引言

　　煤礦井下發(fā)生事故后，井下人數(shù)不詳、被困人員位置不清、被困人員生死不明是災(zāi)后應(yīng)急救援急切解決的問(wèn)題。因此，有必要研究抗災(zāi)變能力強(qiáng)、具有人員位置監(jiān)測(cè)等多功能煤礦井下無(wú)線通信系統(tǒng)。本文研究將低成本的新技術(shù)——Wi-Fi應(yīng)用于井下，構(gòu)建一種新的礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)。

　　1 Wi-Fi技術(shù)簡(jiǎn)介

　　Wi-Fi(WirelessFidelity)，即無(wú)線保真或無(wú)線相容性認(rèn)證，是一種無(wú)線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)與規(guī)格，也就是IEEE所定義的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11。無(wú)線局域網(wǎng)是有線局域網(wǎng)的擴(kuò)展和替換，是在有線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上通過(guò)無(wú)線HUB、無(wú)線訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)(AP)、無(wú)線網(wǎng)橋、無(wú)線網(wǎng)卡等設(shè)備使無(wú)線通信得以實(shí)現(xiàn)。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪問(wèn)接入控制層(MAC層)和物理層。隨后，IEEE又發(fā)布了一些補(bǔ)充協(xié)議，包括物理層的補(bǔ)充協(xié)議IEEE802.lla/b/g和其它一些服務(wù)相關(guān)協(xié)議。總的來(lái)說(shuō)，Wi-Fi屬于短距離無(wú)線技術(shù)，覆蓋范圍可達(dá)幾百米，使用的是2.4GHz附近的頻段。Wi-Fi有著“無(wú)線版本以太網(wǎng)”的美稱，世界上至少有80%以上的局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)技術(shù)，其幾乎可以視為以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)在無(wú)線領(lǐng)域的延伸。

　　2 Wi-Fi與相關(guān)技術(shù)比較

　　目前國(guó)內(nèi)外礦井無(wú)線通信方式主要有漏泄通信、感應(yīng)通信、透地通信、PHS(小靈通)通信、3G(大靈通)通信系統(tǒng)等。

　　漏泄通信系統(tǒng)存在著抗災(zāi)變能力差、大量的串聯(lián)中繼設(shè)備導(dǎo)致可靠性差、系統(tǒng)不具備冗余功能等問(wèn)題，通信終端存在功能單一、信道容量小的缺陷。感應(yīng)通信系統(tǒng)存在著體積大、重量重、信道容量小、通信距離短等問(wèn)題。透地通信系統(tǒng)存在著設(shè)備體積大、重量重、信道容量小、地面設(shè)備功率大、地面天線布置困難、單向通信(地面向井下)等問(wèn)題。PHS(小靈通)通信系統(tǒng)與3G(大靈通)通信系統(tǒng)存在著基站控制器和基站非本質(zhì)安全型防爆、系統(tǒng)不具備冗余功能、抗災(zāi)變能力差、井下基站至地面最大通信距離不滿足井下通信10公里的要求等問(wèn)題，通信終端存在功能單一、信道容量小的缺陷。

　　WiMAX與Wi-Fi最明顯的區(qū)別是覆蓋范圍存在很大差別，WiMAX通常可以覆蓋3～5km，而且WiMAX的安全系數(shù)更高，但是WiMAX的組網(wǎng)成本要比Wi-Fi大的多。考慮到礦井下的特殊性和經(jīng)濟(jì)性，還是選用Wi-Fi更適合井下局域網(wǎng)的環(huán)境。

　　3 系統(tǒng)需求分析

　　所要研究設(shè)計(jì)的礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控系統(tǒng)、井下分站和移動(dòng)通信終端組成。地面監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理與控制，通過(guò)地面監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)井下人員以及相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。地面監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)可由一臺(tái)多功能計(jì)算機(jī)并配有相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件完成。井下分站為整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分并負(fù)責(zé)多項(xiàng)功能。系統(tǒng)應(yīng)滿足：

　　(1)在礦井事故前后，地面監(jiān)控系統(tǒng)能得知井下工人所在的位置;

　　(2)井下工人與地面監(jiān)控系統(tǒng)以及井下工人之間能隨時(shí)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信;

　　(3)地面監(jiān)控系統(tǒng)能隨時(shí)、直接與任何井下工人進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)/語(yǔ)音通信;

　　(4)井下工人之間能進(jìn)行雙向窄帶語(yǔ)音通信;

　　(5)井下通信網(wǎng)為由若干個(gè)分站組成的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò);

　　(6)分站能收發(fā)無(wú)線電信號(hào)，為了有較強(qiáng)的穿透能力，采用適合礦井傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)。

　　4 方案設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)以光纖有線網(wǎng)絡(luò)為骨干，以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為延伸，在井下設(shè)立若干礦用分站，通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)覆蓋井下巷道，利用礦用本安手機(jī)(IP終端接入設(shè)備)來(lái)實(shí)現(xiàn)群呼、組呼等功能，從而實(shí)現(xiàn)井上對(duì)井下的語(yǔ)音調(diào)度以及井下對(duì)井上的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音雙向通信。地面通信與監(jiān)測(cè)中心的軟件能分析、處理和顯示人員位置、生命狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)人員位置和生命狀態(tài)顯示報(bào)警和存儲(chǔ)，從而全面實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)、調(diào)度通信、應(yīng)急救援、安全監(jiān)控與督察。

　　4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　系統(tǒng)分為井下設(shè)備和井上設(shè)備，如圖1所示。

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　　圖1 系統(tǒng)組網(wǎng)拓?fù)鋱D