LTE通信技术在煤矿的应用研究

分析了当前煤矿无线通信系统的现状以及矿井信息化、智能化发展对无线通信系统的应用需求,介绍了LTE通信技术的优势,提出了矿用LTE无线通信系统的网络架构设计,展望了LTE通信技术在煤矿的应用前景。     

现代化矿井通信技术与系统

提出了由矿用有线调度通信系统、矿井移动通信系统、矿井广播通信系统和矿井救灾通信系统等组成的煤矿井下通信技术体系。提出矿用调度通信系统应采用矿用有线调度通信系统。提出全矿井移动通信系统宜采用WiFi、3G、4G等通信技术。提出矿井广播通信系统既可采用矿用有线调度通信系统远程供电广播技术,也可采用基于以太环网和无源光网络的IP通信技术。提出矿井救灾通信系统应采用无线多媒体通信技术,宜采用WiFi和MESH等通信技术。提出矿井移动通信系统应满足手机脱网通信、基站脱网通信、无线自组织网络、接入煤矿井下有线宽带传输平台等要求。指出在手机脱网通信、接入煤矿井下有线宽带传输平台、无线自组织网络、矿用无线摄像机、基站脱网通信、多功能矿井移动通信系统、矿井无线宽带传输等方面,WiFi优于WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。提出多功能矿井移动通信系统和矿井无线宽带传输宜采用WiFi。     

F5G工业光环网通信技术及其在煤矿的应用与展望

矿井传统有线通信网络存在带宽固定、有效利用率低、时延较高、系统配置不灵活等问题,无法满足矿井智能化业务发展需求。矿用5G及WiFi6无线通信存在巷道衰减大、可靠性不及有线通信的问题。针对F5G（第5代固定网络）工业光环网通信技术的特点,指出F5G工业光环网通信技术是矿井有线通信的发展趋势。介绍了F5G工业光环网的2个关键技术：10 Gibit/s PON（无源光网络）技术、数智光分配网（DQ ODN）技术;比较了F5G工业光环网与传统有线网络在网络时延、电气安全、业务安全、施工安全、维护安全等方面的优势。结合F5G工业光环网通信技术在煤矿井下应用的需求特点及建设实例,分析了F5G工业光环网通信技术在井下工业远程控制、高清视频回传、工业网络迁移、远程故障诊断、无线网络信号回传等场景的具体应用,指出F5G工业光环网通信技术在矿井应用的不足与前景：(1)基于F5G工业光环网通信技术的矿用设备种类较少。(2)在不同场景的适应性、不同业务种类的适配性方面有待提升。(3) F5G工业光环网通信技术在系统接口与协议方面与传统以太环网通信接口相同,终端设备无需更改适配即可接入使用,是未来煤矿场景工业网...     

煤矿井下无线通信技术演进

矿井通信是煤矿智能化发展不可或缺的一环。分析了煤矿井下无线通信不同发展阶段不同通信制式和技术的优缺点,得出目前5G、WiFi6在传输速率、时延、可靠性及用户容量方面具有较大技术优势及较好的适用性,是近阶段矿用无线通信技术的主流解决方案。探讨了井下无线通信系统建设面临的问题及对应的发展方向：(1)技术融合问题。不同场景对带宽、时延、功耗、可靠性有不同要求,单一的通信技术难以满足煤矿所有应用场景的需求,必须根据实际应用情况,选择适合的通信技术来满足应用需求,不同技术通过协议转换器、网关等设备实现融合,形成井上下多技术融合的一体化通信网络平台。(2)系统融合问题。由于各系统由不同厂家提供,通信协议及硬件接口不一致,难以真正实现矿井各系统数据共享,应提供标准接口、开放的网络架构、统一的用户数据,为监控、应急、生产等系统提供互联互通功能,并进一步提供统一数据报文,让数据在各系统内低延时、高并发、实时、同步地流通。(3)设备功耗问题。现有矿用5G基站等由于设备本身功耗大,只能做成功能单一的隔爆型产品,设备笨重、体积大,安装维护困难,制约了5G技术在矿井的普及推广,可从主芯片、射频模块、功率放大模块...     

