人员的信息。

如果感应的定位矿灯无效或进入限制通道，系统将自动报警，安全监控中心值班人员接到报警信号，立即执行相关安全工作管理程序。

9）一旦发生安全事故，井下人员可以利用随身携带的信息矿灯向地面人员呼救，安全监控中心在第一时间可以知道被困人员的基本位置情况，救险队在有效的范围内方便探测遇险人员的位置，便于救护工作的安全和高效运作。

二.1.1.2.系统设计优点

1）高可靠性：

运用先进的UWB/TDOA双边测距算法的精确定位技术，稳定的产品质量，使漏读率低于十万分之一。

2）实现煤矿井下作业人员进出的有效识别和监测监控，使管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”，实现数字矿山的目标。

3）为煤矿管理人员提供人员进出限制、考勤作业、监测监控等多方面的管理信息，一旦发生安全事故，井下人员可以利用随身携带的定位矿灯向地面人员呼救，地面管理人员也可通过该系统在事故有效范围内可立刻探测该作业面工作人员信息及其数量，以利抢险救灾和安全救护工作的高效运作。

二.1.2.智能矿灯

智能矿灯系统实现了下井人员的井下照明、调度语音指挥、调度拍照、调度录像，井下人员紧急报警呼叫调度、拍照上传调度等功能，是一个集照明与应急报警指挥为一体的调度通信系统。

智慧矿灯成为一个智能设备，成为一个安全生产必备的照明、调度通信、有害气体监测、视频协助等的综合性智能工具。

智能矿灯搭配智能调度系统，实现了人员快速调度、违规取证、远程协助、调度警报撤人、调度预案快速下达等调度和报警功能，并且实现了智慧矿灯与广播系统、电话（有线、无线）系统融合，实现互联互通，消除了通信手段的孤岛，使调度更加灵活，同时，也实现了与其他系统的联动报警，大大加快了应急处置速度。

本安型智慧矿灯由灯头、线缆和电池盒构成。

灯头与传统灯头的结构和功能保持一致，照射角度120°大于传统矿灯的80°，电池盒主要由本安锰酸锂电池；信息化部件安装在灯头盒中，灯头盒主要由WIFI通信模块、按键、MIC、喇叭、带闪光灯的照相机等部件构成。

WiFi信号利用融合分站中提供的WiFi信号，实现井下WiFi网络覆盖。

二.1.2.1.主要功能

●组内对讲：

按下对讲键，听到”滴”音就可开始组内对讲；对讲机模式。

●调度对讲：

按下调度按钮，发起sip呼叫调度。

接通后，仍然是用组内对讲键进行对讲。

再次按调度按钮，挂断。

半双工对讲。

●广播：

接收调度语音数据进行播放，可以设定播放次数。

●监听：

调度通过指令打开MIC进行监听。

监听采用录制录音文件并上传的方式。

●删除文件指令：

接收调度删除文件指令删除录音、录像、照片文件。

调度端采用人工或自动模式下发该指令。

●拍照并上传：

短按拍照键，听到“咔”音，拍照完毕并存储。

在有WiFi信号的环境中，自动上传，无WiFi信号时，暂存。

由调度指令删除。

●录像

⑴手动录像

长按拍照键，听到“开始录像”的语音后，正式开始录像，再次按下拍照键，听到“录像结束”后，结束录像，每次录像最长时间不超过10分钟，录完在有WiFi信号的环境中，自动上传，无WiFi信号时，暂存。

由调度指令删除。

⑵调度控制录像

收到调度指令后，发出“指令录像开始”语音提示开始录像。

收到调度停止录像指令，报“录像结束”语音，每次录像最长时间不超过10分钟，录像过程中，指示灯闪烁。

录完在有WiFi信号的环境中，自动上传，无WiFi信号时，暂存。

由调度指令删除。

●SIP视频：

调度发起视频呼叫，SIP实时视频。

该功能可作为远程协助，可远程协助8小时以上时间。

●监视：

也就是调度指令录像，每次30秒时间自动结束。

●蓝牙连接：

自动响应在蓝牙设备配置表中蓝牙设备；连接蓝牙时播报“正在连接手环”或“正在连接传感器”，“连接手环失败”或“连接传感器失败”、“手环连接成功”或“传感器连接成功”。

