综合一体化分站在矿井的设计和应用
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摘 要：综合一体化分站将公网有线、无线通信电话，井下调度电话、井下无线通信、井下IP广播、高精度人员车辆定位系统等子系统进行融合，实现统一部署，统一管理，融合通信。
关键词：3G无线通信系统；人员定位系统；WIFI无线通信；IP广播
引言
近年来，随着国家“两化融合”战略的推进，煤矿“智慧矿山”、“数字化矿山”建设蓬勃兴起，国家对安全生产的高度重视，各煤矿生产单位对“六大安全避险系统”的建设也提升到了前所未有的高度，各种信息化技术在建设中得到了充分应用，其中井下通信联络系统、人员定位系统是“六大安全避险系统”的重要组成部分，与煤炭企业信息化程度息息相关，也是矿山通信联络的核心系统。
当前多种井下通信联络系统以及人员定位系统，通常都是单独招标、独立组网、独立建设，系统与系统之间没有关联。由此造成施工工作量大、重复走线、工程周期长、重复施工、使用复杂，维护困难，故障定位困难，各种设备体积大，占据井下巷道空间较多，影响巷道整齐和美观，人员维护量较大。
随着矿山通信系统的日益普及，包括调度通信、无线通信、IP广播、视频通信、视频会议、公网通信等诸多通信系统已相当普遍。如何有效整合不同通信系统资源，实现互联互通，统一调度，统一管理，成为进一步加强通信联络效果的重要课题。
1 综合一体化分站简介
综合一体化分站可以将公网有线、无线电话，井下调度电话、井下无线通信、井下IP广播、高精度人员车辆定位系统等子系统进行融合，实现统一部署，统一管理，融合通信。
与融合通信系统相配套，推出井下“综合分站”。该分站集成了有线电话系统、IP应急通信广播系统、3G无线通信系统、高精度人员定位系统、WIFI热点通信系统和以太网交换系统等六大系统功能，涵盖了当前通信领域的所有热门的成熟技术，真正实现了共站址、共电源、共传输、体积小、重量轻、电信级高可靠性的特点和优势。为井下监测监控设备、安全避险和自救设备，提供与地面的可靠传输通道，为实现全矿井物联网提供有效保障。
综合分站具有功能强大、组网灵活、安装简便、接口丰富和可扩展性强等诸多优势。它的开发和实现具有标志性意义，能够为煤矿通信行业树立标杆作用，并为统一煤矿行业通信标准起到积极地推动作用。
2 综合一体化分站融合相关技术
2.1 TD-SCDMA 3G无线通信技术
TD-SCDMA无线通信技术综合采用了联合检测、智能天线和上行同步等先进技术，系统内的多址和多径干扰得到了极大缓解，从而有效地提高了频谱利用率，进而提高了整个系统的容量。具有频谱效率高，通信距离远，灵活高效承载非对称数据业务，特别适合煤矿井下巷道的覆盖。
2.2 WIFI无线通信技术
WIFI技术采用IEEE 802.11标准，传输速率达到150Mbit/s或更高，具有传输带宽宽、便于接入有限宽带网络、设备体积小、发射功率小等优点，可满足监控数据、语音和图像多种信息实时传输的要求。
2.3 ZigBee无线通信技术
ZigBee无线通信作为一种短距离无线通信技术，由于其网络可以便捷地为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。ZigBee技术可应用于井下人员的定位。
2.4 IP广播技术
IP广播技术，是新型基于TCP/IP以太网络的数字化的广播技术。IP网络广播技术在物理上与IP网络完全融合，可实现传统广播系统对应得各项功能，并借助TCP/IP网络的优势，对比普通模拟广播技术在内容局限、空间局限和功能局限等方面均作出了相关突破。
整个系统分为井上部分和井下部分，两个部分通过地面环网连接，组成一个完整的网络。其中井上部分包括人员定位系统、3G无线通信系统和IP广播系统的地面核心设备，以及综合网管系统；井下部分则将原有的三套井下设备，融合为综合分站。综合分站具有原有三套系统井下设备的全部功能，同时带来了可靠性提高、节约成本、安装简单、维护方便等多项好处。
系统组网结构如图1所示。
4 主要功能
井下综合分站需要将人员定位、无线通信及应急广播、有线通信等几个系统的井下设备集成到一起，因此，综合分站需要具有以下功能：
（1）采用了TD-SCDMA无线通信系统，可同时提供井下清晰的3G手机语音通话，视频通话、短信等功能，具有2.8M/S数据传输，PSR4数据、HSDPA、HSUPA业务，支持无线Internet连接等功能，无线传输距离可达到半径500m。
支持有线、无线、IP广播、IP电话语音统一调度，结合人员定位系统，完成人员的快速调度统一管理，能够实现强插、强拆等基本矿井调度功能。
系统通过WEB方式，实现智能终端的办公无线扩展功能将实时性较强办公业务延伸到井下，并支持拍照、录音、录像资料实时上传，用于现场情况的保存和及时汇报，以便调度中心作出迅速处理。手机终端软件支持二次开发能力。
该系统支持与调度电话交换机、行政电话交换机、IP广播系统的语音互联，实现3G手机与行政电话、井下生产调度电话、广播终端互联互通、无缝衔接。
（2）采用高速150M/S的大功率工业型WIFI模块，可提供定点可靠的无线高速数据传输，用于井下高清摄像头接入，实现视频监控功能，无线传输距离可达到半径200m。
（3）采用ZigBee无线技术高精确人员定位系统，定位精度可高达4m。该系统利用信号飞行时间定位算法，定位精确。
（4）采取双路IP音箱方案，以最大限度扩展广播音频覆盖范围。在传统广播系统的基础上，综合分站使用外部防爆电话替代传统双向对讲功能。防爆电话可以更方便的进行呼叫，不仅仅对于广播分站，也可对井下有线调度、无线通信乃至外线进行呼叫。同时，防爆电话可以进行级联拉远，是对井下调度电话的有效补充。
5 结束语
在矿山物联化的发展趋势下，井下无线通信、人员定位、广播等多套系统实现网络、网元的统一，功能实现相互融合的统一已成为业界共识。综合一体分站，充分考虑了这一发展趋势，能够实现资源更加灵活的调度和共享，具备全融合、整合交付的特性，必定将成为矿井安全领域业界新亮点。
参考文献
[1]隋景和.浅谈3G无线通讯技术在煤矿的应用[J].大科技，2013（8）.
[2]陈德强，刘伟，钱建生.矿井无线通信技术及其发展趋势[J].工控自动化，2007（5）.
作者简介：严春（1963-），男，江苏常州人，本科，高级工程师，主要研究方向煤矿井下传感器、数据采集分站及安全监控系统的开发等。
陆屹（1984-），男，江苏常州人，本科，助理工程师，主要研究方向煤矿井下无线通信系统、井下抗噪声广播系统等。