機車定位通訊系統的製作方法

2023-06-09 07:18:46

專利名稱：機車定位通訊系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種礦用通信系統，具體地說，是涉及一種礦用機車定位通訊系統。
背景技術：
煤炭是我國的重要能源，約佔一次能源的70%。我國煤礦95%以上是井工開採， 煤炭賦存條件差、開採深度深、瓦斯、煤塵、水災、火災、衝擊地壓、地熱等困擾著煤炭工業的 健康發展，煤炭行業一直是我國工礦企業中的高危行業。分析原因，既有管理混亂、人員素 質低、安全投入不足、科學研究薄弱等問題，又有煤礦井下通信設備落後等問題。煤礦井下是一個特殊的工作環境，因此，礦井通信系統不同於一般地面移動通信 系統，具有如下特點(1)本安型電氣設備。煤礦井下有甲烷等可燃性氣體和煤塵，因此通信設備要求採 用安全性能好的本質安全型防爆措施，煤礦的通信設備必須有防爆許可證。( 傳輸衰耗大。礦井縱橫可達幾十到上百公裡，煤礦井下空間狹小、巷道傾斜、有 拐彎和分支、巷道表面粗糙，且有大型設備等阻擋體，傳輸衰耗大。所以選用合適的頻率和 設計合理的結構，才能保證礦井移動通信系統覆蓋全礦井。(3)設備體積小。煤礦井下空間狹小，礦井最大截面尺寸也就4 6m左右，而在這 狹小的空間內還架設了動力電纜、照明線，鋪設了水管、鐵軌。因此，通信設備的體積不能很 大。(4)發射功率小。本質安全型防爆電氣設備的最大輸出功率為25W左右，故礦井移 動通信設備發射功率一般較小，所以應採用各種降低功率的措施，同時得考慮防爆、體積和重量。(5)抗幹擾能力強。井下空間窄小、機電設備相對集中、功率大，因此電磁幹擾嚴 重。故設備應具有較強的抗幹擾能力。在礦井中，自然輻射小，靜電幹擾小和人為發射電波 幹擾小，但50Hz和其諧波的幹擾和電機車火花所造成的幹擾大。所以礦井通信系統在工作 頻率選擇上應考慮這些幹擾源，應儘量選擇高頻或甚高頻作為系統工作頻率。同時在有線 傳輸和電源設計上必須考慮抗幹擾的問題。(6)防護性能好。應有防塵、防水、防潮、防黴、耐機械衝擊等性能。(7)抗故障能力強。煤礦井下環境惡劣，頂板垮落、機車脫軌等自然破壞不可避免， 同時人為破壞事件也時有發生。因此礦井通信系統應具有較強的抗故障能力。(8)信道容量大。煤礦井下是一個移動的工作環境，現有有線調度電話受到局限。 隨著移動通信系統可靠性、通信質量的提高、功能的完善、成本的降低，它將承擔更多機車 定位、機車自身工作狀態監控、信號燈控制、機車視頻監控等任務，故需系統具有較大的信 道容量。迄今為止，我國煤礦井下機車定位主要以有線通信方式為主，對於有軌機車，目前 採用最多的是定位繼電器+有線通信的方式的實現，由於技術、成本與現場安裝環境的限 制，定位繼電器無法高密度大量安裝，所以只能在道岔、車站等少數關鍵位置實現定位，機
3車運行途中的精確定位無法實現；對於無軌膠輪車，目前還沒有成熟可靠的定位系統，近 年來有些使用WiFi或Zigbee技術進行定位的嘗試，但由於這些定位技術的核心為基於對 無線信號場強相對強弱的分析來實現定位，由於煤礦井下的特殊性，定位環境為鏈型的封 閉巷道環境，難以像地面一樣通過對多基準點的無線信號場強的測量與計算獲得精確的定 位，需定位物體在一個地點只能探測到1 2個基準點，現場環境中的遮擋、環境中的移動 物體與電磁幹擾導致定位精度很差，對移動機車的定位精度非常低，制約了礦井機車定位 通信系統的發展。迄今為止，還沒有一個較為完善的機車定位通信系統在井下應用。可見，現有技術應用於煤礦井下機車定位不僅未能完全滿足高精度實時定位的要 求，而且現有技術中仍未同時實現信號燈控制、機車運行電氣參數實時上傳、視頻監控、工 業乙太網互聯等功能。

