基于5G无线通信系统的煤矿监控平台应用.pdf

基于 无线通信系统的煤矿监控平台应用陶杰(普安县工业和科学技术局贵州 黔西南)摘 要:煤矿整体技术逐步提升自动化、智能化、信息化等全面发展现代化自动控制设备投入煤矿生产如缺少现代化的通信网络支持易造成信息孤岛问题建设高效完善的井下通信系统变得越来越重要 因此要设计升级改造井下通信平台发挥现代化矿井设备的最大作用关键词:无线通信生产通信一体化智慧矿山平台中图分类号:.文献标识码:文章编号:()贵州省实施贵州省煤矿智能化发展实施方案 年(黔能源科技 号)要求:建立健全贵州省煤矿的智能化建设技术标准形成生产系统的智能化技术和矿井的智能化管理体系实现矿井采掘工作面机械化与智能化作业实现固定岗位远程监控无人值守全省生产矿井机械化率达到 以上辅助系统智能化及信息化管理体系覆盖率达到中大型生产矿井实现智能化综采工作面发布煤矿智能化采掘技术榜单初步建成功能完备的智能化运维服务平台 实现采、掘、机、运、通、安等系统的智能化、自动化协同运行与智能决策全省生产采、掘工作面基本实现信息智能化 无线通信系统意义及特点贵州某矿通过建立基于 标准的 无线通信系统监控平台并将其应用于煤矿生产管理中试运行后发现不仅可以确保煤矿的安全高效生产完成紧急事故的处理还搭建了满足各系统实时数据无线交互的移动互联数据平台实现了全矿井信息无线高速流转 因此建立和完善 无线通信移动系统在保障煤矿高产高效、有序组织生产、应急救援指挥、移动数据互联等方面具有重要意义本文重点研究煤矿 无线通信专网技术的特点及 技术如何应用在矿用专网领域并设计 矿用无线通信系统的整体方案 集群:网络覆盖范围内全部具备集群通话能力 视频监控:井上无线视频监控中心视频监控调度指挥中心后台任意选择井上、井下摄像头进行视频监控录制 短信/彩信:调度台、移动终端和调度指挥中心可以方便地编辑发送信息 发送方式:包括点对点、点对面发送 数据接入:支持现有接入以太环网监测监控终端的无缝接入替换原有线以太网络 有线无线统一调度:支持和现有 有线电话网络互联互通 设计方案.网络设计目标贵州某矿 无线通信平台网络的实现目标为三高、两低、一平三高如下:高峰值速率:下行峰值 上行峰值高频谱效率:频谱效率是 的 倍高移动性:支持/(在某些频段甚至支持/)两低 如 下:低 时 延:控 制 面 用户面传输 低成本:(自组织网络)支持多频段灵活配置一平:以分组域业务为主要目标系统在整体架构上是基于分组交换的扁平化架构.平台整体架构贵州某矿 无线通信系统是基于 技术的宽带数字集群通信技术 无线集群平台为基于()技术的宽带多媒体数字集群系统平台简称 系统见图 系统主要由核心网、和 组成 是基带处理单元为 提供基带信号处理、操作维护控制等功能 与 组成 为 提供射频传输功能一体化站是基站 核心网一体 化设备 提供 及核心网的各项功能包括签约数据、鉴权、网关、数字业务集群、数据信号处理、操作维护控制、射频传输等功能核心网提供签约数据管理、鉴权管理、移动性管理、网关管理及数字集群业务等功能适用于大容量组网 小型交换网关提供签约数据管理、鉴权管理、移动性管理、网关管理及数字集群业务等功能适用于中小容量组网 为多媒体调度中心是 系统中的核心设备控制各项业务并完成媒体流的处理 调度台对包括语音、视频、短信、彩信、定位等各种业务开展界面管理 多媒体录制播放服务器提供媒体的录制、点播和管理功能并处理摄像头的接入 是网管系统统一管理、操作和维护网络各个网元包括核心网、一体化站、以及 网管系统可分为服务器版(适用于固定网络的组网场景)和 版(适用于固定单站及车载通信的组网场景)为手持终端提供集群语音、短数据及视频功能图 系统平台.传输组网设计 系统可根据不同的依据划分为不同的组网方式可分为传输组网与应用组网每种组网方式又包含若干场景根据设备间的传输网络关联关系 系统组网可分为集中连接和跨网连接两个场景 系统网络可以分为三个部分:无线接入网、承载网和核心网 子网定义如下:无线接入网指 与 的连接可分为星型、链形、环形组网形态承载网指数据交换网(传输网络)为星型组网形态又可扩展为二层、三层组网核心网指核心网设备与机房设备、数据交换网的连接贵州某矿的应用是基于集中连接传输组网通信设备是指所有网元设备直接与传输网络连接见图 图 集中连接传输组网.应用总体设计 矿用 无线通信系统()平台煤井上采用宏站方式覆盖矿区.