礦井安全監控和災害應急通訊系統及其運行方法
2023-06-01 05:59:21 2
專利名稱：礦井安全監控和災害應急通訊系統及其運行方法
所屬領域本發明屬於傳感技術和有線、無線通訊領域，尤其是涉及煤礦、金屬礦和油氣井等的礦井安全監控和災害應急通訊系統及其運行方法。
背景技術：
煤礦、金屬礦、油氣礦井等資源開採性行業是當今我國工業生產中傷亡事故發生最為頻繁、最為嚴重的行業，其中特別是煤炭礦井採掘，其百萬噸煤死亡人數遠高於國外主要產煤國。礦井災難的消極影響已遠遠超過了經濟範疇，它使受害人蒙受了巨大的身體和精神痛苦，企業和政府形象受到巨大損害；同時，嚴峻的礦井安全生產問題還造成不良的社會影響和嚴重的環境危害，成為潛在的社會不和諧和不穩定因素之一。
為了提高礦井環境生產安全性，我國的礦井安全監控系統經歷了從國外引進到自主研發的過程。目前較具有代表性的有KJ90、KJ95、KJF2000和KJ4/KJ2000等系統。這些安全監控系統多數以有線的方式實現信息傳輸，隨著礦井安全形勢的需要和科學技術的發展，將先進的無線通訊技術引進礦井安全監控系統，實現移動目標的定位、跟蹤和通訊，以及井下環境參數的移動檢測已經成為發展趨勢。
儘管國內外研究工作者探索了多種礦井下無線通訊應用的可能性，但由於無線電信號在井下巷道內傳播時，受到巷道彎曲、傾斜和地質條件等因素影響，難以實現遠距離傳輸，所以目前國內外已投入使用的礦井無線通訊系統主要集中在以下幾個方面的應用1、對作業人員或設備的位置監控。這一類系統多數採用無線射頻識別技術(Radio Frequency Identification -RFID)的思想實現，即在礦井環境內以一定的間隔布置固定的射頻接口設備，當佩戴射頻發射器的人員或者設備進入固定射頻接口設備有效無線通訊範圍內時，射頻接口設備就會讀取移動目標的ID代碼，將該信息傳送至監控中心，實現對移動目標的定位和跟蹤。採用此類技術思想的如國內常州天地科技公司的KJ69型人員安全監測系統、北京美達嘉潤數碼安全技術有限公司引進的L3系統、美國安菲斯公司研製的T/T井下人員跟蹤系統、廈門礦通科技有限公司的礦山井下漏洩通訊系統、北京京天威科技發展有限公司的煤礦井下安全管理信息系統、KJF48隔爆兼本安型動態目標識別器等。
2、調度和移動通訊。將地面蜂窩移動通訊技術移植到煤礦井下，用微小區的概念將井下巷道進行劃分，利用雙工無線電通訊系統實現移動語音實時通訊，例如KT3A型礦用程控調度廣播兼語音處理通訊系統、KT14A型礦井蜂窩狀全雙工無線電通訊系統、英國DAC公司的緊急報警通訊系統、波蘭EMAG廣播通訊系統等。
3、救災應急通訊。發生礦難後搶險救災時，在井下建立臨時無線通訊基站，通過它實現救援隊員與指揮中心的通訊，一般需要藉助探險繩擴大有效通訊範圍(有線或者漏洩通訊線)。這一類系統已經應用的包括常州天地科技公司的KT4-KTW2型礦用救災無線電通訊系統、美國安菲斯公司研製的PED井下無線通訊與急救系統等。
上述系統為無線通訊技術在礦井環境中的應用進行了有益的嘗試，在一定程度上滿足了礦井安全監控與語音通訊的需求，但是在實際應用中仍存在一些不足之處首先，基於RFID思想的移動目標位置監控和基於蜂窩移動通訊技術的語音通訊系統，均是以有線網絡為骨幹的通訊系統。如果發生礦難和事故，井下礦工的定位和搜救是最為緊迫的任務。而這時礦井下有線網絡非常脆弱，通訊極易中斷；一旦中斷，受困人員就無法與指揮中心取得聯繫，定位、跟蹤與通訊功能隨即失效。所以，上述有線通訊網絡在礦難災害救援中的缺陷是明顯的。