煤矿5G无线通信系统建设构想

提出了煤矿5G无线通信系统的基本架构:5G核心网、基带处理单元(BBU)、远端汇聚站(RHUB)及5G基站之间由5G承载网连接,实现各网元之间信令传输;井下采用5G基站及天线实现井下无线信号覆盖,基站通过RHUB进行汇聚后,与BBU相连并接入5G核心网。比较了用户面功能/移动边缘计算(UPF/MEC)下沉与独立专网2种5G核心网建设方案的优缺点;研究了5G核心网与BBU之间、BBU与RHUB之间、RHUB与5G基站之间的承载网,重点介绍了5G核心网与BBU之间承载网常用的光纤直连、切片分组网(SPN)及第五代固定网络(F5G)3种承载方式的特点及适用场景;给出了煤矿5G基站、5G终端及5G通信模组等设备的设计方案。结合5G通信技术特点和煤矿智能化发展需求,探讨了5G无线通信系统在煤矿的典型应用,如融合一体化通信、高带宽业务应用、智能工作面业务应用、矿山车辆远程控制或无人驾驶等。指出小型化行业5G核心网设计、矿用5G基站等设备的低功耗及本安化设计、700 MHz频段5G设备的井下应用以提升5G基站覆盖范围、矿用5G手机终端的定制及行业APP的开发、低功耗5G通信模组的开发、结合现场需求更多行业应用场景的深入挖掘等是煤矿5G无线通信系统进一步的优化方向。     

5G技术在煤矿掘进工作面运输系统中的应用

针对掘进工作面运输系统通信网络存在的接入能力不足、传输可靠性低、传输带宽不足等问题,探讨了5G技术在煤矿掘进工作面运输系统中应用的必要性和可行性：经过优化设计的矿用5G系统性能指标达到预期,完全能够满足当前煤矿智能化建设对无线通信系统的需求;矿用5G通信模组、5G客户终端设备（CPE）为掘进工作面各类设备及传感器接入5G网络提供了设备支持。介绍了5G设备的矿用化改造重点解决的问题：建立了矿用5G网络架构,以满足井下5G信号覆盖需求;针对5G设备功耗大的问题,对其结构进行了优化设计,并设计了散热装置;解决了5G基站多路射频输出与天线增益叠加后射频功率超标的问题。给出了掘进工作面运输系统5G网络架构及功能,借助5G网络大带宽、低时延、高可靠、广接入的特性,可实现掘进工作面运输系统各类传感设备的统一接入、各环节的高清视频监控、远程集中控制。     

依托3G技术创新图书馆服务

3G（3rd—Generation,第三代移动通信技术）是将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统,是包括标准的制定、系统网络、终端及应用开发等在内的一个整体概念,实现移动通信的全球化、多媒体化、综合化、智能化和个人化是其发展的目标。3G与前两代通信技术的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升,其传输速率高达2Mbit／s,带宽可达5MHz以上。     

从煤矿机械化到自动化和智能化的发展与创新实践——纪念《工矿自动化》创刊50周年

回顾《工矿自动化》杂志推动和见证中国煤炭50年从煤矿机械化到自动化和智能化发展与创新实践的发展概况,阐述了煤矿自动化和智能化的创新历程。对煤矿信息基础设施、自动化及智能化装备和系统的研发与实践进行了分析。实现异构网络融合与统一承载是煤矿自动化、智能化的信息基础。在主干网+接入网异构网络不断成熟的基础上,有线通信传输速率已达10 Gibit/s以上,5G和WiFi6等无线通信技术得到广泛应用,为煤矿智能化建设提供了可靠的通信平台;将有线通信、无线通信、IP广播、人员位置监测系统、视频监控系统融合,构建多网融合通信系统,实现了融合承载网络与统一位置服务。煤矿自动化、智能化装备发展迅速,采煤工作面在实现工作面采煤机记忆截割、液压支架自动跟机移架等技术的基础上,探索基于透明地质的工作面自适应截割技术、自动放煤控制技术等;掘进工作面在实现仿形截割、定位导航、远程控制的基础上,针对钻锚一体化、多机协同、基于地质模型的掘进截割模板规划等技术进行攻关,取得较好效果;智能变频节能传动支撑煤流运输系统智能装备发展;煤矿机器人集成研发及应用,巡检机器人成熟应用,智能辅助作业机器人得到攻关,多场景机器人集群调...     