●多点蓝牙通讯（拓展功能）：

分别与传感器、手环进行蓝牙通讯，采集这两个设备的数据。

●报警（拓展功能）：

当接收到传感器的报警信息时，一方面驱动报警灯闪光，一方面喇叭循环播放”瓦斯超限”或“一氧化碳超限”。

●wifi传输（拓展功能）：

把传感器信息和手环信息上传到配置表中指定的数据服务器。

●无线漫游：

无线漫游是指不同分站下的手机可以相互通话。

二.1.2.2.矿灯使用效果

图1工作面拍照效果

图2矿工朋友拍照效果

图3变电所拍照效果

图4井下作业工人拍照效果

二.1.3.WiFi无线

Ø工作频段：

支持2.4-2.483GHz频段；

Ø无线端传输协议：

802.11b/g/n；

Ø支持最大速度：

150 Mbps；

Ø调制方式：

OFDM、DSSS；

Ø基站与终端之间的通讯距离不小于250米；

无线接收场强：

≤-80dBm/m。

二.1.4.车辆调度系统

矿用车辆调度系统通过将无线基站部署到井下，无线基站通过光缆传输到机房交换机，通过网络接入到地面矿用车辆调度系统。

进入巷道的车辆配备矿用车辆精确定位装备。

当此车辆经过有定位信号覆盖的巷道时，立即被系统识别，并通过系统网络的信息交换，将此车辆通过的路段、时间等信息传输至井上安全监控中心处理，显示通过机车的信息。

每台车辆配备矿用车联网调度装备，实现定位测速、语音通话调度、视频调度、倒车影像、行车记录、雷达测距、黑匣子记录事故再现等功能。

利用无线基站WiFi无线网络，实现车辆音频调度、语音通话；提供的UWB定位信号，实现对车辆定位，超速告警；提供机车视频，实现实时显示、远程监控；井下路口部署红绿灯路口管理系统，实现井下路口管控功能等。

系统说明：

车辆调度系统由调度服务器、定位服务器、调度台、井下无线基站、井下读卡分站、矿用无线发射器、车辆调度装置、井下红绿灯等组成；车辆精确定位软件能提供井下胶轮车实时定位测速、运行轨迹查询功能管理等功能，能完全满足矿上对胶轮车管理的需要；显示系统的主要功能是为了详细、真实、一目了然的知道井下车辆分布的情况，显示车辆的运行情况。

二.1.4.1.井下红绿灯

路口红路灯系统包括矿用本安型红绿灯，语音报警装置及配套电源。

该系统建成后可实现对通过路口车辆进行管控的功能。

两个避让区间两端配备2台红绿灯，形成1个闭锁区间，当其中一辆车驶入设定的检测线后，闭锁区间的2个红绿灯亮起红灯，对方车辆需要进避让硐室为同向车辆避让。

在井下车流量密集的避让硐室、三叉路口及复杂路口安装红绿灯，正常情况下按照红绿灯逻辑进行显示，如生产过程中需要，运输队调度室可通过远程操控红绿灯状态，便于生产管理需要。

同时为分站配置后2小时备电源。

在弯道的两端安装LED，车辆进入弯道区域，对端的LED会提醒过往车辆或行人进行避让，井下行车、行人量较大的弯道，由于视线不好，车辆通过时，容易发生车辆与车辆、车辆与行人的碰撞，造成安全隐患。

需要在车辆通过弯道时，给弯道对端以语音提醒，以示避让。

二.1.4.2.终端部署说明

ZCD30矿用车联网调度装置包含本安型摄像仪、本安型显示屏、本安型倒车雷达、本安型信息采集终端等

KBA12（E）矿