發明內容
本發明為了解決上述不足之處，提供了一種高帶寬、高精度、可靠性高、可承載定 位、信號燈控制、機車運行電氣參數實時監控、機車視頻監控、工業乙太網互聯等功能的礦 用機車定位通信系統，以滿足目前井下機車定位、機車監控與機車管理的需求。為了實現本發明的目的，採用以下技術方案一種礦用機車定位通訊系統，包括井 下設備和井上設備，其特徵在於所述井下設備包括礦用多媒體通信接入網關(1)、礦用機車 定位通訊分站O)、本質安全型標識卡(3)、光纖和電源；所述井上設備包括機車定位主機 (4)、機車定位軟體( 、網絡交換機(6)、電源；礦用機車定位通訊分站( 通過無線網絡讀 取本質安全型標識卡(3)的標識信息，礦用機車定位通訊分站( 通過無線網絡與礦用多 媒體通信接入網關(1)互連；機車定位主機(4)通過網絡交換機(6)與礦用多媒體通信接 入網關⑴連接。所述多媒體通信接入網關(1)之間通過光纖互連組成環型或環型與鏈型或環型 與星型的組合網絡。所述多媒體通信接入網關⑴與礦用機車定位通訊分站(2)之間通過IEEE802. 11 無線乙太網協議通信。所述礦用機車定位通訊分站(2)與本質安全型標識卡(3)之間通過2. 4GHzRFID 無線技術通信。所述礦用機車定位通訊分站( 包括無線乙太網模塊(a)、RFID讀卡器模塊(b)、 Zigbee信號燈控制模塊(C)、乙太網交換機模塊(d)、顯示器模塊(e)與電源模塊(f)，無線 乙太網模塊(a)用於礦用機車定位通訊分站( 與礦用多媒體通信接入網關(1)之間的無 線通信，RFID讀卡器模塊(b)用於讀取巷道中本質安全型標識卡(3)的標識信息，Zigbee 信號燈控制模塊(c)用於將機車的位置信息傳送給巷道中的信號燈，顯示器模塊(e)用於 顯示本機車以及巷道中其它機車的位置信息，電源模塊(f)為礦用機車定位通訊系統提供 電源，無線乙太網模塊(a)、RFID讀卡器模塊(b)、Zigbee信號燈控制模塊(C)、顯示器模塊 (e)均連接至乙太網交換機模塊(d)。所述礦用多媒體通信接入網關(1)包括無線乙太網模塊(h)、乙太網交換機模塊 (i)與電源模塊(j)，無線乙太網模塊(h)用於實現無線乙太網的信號覆蓋，乙太網交換機 模塊(i)用於連接無線乙太網模塊00以及系統組網，電源模塊(j)為礦用多媒體通信接入網關提供電源。所述的礦用機車定位通訊分站O)，其特徵在於所述礦用機車定位通訊分站(2) 的乙太網交換機模塊(d)具備乙太網接口 th)與串行通信接口(RS)。所述的礦用多媒體通訊系統，其特徵在於滿足井下爆炸性氣體環境用電氣設備安 全技術要求。本發明的有益效果在於1.本質安全型標識卡以1 3米的間隔安裝於井下巷道頂壁上，通過礦用機車上 的定位通訊分站讀取標識卡，使得定位精度可以達到1 3米，而目前的基於無線場強的定 位技術在井下的定位精度為30 50米，且使得受遮擋、移動等環境幹擾因素的影響大幅減 小，定位精度與可靠性大幅提高。2.礦用多媒體通信接入網關採用環網冗餘網絡技術組網，礦用多媒體通信接入網 關中裝載後備電池，使其具有了更強大的冗災功能，提高了系統的可靠性。3.通過井下的礦用多媒體通信接入網關的乙太網交換機模塊、無線乙太網模塊系 統可以實現井下工業乙太網、工業自動化設備、井下手機與無線攝像機等無線乙太網終端 的互聯與接入，實現一個系統對多種業務的支持，提高系統的性價比。4.礦用機車定位通訊分站與礦用多媒體通信接入網關之間採用IEEE802. 11無線 乙太網協議通信，具備54Mbps的高帶寬，可以支持視頻、語音、數據等多業務，可以實時接 收調度中心下傳的各種指令。通過機車定位通訊分站的乙太網埠，支持在機車上安裝攝 像機，實現移動機車上攝像機視頻信號的實時無線上傳；通過機車定位通訊分站的串行通 信埠支持將機車本身的運行監測數據實時無線上傳。5.地面調度中心可以實時將車輛周邊的地圖與其它車輛情況發送至礦用機車定 位通訊分站，讓駕駛員實時了解周邊的道路與車輛情況。6.礦用機車定位通訊分站可以通過Zigbee信號燈控制模塊實時控制道口的紅綠 燈。本發明系統結構簡單可靠，便於部署與運維，系統功能強大，埠豐富，可承載目 前井下環境主要的機車定位與管理需求，符合和滿足礦用特定的使用環境與安全要求。