其次，目前投入實際應用的應急救援通訊系統僅限於在地面指揮中心-井下指揮中心-救援隊員之間進行展開，而沒有包括最需要通訊救助的被困人員，所以他們無法與外界溝通，外界也無從得知他們的位置和所處環境狀況。
再次，目前的礦井環境運行監控系統功能較單一，未能實現多種功能的有機結合，沒有充分發揮井下無線通訊的優點。例如，在常用的礦井安全監控系統中，只布置有限數量的瓦斯氣體傳感器，採掘工作面的瓦斯傳感器布設經常跟不上採掘推進速度，造成大量的環境檢測死角。
發明內容
本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種能同時滿足井下環境安全運行監控和災害應急通訊救援需求的礦井安全監控和災害應急通訊系統及其運行方法。
本發明的技術方案是一種礦井安全監控和災害應急通訊系統，其特徵在於由依次電連接的骨幹網絡接入、網關設備、現場總線和無線設備接入點，以及與兩兩無線設備接入點間的現場總線電連接的現場總線測控設備組成的有線網絡系統，所說有線網絡系統中的無線設備接入點經無線射頻通訊鏈路電連接有多個移動無線傳感器接點，以構成礦井安全監控網絡體系結構；災害應急通訊網絡體系結構為所說移動無線傳感器接點中置有無線傳感器通訊設備，所說無線傳感器通訊設備之間經無線通訊鏈路電連接，用於在移動無線傳感器接點之間組建通訊孤島網絡；所說無線傳感器通訊設備與井上救援指揮中心間通過移動無線搜索設備經無線通訊鏈路電連接，用於建立起災害應急通訊網絡；所說移動無線搜索設備置於井下救援人員處，井下救援人員通過移動移動無線搜索設備與移動無線傳感器節點或通訊孤島網絡進行通訊連接，用以確保無線傳感器通訊設備與井上救援指揮中心間通訊的暢通；該網絡屬於全局樹杈形、局部線形的動態拓撲結構，包括物理層、數據鏈路層、網絡層；礦井安全監控和災害應急通訊系統利用語音處理技術，將語音信號數位化、壓縮、打包，以有線或無線信道傳輸實現對移動人員目標的信息交流、任務分配和協調指揮。
作為礦井安全監控和災害應急通訊系統的進一步改進，所述的無線傳感器通訊設備內置有相互電連接的可攜式環境參數部件、目標定位和跟蹤裝置、無線尋呼裝置和對講裝置、人機接口設備以及無線射頻通訊鏈路無信號時自動啟動無線通訊鏈路工作的裝置；所述的無線傳感器通訊設備的工作頻段為900～3000MHz；所述的移動無線搜索設備經收發天線與無線傳感器通訊設備和井上救援指揮中心的無線通訊鏈路電連接；所述的井下救援人員與井上救援指揮中心間置有內置通訊傳輸電纜的探險繩。
礦井安全監控和災害應急通訊系統的運行方法包括有線網絡系統與多個移動目標進行無線射頻通訊，其特徵在於有線網絡系統實時監控本系統於井下各設備的完好狀態，並經無線射頻通訊鏈路實時接收多個移動目標發送的現場信息，即井下現場的礦工位置和他們所處環境的參數，即溫度、溼度、氧氣濃度、有害氣體情況；當有線網絡系統獲知其井下的設備處於非正常狀態時，則即刻指令與其進行無線射頻通訊的多個移動目標立即自動轉換成無線通訊鏈路電連接，並同時啟動井上救援網絡工作；或移動目標接收不到無線射頻通訊信號時，也立即自動轉換成無線通訊鏈路電連接。
作為礦井安全監控和災害應急通訊系統的運行方法的進一步改進，所述的災害應急通訊網絡模式以無線或有線與無線混合方式工作；所述的井下救援人員通過移動移動無線搜索設備與移動無線傳感器節點或通訊孤島網絡進行通訊連接。
