ZNET矿用无线通信及人员定位系统焦作铁路电缆.docx

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ZNET矿用无线通信及人员定位系统焦作铁路电缆

ZNET矿用无线通信及人员定位系统焦作铁路电缆

Z-NET矿用无线通信及人员定位系统一、行业背景和需求煤矿安全生产事关人民群众的生命和财产安全，各级政府一贯高度重视煤矿安全生产问题，并采取一系列措施不断加强安全生产工作。

目前由于事故发生时对井下人员的抢救缺乏精确可靠的位置信息，也缺乏语音通信手段，抢险救灾、安全救护的效率仍然不高，效果不理想。

经过多年的建设，目前国有大中型煤矿在技术装备水平上都有了较大的提高，建立起多套适合煤矿需求的信息系统。

但由于历史的原因和传统技术水平的限制，各系统在设计施工时"各自为政"，只能分别完成部分通信功能，通信线路需反复投资、多重建设，造成线路管理维护的工作量很大，而且各系统分立，总体的可靠性也不高。

更重要的是，由于各系统的信息不能互通，使信息资源无法得到有效利用。

随着光纤、无线、IP等各类通信技术的广泛普及，煤矿（和其它矿山）企业对通信服务内容和质量的要求日益增高。

煤矿行业用户不但希望得到优质的服务，同时更强烈要求一个安全、综合、方便维护、价格便宜、功能齐全的通信网络。

虽然各企业对具体技术系统的要求有所不同，但是归纳起来，有四项重要具体应用技术亟待解决：

1、定位：

井下人员高精度定位技术和设备；

2、实时数据：

全巷道--特别是掘进和开采工作面--瓦斯监测、实时数据传输和实时报警设备；

3、移动语音：

井下移动电话通信技术和设备；

4、图像：

井下无线/移动式摄像技术和设备。

二、Z-NET系统概述针对上述四大类问题，同时也是针对目前煤矿安全生产信息系统的现状及未来的发展需求，充分考虑到现有煤矿的生产环境条件，按照煤矿安全生产规程和其它有关国标和行业标准的规定，结合当代通信领域多种新技术，我们推出了新一代全新概念的矿用宽带通信平台系统--Z-NET矿用通信人员定位系统。

Z-NET是基于宽带通信的井下多功能综合通信系统，该系统集精确人员定位、手机移动通信、瓦斯等实时数据传输、无线视频监控为一体，是目前唯一一个全本安（系统和设备全为本质安全型）、宽带通信的井下综合系统。

三、Z-NET系统功能人员定位考情管理系统·实现井下坑道作业面工作人员的精确定位，及时准确的提供井下人员的数量、位置、分布情况和每个人员任意时刻所在的位置及各时间段的活动轨迹，为事故处理和救援工作提供可靠的数据依据，保证抢险救灾和安全救护工作的高效运作。

·提供直观的巷道图，可随时方便的观察井下人员的分布情况和系统设备的工作状态。

同时，以简便快速的数据处理和查询手段提高协助救援工作的效率。

·矿井移动目标实时监视和屏幕显示：

系统程序通过监控机屏幕显示巷道和通信分站示意图，显示通信分站周围移动目标的相关信息。

显示各通信分站在巷道内的分布情况以及各通信分站的状态；显示大巷内各人员编号及其当前所在位置；显示各作业面人员分布表；·实现各部门工作人员考勤功能，能够出具各部门及个人的各种综合、明细考勤报表，为管理层对生产部门及个人的工作考核提供依据。

·实现井下定点考勤功能，可以帮助监督特殊部门工作人员是否在规定时间到规定地点工作，以达到强化井下作业管理的目的。

·信息存储和历史数据回放：

系统具有数据存储和回放功能。

系统可存储1周人员分布情况。

调度员可随时回放这该时间段内任一时段的人员分布情况，以便为事故分析提供依据。

·突发情况报警功能，井下人员遇到突发情况（如火灾、瓦斯爆炸、冒顶、透水等）可通过KJ399-K矿用本安型标识卡（标识卡/识别卡）上的报警按钮进行报警。

·发出报警信息功能，井上人员一旦知道有险情发生，可立即通知井下所有人员（只要他们都带有标识卡），为逃生提供宝贵时间。

·异常数据自动报警功能，如限制区域和下井时间超长报警。

·人机对话：

用人机对话方式调用各种菜单，并按菜单和输入提示选择功能。

·自诊断：

检测网络上的通信分站工作是否正常。

·打印：

可根据要求打印历史记录。

无线通信系统·手机移动通话（井下与井下，井下与井上）·调度指挥·瓦斯等各类数据的传输·无线视频监控四、系统特点及优势表1Z-NET与其他无线技术对比Z-NET对讲机小灵通泄漏通短信RFID定位