圖1是本發明的系統組成框2是礦用機車定位通訊分站工作原理框圖；圖3是礦用多媒體通信接入網關工作原理框圖；圖中，礦用多媒體通信接入網關(1)、礦用機車定位通訊分站O)、本質安全型標 識卡(3)、井上設備包括機車定位主機G)、機車定位軟體(5)、網絡交換機(6)；礦用機車定位通訊分站(2)包括無線乙太網模塊(a)、RFID讀卡器模塊(b)、 Zigbee信號燈控制模塊(C)、乙太網交換機模塊(d)、顯示器模塊(e)與電源模塊(f)；礦用多媒體通信接入網關⑴包括無線乙太網模塊(h)、乙太網交換機模塊⑴與 電源模塊(j)
具體實施例方式下列實施例將進一步說明本發明，實施例不應被視為限制本發明的範圍。如圖1所示，是本發明的系統組成框圖.礦用機車定位通訊系統包括井下設備和 井上設備，井下設備包括礦用多媒體通信接入網關(1)、礦用機車定位通訊分站O)、本質 安全型標識卡(3)、光纖和電源；所述井上設備包括機車定位主機G)、機車定位軟體(5)、 網絡交換機(6)、電源；本質安全型標識卡(3)以1 3米的間隔安裝於井下巷道頂壁上，通過安裝於礦 用機車上的定位通訊分站通過2. 4GHzRFID無線網絡讀取標識卡，標識卡的唯一性卡號與 所安裝位置對應；礦用機車定位通訊分站( 將機車的定位信息、機車的運行狀態信息、機 車上的攝像機視頻信號、地面調度中心下發的控制信息等通過IEEE802. 11無線乙太網協 議與礦用多媒體通信接入網關(1)實現雙向傳輸；多媒體通信接入網關(1)之間通過光纖 互連組成環型或環型與鏈型或環型與星型的組合網絡並傳輸至地面，機車定位主機(4)通 過網絡交換機(6)與礦用多媒體通信接入網關(1)連接。機車定位軟體( 安裝於機車定 位主機⑷上。如圖2所示，是礦用機車定位通訊分站工作原理框圖。礦用機車定位通訊分站包 括無線乙太網模塊(a)、RFID讀卡器模塊(b)、Zigbee信號燈控制模塊(c)、乙太網交換機 模塊(d)、顯示器模塊(e)與電源模塊(f)。無線乙太網模塊(a)用於礦用機車定位通訊分站與礦用多媒體通信接入網關之 間的IEEE802. 11無線乙太網通信，由無線接入點AP與天線組成，AP的乙太網電口連接以 太網交換機模塊(d)的一個電口 E ；RFID讀卡器模塊(b)用於讀取巷道中本質安全型標識 卡的標識信息，由RFID讀卡器與天線組成，RFID讀卡器通過RS485接口連接乙太網交換機 模塊(d)的一個串口 RS ；Zigbee信號燈控制模塊(c)用於將機車的位置信息與控制信息傳 送給巷道中的信號燈，它通過RS485接口連接乙太網交換機模塊(d)的一個串口 RS ；顯示 器模塊(e)用於顯示本機車以及巷道中其它機車的位置信息與巷道信息，它通過RS232接 口連接乙太網交換機模塊(d)的一個串口 RS。如圖3所示，是礦用多媒體通信接入網關工作原理框圖。礦用多媒體通信接入網 關包括無線乙太網模塊(h)、乙太網交換機模塊⑴與電源模塊(j)，無線乙太網模塊(h) 用於實現無線乙太網的信號覆蓋，由無線接入點AP與天線組成，AP的乙太網電口連接以太 網交換機模塊⑴的一個電口 E ；乙太網交換機模塊⑴用於連接無線乙太網模塊(h)以 及系統組網，它通過2個具備環網自愈功能的光口 OR組成環網，通過光口 0組成星型或鏈 型網絡、接入到井下現存的乙太網或接入其它乙太網終端，通過電口 E可以接入到井下現 存的乙太網或接入其它乙太網終端；電源模塊(j)提供電源。