相當於現有技術的有益效果是其一，移動無線傳感器接點中置有無線傳感器通訊設備，且無線傳感器通訊設備之間經無線通訊鏈路電連接，以及無線傳感器通訊設備與井上救援指揮中心間通過移動無線搜索設備經無線通訊鏈路電連接，而同時移動無線搜索設備又置於井下救援人員之處，使得當井下災害發生後，有線網絡系統處於癱瘓狀態時，也即移動無線傳感器接點接收不到無線射頻通訊信號時，則立即啟動其中的無線傳感器通訊設備工作，並自動切換至無線通訊鏈路電連接，通過移動無線傳感器接點間的相互電連接即可自動地連結組成新的網絡，即災害應急通訊網絡模式，從而或形成通訊孤島網絡，或通過相互間的接續電連接而與井下救援人員及井上救援指揮中心保持不間斷的通訊聯繫，既可及時地將井下的狀況反映至井上救援指揮中心，以便井上救援指揮中心採取正確的施救方案，又可引導井下救援人員對各個移動無線傳感器接點處的人員或通訊孤島網絡中的人員進行有效地救援；其二，無線傳感器通訊設備內置有的相互電連接的可攜式環境參數部件、目標定位和跟蹤裝置、無線尋呼裝置和對講裝置、人機接口設備以及無線射頻通訊鏈路無信號時自動啟動無線通訊鏈路工作的裝置，使其工作於礦井安全監控網絡模式時，可隨時地經無線射頻通訊鏈路向井上傳送井下現場的礦工位置和他們所處環境的參數即溫度、溼度、氧氣濃度、有害氣體情況，當災害降臨時，即可經無線通訊鏈路引導被困人員自救和井下救援人員對其的救援；其三，井下救援人員與井上救援指揮中心間置有的內置通訊傳輸電纜的探險繩，保證了當移動無線搜索設備與井上救援指揮中心間的距離大於無線通訊鏈路的有效通訊半徑時，能始終保持井下救援人員與井上救援指揮中心間的通訊聯絡；其四，首次提出了一種可同時滿足礦井環境安全運行監控和災害應急通訊系統需求的新型網絡模式，這種復用型網絡系統採用無線通訊新技術，即無線傳感器網絡技術，它是由大量傳感器結點通過無線通訊技術自組織構成的網絡，可實現數據的採集量化、處理融合和傳輸應用。融合了傳感器技術、信息處理技術和網絡通訊技術，開闢了信息科學中一個新的研究領域，其快速展開、自組織、多跳路由、動態拓撲等特性使得無線傳感器網絡成為井下無線通訊網絡的理想選擇，尤其是多跳路由的信息傳輸方式可以克服因巷道彎曲、傾斜等造成的無線信號嚴重損耗等問題。它為井下礦工配置集網絡復用性和功能復用性特點於一體的無線傳感器設備。這種復用型網絡模式在滿足礦井正常運行安全監控需要的同時，實現了應急救援通訊的自動激活，為井下礦工提供更為有效的防護手段，將有助於扭轉我國採礦行業安全生產形勢嚴峻被動的現狀；其五，礦井安全監控和災害應急通訊系統利用先進的語音處理技術，將語音信號數位化、壓縮、打包，以有線或無線信道傳輸實現對移動人員目標的信息交流、任務分配和協調指揮。
下面結合附圖對本發明的優選方式作進一步詳細的描述。
圖1是礦井正常作業環境下形成的一種礦井安全監控系統網絡組成模式示意圖；圖2是礦井發生緊急情況下自組織形成的一種災害應急通訊網絡模式示意圖。
圖中，1骨幹網絡接入；2網關設備；3現場總線；4無線設備接入點；5現場總線測控設備；6無線射頻通訊鏈路；7移動無線傳感器節點；7a無線傳感器通訊設備；7b井下礦工；8井上救援指揮中心；9井下救援人員；9a移動無線搜索設備；9b收發天線；10無線通訊鏈路；11通訊孤島網絡。
具體實施例方式