容量极大小中等低大

功能多功能，单一系统即可实现井下精确人员定位、手机移动通信、瓦斯等实时数据传输、无线视频监控及其他后续业务单一功能单一功能单一功能单一功能

实时性实时实时实时实时实时

井上/下通不通通通通

互联网有接口无接口需开发需开发需开发

后续开发方便，开发成本低无繁琐繁琐无

性价比高一般一般低一般

目前，市场上已开发出了综合功能的其他系统，然而由于本身所采用的技术不同，Z-NET与其相比，具有以下竞争优势：

表2Z-NET与某综合通信系统对比某综合系统Z-NET系统

综合系统是是

网络覆盖率30%，要想提高覆盖率需要不断增加分站，成本高,线路复杂80%以上，可轻松实现井下大范围覆盖

分站（基站）体积大，重；隔爆型，断电后不能继续工作小而轻，便于移动（无线通信，可移动）；本安型，断电情况下可继续工作2小时以上，为救援提供宝贵的位置等信息。

标识卡（识别卡/标识卡）

（1）RFID定位技术，标识卡/标识卡经过标识卡传感器时，传感器感应到该人经过，之后去了哪里并不知道。

在经过下一个传感器时再次感应，只能知道井下人员在某一区域内，不知道具体的点，没有定位精度可言。

若要提高精度，需要十分密集地布置分站、识别卡传感器，系统不仅变得十分庞大而且成本大大增加，不可取

（2）无报警功能

（1）场强式定位技术，可精确定位。

系统自动对携卡人员/设备进行定位，知道网络覆盖区内人员所在的任意时刻所在点的具体位置，定位具有方向性。

分站布置间距500米（无线通信距离500米），定位精度±15米。

（2）有报警功能，发生险情时可发出报警信号，同时也可接收报警信号，为人员在第一时间逃生提供前提。

接口需开发有接口，采用标准化的接口，可连接瓦斯等各类传感器的数据

综上，Z-NET具有以下竞争优势：

1、单一系统就能够支持多种业务应用，特别是井下应用，包括：

井下精确人员定位、无线手机电话、实时数据传输、图像传输等，可以满足煤矿现在和未来一个时期的大部分通信需求，大大节省了设备购买成本以及维护成本，降低了系统全寿命周期费用，提高了企业的管理效率。

2、系统同时还提供了丰富的接口，使得各类信息设施可灵活方便地接入，可连接如地面固定电话、办公自动化网络、工业现场总线、现有模拟图像系统、人力资源数据库系统等，使煤矿原有的各类系统都可以方便地接入统一的传输平台，充分利用现有资源，保护用户投资。

3、Z-NET系统不仅能够满足煤矿（和其它矿山）企业多业务接入的需求，而且具有安全性，借助工业环网和新型路由功能，其网络结构具有相当的抗灾能力，确保足够的可靠性来进行容灾保护。

4、无线覆盖技术使煤矿井下采用移动通信设备，提供了高效与便捷的通信方式。

通过在矿井巷道内建设以提高生产安全为目标的通信基础设施，全面提高煤矿井上井下的安全生产通信技术水平。

Z-NET系统能够为全面实现在井上监控中心（调度室）即可对井下所有人员、设备、环境进行实时的状态监测、精确定位（精度可达±15米左右，在国际上也属于领先水平）提供宽带通信保障，将首次实现管理人员随时随地了解井下第一时间的各种信息，为紧急情况处理、应急预案制订和综合科学决策等打下基础。