權利要求
1.一種礦用機車定位通訊系統，包括井下設備和井上設備，其特徵在於所述井下設備 包括礦用多媒體通信接入網關(1)、礦用機車定位通訊分站O)、本質安全型標識卡(3)、 光纖和電源；所述井上設備包括機車定位主機G)、機車定位軟體(5)、網絡交換機(6)、電 源；礦用機車定位通訊分站( 通過無線網絡讀取本質安全型標識卡C3)的標識信息，礦用 機車定位通訊分站( 通過無線網絡與礦用多媒體通信接入網關(1)互連；機車定位主機 (4)通過網絡交換機(6)與礦用多媒體通信接入網關(1)連接。
2.根據權利要求1所述的礦用機車定位通訊系統，其特徵在於所述多媒體通信接入網 關(1)之間通過光纖互連組成環型或環型與鏈型或環型與星型的組合網絡。
3.根據權利要求1所述的礦用機車定位通訊系統，其特徵在於所述多媒體通信接入網 關(1)與礦用機車定位通訊分站(2)之間通過IEEE802. 11無線乙太網協議通信。
4.根據權利要求1所述的礦用機車定位通訊系統，其特徵在於所述礦用機車定位通訊 分站(2)與本質安全型標識卡(3)之間通過2.4GHzRFID無線技術通信。
5.根據權利要求1所述的礦用機車定位通訊系統，其特徵在於所述礦用機車定位通訊 分站(2)包括無線乙太網模塊(a)、RFID讀卡器模塊(b)、Zigbee信號燈控制模塊(c)、以 太網交換機模塊(d)、顯示器模塊(e)與電源模塊(f)，無線乙太網模塊(a)用於礦用機車 定位通訊分站( 與礦用多媒體通信接入網關(1)之間的無線通信，RFID讀卡器模塊(b) 用於讀取巷道中本質安全型標識卡(3)的標識信息，Zigbee信號燈控制模塊(c)用於將機 車的位置信息傳送給巷道中的信號燈，顯示器模塊(e)用於顯示本機車以及巷道中其它機 車的位置信息，電源模塊(f)提供電源，無線乙太網模塊(a)、RFID讀卡器模塊(b)、Zigbee 信號燈控制模塊(C)、顯示器模塊(e)均連接至乙太網交換機模塊(d)。
6.根據權利要求1所述的礦用機車定位通訊系統，其特徵在於所述礦用多媒體通信接 入網關⑴包括無線乙太網模塊(h)、乙太網交換機模塊⑴與電源模塊(j)，無線乙太網 模塊(h)用於實現無線乙太網的信號覆蓋，乙太網交換機模塊(i)用於連接無線乙太網模 塊(h)以及系統組網，電源模塊(j)為礦用多媒體通信接入網關提供電源。
7.根據權利要求5所述的礦用機車定位通訊分站O)，其特徵在於所述礦用機車定位 通訊分站⑵的乙太網交換機模塊⑷具備乙太網接口 th)與串行通信接口(RS)。
8.根據權利要求1-6其中任一所述的礦用多媒體通訊系統，其特徵在於滿足井下爆炸 性氣體環境用電氣設備安全技術要求。
全文摘要
一種礦用機車定位通訊系統，包括井下設備和井上設備，其特徵在於所述井下設備包括礦用多媒體通信接入網關、礦用機車定位通訊分站、本質安全型標識卡、光纖和電源；所述井上設備包括機車定位主機、機車定位軟體、網絡交換機、電源；礦用機車定位通訊分站通過RFID無線網絡讀取本質安全型標識卡的標識信息，礦用機車定位通訊分站通過無線網絡與礦用多媒體通信接入網關互連，將標識卡的定位信息傳送至網絡；機車定位主機通過網絡交換機與礦用多媒體通信接入網關連接。本發明結構簡單有效，定位精度高，便於部署與運維，滿足目前井下機車定位、信號燈控制、機車管理的需求。
文檔編號H04B10/20GK102143432SQ20101010470
公開日2011年8月3日 申請日期2010年2月3日 優先權日2010年2月3日
發明者張鋒, 顧偉 申請人:中電廣通股份有限公司