參見圖1、圖2，有線骨幹網絡接入1經網關設備2和現場總線3與無線設備接入點4電連接，無線設備接入點4經無線射頻通訊鏈路6與多個移動無線傳感器節點7電連接，其中，移動無線傳感器節點7中置有無線傳感器通訊設備7a，它們均由井下礦工7b隨身攜帶，現場總線測控設備5經現場總線3與無線設備接入點4電連接而形成礦井安全監控的網絡體系結構。帶有收發天線9b的移動無線搜索設備9a置於井下救援人員9處，且由井下救援人員9隨身攜帶，無線傳感器通訊設備7a與井上救援指揮中心8間通過移動無線搜索設備9a經無線通訊鏈路10電連接，無線傳感器通訊設備7a相互之間經無線通訊鏈路10電連接，其中，井下救援人員9與井上救援指揮中心8間置有內置通訊傳輸電纜的探險繩，無線傳感器通訊設備7a內置有相互電連接的可攜式環境參數部件、目標定位和跟蹤裝置、無線尋呼裝置和對講裝置、人機接口設備以及無線射頻通訊鏈路6無信號時自動啟動無線通訊鏈路10工作的裝置，且其的工作頻段為900～3000MHz；無線傳感器通訊設備7a之間在未與移動無線搜索設備9a實現無線通訊鏈路10電連接時，相互間形成通訊孤島網絡11，從而構成災害應急通訊的網絡體系結構。
礦井安全監控和災害應急通訊系統網絡主要圍繞為井下礦工7b配置的核心單元即移動無線傳感器節點7。這種移動無線傳感器節點7本身集網絡復用性和功能復用性特點於一體，而構建的井下環境網絡則很好的兼顧了正常運行狀態和發生緊急狀況時這兩種主要採礦行業作業的實際情況。
在礦井正常作業情況下，該網絡是一個礦井環境運行安全監控系統，它由骨幹網絡接入1、網關設備2、現場總線3、無線設備接入點4、現場總線測控設備5、無線射頻通訊鏈路6和移動無線傳感器節點7構成。這是一種由有線方式的現場總線網絡和無線方式的通訊網共同組成的複合型運行網絡，無線設備接入點4和現場總線測控設備5被固定的安置在井下有需要且可行的固定位置環境中，它們直接掛接在現場總線3上，並經網關設備2轉換並連接井上骨幹網絡接入1和監控平臺；井下礦工7b及其身上配置的無線傳感器通訊設備7a共同構成了移動無線傳感器節點7，它們通過無線射頻通訊鏈路6在一定的有效範圍內與無線設備接入點4通訊；並可通過無線設備接入點4，以現場總線3媒介，實現交互式語音、數據等的傳輸、處理和控制。這時，移動無線傳感器節點7的功能有作為運行安全監控系統的移動目標，提供定位、跟蹤指示等功能；作為運行安全監控系統的移動信息源，實現礦井下環境參數的無死角採集、移動傳輸和處理功能，拓展了固定位置的現場總線設備的測控範圍；井下礦工7b通過現場總線3及網關設備2和無線設備接入點4可以與井上人員相互之間移動無線尋呼和對講，實現任務分配和協調控制功能。
在礦井發生緊急情況如突發性災害或事故時，井下的有線通訊網絡遭到破壞，有線通訊方式失效，這時移動無線傳感器節點7隨即通過自組織方式形成應急通訊網，並與井下救援人員9攜帶的移動無線搜索設備9a組成應急通訊與救援網絡，這個網絡由井上救援指揮中心8、井下救援人員9、無線通訊鏈路10、配置有無線傳感器通訊設備7a的被困井下礦工7b即移動無線傳感器節點7組成；同時，很可能會出現部分被困井下礦工7b和另一部分井下礦工7b相互隔離並無法聯絡的通訊孤島網絡11，這樣的通訊孤島網絡11可以有若干個，由數目不等的移動無線傳感器節點7及其之間的無線通訊鏈路10組成，也可能只有一個獨立的移動無線傳感器節點7構成。
井下救援人員9身上裝有收發天線9b的移動無線搜索設備9a搜尋並連接到某通訊孤島網絡11中的任一移動無線傳感器節點7後，即可在井上救援指揮中心8、井下救援人員9、被困井下礦工7b之間建立臨時的應急通訊網絡，該通訊孤島網絡11隨即被救活，井下救援人員9又可利用被救活網絡中有效的移動無線傳感器節點7作為信息中繼，繼續搜尋其他尚待救援的通訊孤島網絡11，該模式下的網絡完全以無線方式工作，也可以以有線和無線混合方式工作。