这个新型的通信基础网络的铺设，将使管理人员即使是在外地出差，也可以通过国家公共电信网、国家煤矿通信广域专网和电脑手机等网络和设备查看煤矿的井下生产状况。

所有的安全生产数据，包括瓦斯读数、井下人员位置、温度、风速、图像和电话录音等各种信息，都可以被管理人员实时检查。

所有这些信息也可以通过国家建设的宽带光纤网络传送到国家安全生产监督总局的控制中心。

理论上甚至可以传到任意一级政府管理部门及相关领导的办公桌上，从技术角度讲，国务院总理拿起电话直接拨通某个井下瓦（斯）检（测）队长的无线手机，在Z-NET系统上可以方便地实现。

安全生产管理进入用事实说话，用数据说话的时代。

五、基本原理1、系统应用原理说明

首先在井下需要进行人员跟踪的区域和巷道中根据现场具体需要放置一定数量的KJ399-F矿用本安型分站（此分站为多功能通信分站，同属于KJ399矿用人员定位系统和KTW134矿用无线通信系统。

该分站具有通信基站和网络交换机的双重功能，使煤矿井下再使用交换机和中继器，同时线路的布设中也大量减少了光缆的使用）。

典型情况下每隔500米放一台分站，可保证网络覆盖范围内的人员精确定位和手机移动通话。

在条件好的巷道内，其无线通信距离大于1千米，此时可把两分站的距离拉大，而在条件十分恶劣的地区，可适当缩短分站之间的距离，使两分站的通信距离与通信状况调整到最佳状态。

然后为需要进行人员跟踪定位的下井人员佩带一个KJ399-K矿用本安型标识卡（标识卡/识别卡），当井下人员进入井下以后，只要在井下网络覆盖范围内，在任何时刻任意一点，分站都可以感应到信号，并上传到信息工作站，经过软件处理，得出各具体信息（如：

是谁，在哪个位置，具体时间），同时可把它动态显示（实时）在监控中心的大屏幕或电脑上，并作好备份。

井上人员可随时了解井下人员的状态。

一旦井下发生突发情况，井下人员可通过所携带的标识卡（标识卡/识别卡）发出警报。

井下人员只要按标识卡上的报警按钮即可发出报警。

在井上监控室的动态显示界面会立即弹出红色报警信号。

井下人员所携带的标识卡也可接收信息，一旦发生险情，井上调度室可向井下所有人员发出遇警信号，为井下人员第一时间逃离提供重要前提。

管理者可随时观看大屏幕或电脑上的井下人员及设备活动情况，并可查看任意区域、任何班组/个人的信息状况，并可进行报表打印，历史数据查询，为管理带来极大的方便。

接入手机移动通话和数据传输等时原理同人员定位，但只需要增加相应的设备（如矿用手机和瓦斯传感器），就可方便实现相应功能，所有这些设备及功能共用一个网络，为用户节约了大量的资金。

2、系统应用原理图（见右图）六、系统特色1、全本安，高可靠性

Z-NET系统及设备全为本安（本质安全型），矿井（尤其是容易发生事故的煤矿）即使发生事故（如爆炸），系统及设备本身也不至点燃爆炸性气体混合物，并且能在断电情况下继续工作2小时以上，提供宝贵的人员定位信息。

同时，Z-NET采取综合措施保证弯道信号覆盖，部分借鉴参考了欧洲安全软件的标准（EN61508-2002）并采用工业级的网络防护技术，解决外部的黑客入侵带来的安全性问题。

借助工业环网和新型路由功能，其网络结构具有相当的抗灾能力，确保足够的可靠性来进行容灾保护。

2、宽带综合通信（多业务综合）

单一系统就能够支持多种业务应用，特别是井下应用，包括：

井下精确人员定位、无线手机电话、实时数据传输、图像传输等。

同时系统具有很好的拓展性，可拓展很多应用系统，如考勤管理系统、实时瓦斯数据和报警系统、决策支持和应急预案管理系统、应急通信系统、远程监控系统等。

可以满足矿山企业现在和未来一个时期的大部分通信需求，大大节省了设备购买成本以及维护成本，降低了系统全寿命周期费用，提高了企业的管理效率。

3、精确人员定位

Z-NET采用场强式定位技术，实现井下精确的人员/设备定位，定位精度高达±15米，为目前国内外最高的定位精度。

目前市场上普遍采用的RFID定位技术只能实现区域性定位，没有定位精度可言（携卡人员只有靠近/经过传感器时才能被检测，远离后就失去联系，该定位技术只知道人员在某一路段内，无法知道具体时刻所对应的具体位置），而Z-NET的场强式定位技术可实现精确的人员定位，Z-NET自动对井下携卡人员/设备进行实时定位，可知道任意时刻人员所在具体点的位置，为煤矿工人的生命安全提供更多保障。