组网可以覆盖 井下覆盖采用 隔爆兼本安基站的双向定向覆盖单基站覆盖直径可以达到 网络结构分业务区、网络区、终端区 网络区包括核心网及各基站设备在 无线宽带集群专网系统的分级组网模式下在矿井调度指挥中心机房统一管理 核心网、服务器、异系统网管等设备调度管理矿井的所有用户.网络性能工作带宽:/系统带宽、系统带宽(制式不支持)调制方式:上行/下行、上行/下行、上行/下行高级调制、自适应调制方式 码率 (制式不支持)空闲移动资源管理群组资源动态删建准入控制功率控制负载控制移动性管理:基于覆盖的同频切换、基于覆盖的异频切、小区选择和重选高速算法 管理高 管理干扰算法:干扰抑制算法、小区间干扰协调、系统间干扰规避算法(制式不支持)(制式不涉及)超远覆盖 组网:星型组网、级联组网 合并:多 合并、室分多 合并(制式不支持)拉远:语音业务、数据业务 分级组网 .互联互通与/互通与 互通与 互通与 超短波电台互联互通支持对外 接口 硬件安装煤矿井下作业场景为封闭环境天线设备的相关性较小通信天线布置距离增大相关系数逐渐变小决定布置天线的距离大于 个波长(即)在煤矿井下巷道中因 效应原因天线相关性较大天线距离变大相关系数变小具有一定的波动倾向所以布置天线距离应大于 个波长(即)井下天线的布置方向应为垂直巷道方向井下覆盖采用大容量的 配置通过多个 实现大容量覆盖井下区域 地面基站具有话务需求区域将进上基站的容量通过 覆盖实现井上井下同时覆盖 实现目标应用效果及效益.视频监控井下使用无线摄像头通过 接入 无线通信系统主要在工作面串车、皮带头处安装 无线通信系统将无线摄像头信号上传到机房 无线通信系统管理客户端通过管理客户端配置后即可上传到调度大屏.视频调度使用移动监控设备对井下现场开展实时信息采集通过无线基站将现场信息实时传回到调度指挥中心指挥中心通过调度台将现场的信息实时显示在大屏上大屏可以同时显示多路回传的视频图像调度中心通过监控大屏快速掌握现场情况实现语言集群调度及点对点通话及时下达指令.煤矿监控监测系统数据接入 数据接入设备 采用工业以太网接口、信号装置同矿井监测监控设备关联 控制数据由 网络传输在井上指挥中心通过 网络传送至各个监测监控服务器系统的集群调度功能提供系统的集群管理包括群组的划分、优先级和等级呼叫管理 系统集群提供语音组呼、单呼、广播呼叫、集群紧急呼叫同时可对在线用户强插、强拆、调度员呼叫、呼叫调度台、动态移动调度台及调度语音信息录音、播放查询等 系统在矿井巷道的覆盖设备中集成专用集群基站该设备在距光纤信源主设备的 范围内可以通过电话线以树状方式连接最大级连 台覆盖了矿井中不宜布设光纤的特殊巷道或区域保证矿井实现真正的无盲区覆盖.效益分析设备订货、交付、安装、调试拟在 内完成工程资金投入在 内 建成投产后通过初步估算项目投资可在 之内全部收回 无线通信系统建设对降低矿井生产成本、减少安全隐患具有重要意义根据贵州某矿智能矿山“”的建设理念基于云计算、物联网、协同、虚拟现实、通信、人工智能、大数据等先进技术结合贵州某矿的信息化与自动化技术现状与贵州省煤矿智能化发展实施方案 年在充分结合贵州某矿采掘生产需求的基础上建立并完善集采、掘、机、运、通各专业子系统的全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制、设备可靠的智能矿山调度决策指挥智能管控中心、“”工业物联网平台、智能矿山云数据分析平台、矿井 二三维地理信息平台实现贵州某矿开拓、采掘、运输、通风、安全保障、设备维护完成示范智能化矿井的建设实现减人提效、安全高效的智能矿山体系 结语安全、高效是每一个煤矿的永恒主题 特别在市场经济条件下煤炭综合成本越低越好 矿用 无线通信系统能实现精确的智能信息化矿井通信将井下现场实时视频、语音等高品质数据准确无误地上传地面指挥中心改变了矿井传统的通信方式优化了矿井作业提高了工作效率和生产管理水平取得了显著的经济效益和社会效益参考文献:赵彦军.基于无线通信的带式输送机检测系统的研究.机械管理开发():.任艳.矿用 无线通信系统在千万吨矿井的应用研究.同煤科技():.刘江.基于井下(无线通信)矿用人员定位系统的探究.信息技术与信息化():.丁海英.基于视频技术的煤矿监控系统设计.能源与环保():.文宾.浅析工业以太环网在煤矿安全监控系统中的应用.内蒙古煤炭经济():.赵国刚.煤矿监测监控系统存在的问题及改造研究.石化技术():.作者简介:陶杰()男 贵州普安县人 本科 工程师研究方向:矿山机电、智慧矿山、绿色矿山