當井下救援人員9與井上救援指揮中心8之間的距離已超出無線通訊的有效範圍時，需要隨行攜帶內置通訊傳輸電纜的探險繩來保持與井上的通訊聯絡。井下救援人員9利用接受移動無線傳感器節點7發出的有效信息，得到井下礦工7b位置和他們所處環境參數如溫度、氧氣濃度、有害氣體情況等，實現救助和搜尋被困或遇難人員；而井上救援指揮中心8在及時獲得上述參數後，可遠程指導井下礦工7b做出快速合理的營救決策，引導他們採取合適的救援措施。同時，井下災害應急通訊網絡中的通訊孤島網絡11內部也可進行移動無線傳感器節點7之間的無線通訊交流，使井下礦工7b互助互救、協調行動。因此，在礦井災害應急通訊網絡環境中，移動無線傳感器節點7實現的功能有1、應急語音或數據通訊功能；2、災害環境參數採集、處理和傳輸；3、接受指揮中心和救援人員的調度和協調，實施自救和互救。
井下救援人員9攜帶的移動無線搜索設備9a從功能上可以看作是災害應急通訊網絡的網關，它具有兩種通訊接口作用一方面以無線方式搜索井下的自組織無線應急通訊網絡，與之建立無線通訊鏈路；另一方面以無線或有線方式與井上救援指揮中心8建立通訊聯繫。
本發明採用無線通訊和傳感器新技術，提出一種可同時應用於礦井安全監控和災害應急通訊系統的新型網絡，這種網絡是一個物理網絡、兩種工作方式，無需重複建網，其核心是實現集網絡復用性和功能復用性特點於一體的移動無線傳感器節點7的功能及其通訊。
具體實施過程中復用型的移動無線傳感器節點7功能實現為移動無線傳感器節點7在如附圖1和圖2所示的兩種礦井環境網絡模式中分別實現相應的多種功能，因此設計的移動無線傳感器節點7的無線傳感器通訊設備7a包括了下列一些功能組件1、可攜式的環境參數(如有害氣體濃度、氧氣濃度和溫度、溼度等)檢測儀器，不僅實現井下環境參數的移動、無死角檢測，而且可利用多傳感器信息融合獲得更高檢測精度，並能夠及時發現失效傳感器；2、目標定位和跟蹤裝置，借鑑RFID的思想，實現井下礦工7b的目標定位和跟蹤，定位精度取決於固定的無線設備接入點4的分布密度和與移動無線傳感器節點7的無線射頻通訊鏈路6的距離；3、無線尋呼裝置和對講裝置；4、人機接口設備，考慮到井下作業環境的實際情況，設計安裝蜂鳴器、按鍵、液晶顯示屏等器件，預編制簡便的操作程序或參數設置，使移動無線傳感器節點7的使用簡單、直觀友好。
利用有線骨幹網絡接入1連接無線設備接入點4、連接移動無線傳感器節點7形成礦井安全監控的網絡體系結構。
利用井上救援指揮中心8連接井下救援人員9、連接被困井下礦工7b即移動無線傳感器節點7形成自組織災害應急通訊網絡結構。
礦井安全監控和災害應急通訊系統利用先進的語音處理技術，將語音信號數位化、壓縮、打包，以有線或無線信道傳輸實現對移動人員目標的信息交流、任務分配和協調指揮。
設計復用型的移動無線傳感器節點7，是實現智能化、網絡化的關鍵，在實施時還需進一步完善以下各點1、智能傳感信息的處理、傳輸和表達方法。研究探索可應用的智能傳感信息的數據獲取形式和類別，優先分級處理的原則和方法，基於無線傳感器網絡的帶寬自適應信息壓縮和傳輸規則，以及傳感信息在控制中心界面上的簡單直觀表達方式。