4、灵活兼容性

系统大量采用成熟的网络通信协议、软硬件和有线/无线传输技术，对使用条件要求较低，布设方便，便于调整和弹性配置，易于扩展。

Z-NET可与现有系统共存和联网运行，同时提供丰富的标准化接口，使得各类信息设施可灵活方便地接入。

可连接如地面固定电话、办公自动化网络、工业现场总线、现有模拟图像系统、人力资源数据库系统等。

使煤矿原有的各类系统都可以方便地接入统一的传输平台，充分利用现有资源，保护用户投资。

5、高效、便捷的通信方式

无线覆盖技术使矿井采用移动通信设备，提供了高效与便捷的通信方式。

通过在矿井巷道内建设以提高生产安全为目标的通信基础设施，全面提高矿山井上井下的安全生产通信技术水平。

Z-NET系统能够为全面实现在井上监控中心（调度室）即可对井下所有人员、设备、环境进行实时的状态监测、精确定位（精度可达±15米左右，在国际上也属于领先水平）提供宽带通信保障，将首次实现管理人员随时随地了解井下第一时间的各种信息，为紧急情况处理、应急预案制订和综合科学决策等打下基础。

6、简洁，便于维护

井下系统设备只有分站和相应终端，在每个方向是只引出一跟光缆，方便维护。

井下光缆少，并且不需要交换机和中继器等设备，节约了大量资金的同时也减少了安全隐患，保证了系统的高可靠性。

7、高性价比

Z-NET功能齐全（集精确人员定位、手机移动通信、瓦斯等实时数据传输、无线视频监控为一体），尤其是实现了精确的人员定位和连续的语音通信；Z-ENT还可根据用户需要拓展到其他应用层面，充分保护用户投资。

而井下系统设备只分站和相应终端，无交换机和中继器，光缆总用量也大大减少，为用户节约成本。

Z-NET不仅满足煤矿现在的通信需求，而且能满足未来较长时期内的通信需求。

8、联网

Z-NET可实现全国联网，资源共享，使国家相关领导能及时掌握各煤矿的生产状况，进行有效监控和指挥。

这个新型的通信基础网络的铺设，将使管理人员即使是在外地出差，也可以通过国家公共电信网、国家矿山通信广域专网和电脑手机等网络和设备查看矿山的井下生产状况。

所有的安全生产数据，包括瓦斯读数、井下人员位置、温度、风速、图像和电话录音等各种信息，都可以被管理人员实时检查。

所有这些信息也可以通过国家建设的宽带光纤网络传送到国家安全生产监督总局的控制中心。

理论上甚至可以传到任意一级政府管理部门及相关领导的办公桌上，从技术角度讲，国务院总理拿起电话直接拨通某个井下瓦（斯）检（测）队长的无线手机，在Z-NET系统上可以方便地实现。

安全生产管理进入用事实说话，用数据说话的时代。

七、系统设计原则1、系统安全性

这里面包括两层涵义，首先，整个系统中的所有新设计的电器设备均按照国标GB3836中关于本质安全（防爆型式Exi）的要求进行设计，充分考虑了矿山使用的安全性问题。

软件安全性方面，Z-NET系统部分借鉴参考了欧洲安全软件的标准（EN61508-2002）。

其次，系统采用工业级的网络防护技术，解决外部的黑客入侵带来的网络安全性问题。

2、灵活性

系统大量采用成熟的网络通信协议、软硬件和有线/无线传输技术，对使用条件要求较低，便于调整和弹性配置，易于扩展。

Z-NET系统的灵活性还表现在可以采用分级的网络和业务应用管理模式（业务与承载的分离）。

这相对于任何传统的系统都是一个巨大的变化。

网络和业务应用的分级管理意味着政府监管部门可以从远程直接监控网络本身，也可以直接监控或者介入矿山基础网络（包括井下基础网络）上的任何应用。

这为建立全国一盘棋的安全生产管理系统奠定了基础。

这一特点还为网络远程运行和维护打下了技术基础。

包括参加安全生产监督检测的过程，一套远程系统可以同时监管多个矿山网络。

这样一来，将有可能极大地减少事故，甚至杜绝某些因为人员疏忽造成的事故和损失。

3、业务安全性

Z-NET系统按照本质安全型设计，事故状态下系统不用闭锁而是继续工作，设备选用带UPS不间断电源的防爆电源设备，在断电情况下仍可工作2小时以上，从而极大地保证了整个通信系统平台上所有业务应用维持运行，为了解现场状态提供支持，更为应急救援提高了成功率。

4、技术先进性

Z-NET系统广泛地采用国际国内最新的无线宽带网络技术、无线语音通信和软交换技术、高速图象处理及数字传输、先进移动定位等技术，建设一个具有现代化综合通信能力的技术领先的矿山通信平台。

5、设备可靠性

Z-NET系统软硬件产品、设备均采用模块化设计和成熟技术产品，严格按照相关国际国内标准开发生产，保证可靠性。

6、投资经济性

Z-NET系统满足矿山现在和未来一个时期内的大部分通信需求，一套系统既可以取代目前大部分单一功能的系统或者与之形成备份系统，使矿山安全生产通信设施综合成本和全寿命周期费用大大降低。

也可以灵活配置，与现有系统共存和联网运行，从而极大地降低了运营维护成本。

八、系统设计依据AQ6210-2007煤矿井下作业人员管理系统通用技术条件

MT772-1998煤矿监控系统主要性能测试方法

GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备第1部分：

通用要求

GB3836.4-2000爆炸性气体环境用电气设备第4部分：

本质安全型"i"

GB9813-1988微型数字计算机通用技术条件

MT209-90煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求MT210-90煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法

MT/T286-1992煤矿通信、自动化产品型号编制方法和管理办法

MT/T899-2000煤矿用信息传输装置

MT/T1004-2006煤矿安全生产监控系统通用技术条件

MT/T1008-2006煤矿安全生产监控系统软件通用技术条件

AQ1048-2007煤矿井下作业人员管理系统使用与管理规范

GB9969.1工业产品使用说明书总则

GB191包装储运图表标志

AQ1043-2007矿用产品安全标志标识九、系统设计特点1、系统设备完全符合矿山安全规程及规范标准，能在恶劣环境下可靠工作，抗干扰能力强。

2、自动化：

系统能自动检测井下坑道网络覆盖区任意时刻人员的具体位置，并自动实现对人员的考勤作业，统计及检测管理等。

3、完备的数据统计与信息查询软件：

系统软件具备专用数据库管理系统，包括人员在网络覆盖区的信息采集和统计分析系统，考勤作业的统计与管理分析系统，显示并统计报表资料，为高层管理人员的查询与管理提供全方位的服务。

4、安全、稳定、可靠性高：

系统及系统所用设备布置综合考虑矿山井下的实际情况，采取综合措施保证弯道的信号覆盖，保证系统在恶劣的环境下能连续正常运转。

5、本系统能精确反映井下人员任意时刻所在的具体位置，并能精确反映井下人员出勤状况、数量信息，能作为考勤的参考依据。

6、系统自动对携卡人员及设备进行定位，不需要人的主动干预，不影响井下人员的正常工作。

7、系统具有自诊断能力：

检测网络上的通信分站工作是否正常。

8、强大的软件数据分析能力，能极大地减少无线数据接收器的设置数量，降低成本与日常维护量。

9、紧凑小巧的人员标识卡（识别卡），方便随身携带。

10、本安电源在断电情况先继续工作2小时以上，提供宝贵的人员救援信息。

11、超强的同时读卡能力（大于1万个），保证井下所有人员的位置信息能及时准确地反映给井上人员，并保证数据不丢失。

12、宽带通信：

系统采用宽带通信，具有高度的通信能力。

13、可拓展性：

系统具有高度可拓展性，可拓展到瓦斯等数据传输以及无线视频监控等，不需另铺线路，只增加相应的设备即可。

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