2、標準化的數字接口。參照IEEE1451.1/.2/.5標準實現智能傳感器接口模塊(STIM)，包括電子表單(TEDS)等，參照IEEE802.15.4標準實現無線傳感器網絡互連，設計出符合國際標準、即插即用的智能化無線傳感器接口協議，改變目前各廠家礦井安全監控系統和功能模塊接口協議各不相同、互不兼容的狀況，推動礦用無線傳感器網絡接口協議的標準化、規範化和通用化。
綜合考慮網絡帶寬、節點造價、體積、功耗和安全性等因素，選用微功耗、緊湊型、高集成度的商用器件縮小節點體積，降低成本；選用本質安全型防爆組件，通過可靠的保護電路和外形結構，抑制可能發生的電火花和熱效應，設計高安全性移動無線傳感器節點。各功能單元採用模塊化設計方法，通過系統集成，可為不同類型和任務的作業人員提供相應的功能配置和組合；無線傳感器通訊設備7a組件可以集成置於井下礦工7b佩戴的安全帽體中，它具有便攜性、標準化、智能化、可擴展等特點，稱為「智能」安全帽。
3、完善自組織災害應急通訊網絡。在礦井正常運行情況下，有線網絡通訊通暢，井下形成多個以無線設備接入點4為通訊中心的局部無線傳感器網絡，在這種局部網絡中，由於存在唯一中心控制點即無線設備接入點4，並且是單跳通訊，可採用成熟的主從式無線網絡控制協議。礦井發生緊急情況如災害後形成的自組織災害應急通訊網絡，需要進一步具體規劃其網絡體系結構包括物理層、數據鏈路層、網絡層等，其中(1)、物理層設計方面，本發明採用迅速發展的無線電通訊技術，礦井下無線電通訊實質上是借用巷道的縱嚮導體作為波導，所以電波在巷道中傳播也呈現出導波特性，利用900～3000MHz這一頻段可實現井下徑向無線通訊。
(2)、數據鏈路層設計方面，井下應急通訊網絡屬於樹枝狀動態拓撲結構，這種網絡的拓撲結構會頻繁發生變化，因此不採用基於預約的媒體訪問控制協議(MAC協議)，而採用基於隨機競爭或者是預約與隨機競爭相結合的MAC協議；應急通訊網絡的載波偵聽多路訪問(CSMA)應進一步引入節能和適應動態拓撲的措施，如無線信道周期性監聽、反饋控制數據發送速率等。
(3)、網絡層設計方面，網絡層需要為動態拓撲網絡提供可靠的路由選擇，而應急通訊網絡屬於局部線形、全局樹杈形拓撲結構，同時這種網絡路由跳數可能很多，應儘量避免維護龐大、多變的路由表，因此本發明利用無線傳感器網絡路由思想來改進傳統的「泛洪」(Flooding)協議思想，綜合考慮能耗、帶寬、公平性等多種因素，設計不需要維持網絡動態拓撲結構、路由表的路由協議，並避免了信息爆炸問題。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明的礦井安全監控和災害應急通訊系統及其運行方法進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種礦井安全監控和災害應急通訊系統，其特徵在於由依次電連接的骨幹網絡接入(1)、網關設備(2)、現場總線(3)和無線設備接入點(4)，以及與兩兩無線設備接入點(4)間的現場總線(3)電連接的現場總線測控設備(5)組成的有線網絡系統，所說有線網絡系統中的無線設備接入點(4)經無線射頻通訊鏈路(6)電連接有多個移動無線傳感器接點(7)，以構成礦井安全監控網絡體系結構；災害應急通訊網絡體系結構為所說移動無線傳感器接點(7)中置有無線傳感器通訊設備(7a)，所說無線傳感器通訊設備(7a)之間經無線通訊鏈路(10)電連接，用於在移動無線傳感器接點(7)之間組建通訊孤島網絡(11)；所說無線傳感器通訊設備(7a)與井上救援指揮中心(8)間通過移動無線搜索設備(9a)經無線通訊鏈路(10)電連接，用於建立起災害應急通訊網絡；所說移動無線搜索設備(9a)置於井下救援人員(9)處，井下救援人員(9)通過移動移動無線搜索設備(9a)與移動無線傳感器節點(7)或通訊孤島網絡(11)進行通訊連接，用以確保無線傳感器通訊設備(7a)與井上救援指揮中心(8)間通訊的暢通；該網絡屬於全局樹杈形、局部線形的動態拓撲結構，包括物理層、數據鏈路層、網絡層；礦井安全監控和災害應急通訊系統利用語音處理技術，將語音信號數位化、壓縮、打包，以有線或無線信道傳輸實現對移動人員目標的信息交流、任務分配和協調指揮。
2.根據權利要求1所述的礦井安全監控和災害應急通訊系統，其特徵是無線傳感器通訊設備(7a)內置有相互電連接的可攜式環境參數部件、目標定位和跟蹤裝置、無線尋呼裝置和對講裝置、人機接口設備以及無線射頻通訊鏈路(6)無信號時自動啟動無線通訊鏈路(10)工作的裝置。
3.根據權利要求1所述的礦井安全監控和災害應急通訊系統，其特徵是無線傳感器通訊設備(7a)的工作頻段為900～3000MHz。
4.根據權利要求1所述的礦井安全監控和災害應急通訊系統，其特徵是移動無線搜索設備(9a)經收發天線(9b)與無線傳感器通訊設備(7a)和井上救援指揮中心(8)的無線通訊鏈路(10)電連接。
5.根據權利要求1所述的礦井安全監控和災害應急通訊系統，其特徵是井下救援人員(9)與井上救援指揮中心(8)間置有內置通訊傳輸電纜的探險繩。
6.根據權利要求1所述的礦井安全監控和災害應急通訊系統的運行方法，包括有線網絡系統與多個移動目標進行無線射頻通訊，其特徵在於有線網絡系統實時監控本系統於井下各設備的完好狀態，並經無線射頻通訊鏈路實時接收多個移動目標發送的現場信息，即井下現場的礦工位置和他們所處環境的參數，即溫度、溼度、氧氣濃度、有害氣體情況；當有線網絡系統獲知其井下的設備處於非正常狀態時，則即刻指令與其進行無線射頻通訊的多個移動目標立即自動轉換成無線通訊鏈路電連接，並同時啟動井上救援網絡工作；或移動目標接收不到無線射頻通訊信號時，也立即自動轉換成無線通訊鏈路電連接。
7.根據權利要求6所述的礦井安全監控和災害應急通訊系統的運行方法，其特徵是所述的災害應急通訊網絡模式以無線或有線與無線混合方式工作。
全文摘要
本發明提出一種礦井安全監控和災害應急通訊系統及其運行方法。系統包括由依次電連接的骨幹網絡接入、網關設備、現場總線和無線設備接入點，以及與兩兩無線設備接入點間的現場總線電連接的現場總線測控設備組成的有線網絡系統，多個移動無線傳感器接點經無線射頻通訊鏈路與有線網絡系統中的無線設備接入點電連接，移動無線傳感器接點中置有無線傳感器通訊設備。方法包括兩種模式，在礦井正常作業時，網絡是安全監控模式，無線傳感器節點作為移動目標提供定位、跟蹤和通訊功能；在礦井發生緊急災害時，井下有線通訊方式失效，無線傳感器節點即啟動自組織方式構建應急通訊模式，本發明可同時滿足礦井環境安全運行監控和災害通訊與救援的需求。
文檔編號E21F17/00GK1702301SQ200510040768
公開日2005年11月30日 申請日期2005年6月22日 優先權日2005年6月22日
發明者馬祖長, 孫怡寧, 梅濤, 王銳, 馬以武, 周旭, 楊新剛, 蔡林沁, 黃健, 丁力, 徐姝 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院