基于3G技术的远程医疗监护系统设计

随着计算机技术、WI-FI无线通信技术和3G通信技术的发展,结合医疗监护应用的需求,设计实现一种采用3G通信和WI-FI无线通信技术为通信手段的远程医疗监护系统。这种远程医疗监护系统,能随时随地实现对病患者的远程医疗监护,及时将病患情况反映给医生及其家属,以应对病患者可能的突发情况,大大提高了护理效率。     

WiFi通信技术在煤矿信息化中的应用分析

针对煤矿信息化发展对矿井通信系统网络扩展性、兼容性和通信速率的需求,介绍了WiFi通信技术的特点,从有线通信网络的延伸、无线调度通信、应急通信、数据采集和控制命令传输等方面分析了WiFi通信技术在煤矿信息化中的典型应用,提出了WiFi通信技术应与4G通信技术、矿井物联网通信技术等相互融合,以推动煤矿信息化进一步发展。     

煤矿自动化与信息化技术回顾与展望

目前,煤炭在我国能源生产结构中的占比为74.29%,在我国能源消费结构中的占比为71.26%,又是廉价、供应可靠、可洁净利用的能源,它与石油、天然气相比储产比最大,而核电、水电、风电等能源规模又无法与其相比,因此,煤炭仍将是我国的主要能源。"十一五"期间,煤矿安全监控、煤矿井下人员位置监测、煤炭产量远程监测、全矿井移动通信、无人值守远程监控技术及系统取得了突破和快速发展,在煤矿安全生产工作中发挥着重要作用。今后还需进一步加强传感器无盲区布置方法,基于煤矿安全监控系统的瓦斯、火灾、冲击地压等煤矿重大灾害预警技术,无人工作面遥控技术,本质安全无线通信与光纤通信技术,煤矿井下人员精确定位技术,煤矿井下生命探测技术,基于3D GIS的煤矿安全生产管理信息系统等的研究。     

全源矿井定位:一种智能煤矿位置服务新范式

矿山动目标定位系统为煤矿智能化建设提供基于位置的服务。而传统的矿井定位系统中定位信标与定位标签之间大多采用单一或组合通信技术,结构不灵活,覆盖范围受限,鲁棒性不高,定位精度有限;使用单一或组合测距技术,无法根据使用场景的不同自适应选择最优测距技术;位置求解算法固定,无法根据使用场景的不同和信号变化自适应选择最优求解算法。提出了全源矿井定位新范式,可根据定位环境和目标承载平台的变化,从所有可用定位信号测量设备中动态选择满足当前需求的最优设备组合,自适应地从可用的测距算法、位置解算算法、结果优化算法中选择最优的算法组合,计算出目标节点的最优位置。给出了全源矿井定位系统架构,探讨了矿井中可用的定位信号测量设备和可用于定位的测量属性值类型,对比了单一矿井定位与全源矿井定位在定位服务器方面的功能差异。研究了全源矿井定位中的3项关键技术:统一定位框架技术,旨在解决全源定位的模块化、组合式、可扩充需求;全源定位信息融合技术,对测量属性值进行有机组织,达到提高定位精度的目的;通信定位一体化技术,通过无线通信网络本身所具有的定位能力,简化全源矿井定位系统的设计并提高定位精度。提出了基于“端-边-云”的全源矿井定位系统实施架构,以便与煤矿智能化的主流建设模式相适应,大幅降低实施难度和系统成本。     

5G概述及关键技术简介

第五代通信系统是面向2020年以后人类信息社会需求的无线移动通信系统,它是一个多业务技术融合的网络,通过技术的演进和创新,满足未来广泛的数据、连接的各种业务不断发展的需要,提升用户体验。本文首先介绍5G的概念,然后阐述了5G的性能指标,重点对5G的关键技术进行论述,这些关键技术包括新型多天线技术、高频段的使用、同时同频全双工、设备间直接通信技术、自组织网络。     

煤矿绿色无线通信关键技术探讨

从透地通信、感应通信、漏泄通信、小灵通通信、WiFi通信及3G通信等煤矿无线通信技术的现状出发,分析了现有煤矿无线通信技术存在的问题;结合绿色无线通信的概念和特点,详细介绍了煤矿无线通信网络能效分析、煤矿绿色无线通信标准建立、高能效覆盖方法设计、无线网络协作通信技术及高能效实时传输技术等煤矿绿色无线通信的关键技术。     

基于电信公网实现的煤矿CDMA无线通信系统

介绍了一种基于电信公网建成的矿用CDMA无线通信系统。该系统将电信CDMA公网信号引入井下,使井下CDMA系统和地面已有的电信CDMA公网形成一体,可确保矿区无线信号的覆盖,同时手机用户也可以在全国自由漫游使用;在CDMA网络平台上还能够扩展PTT对讲、数据与视频通信、手机远程监测安全隐患与管理等功能。     

基于移动互联网的煤矿安全智能监控系统设计

摘要：近年来,煤矿重大事故频发,其中一个主要的因素就是现有煤矿安全监控系统较为封闭,隐患信息只能通过监控中心获取,缺乏及时性与移动性,安全隐患不能随时随地传递给相关负责人,安全监管较为被动;随着3G网络的发展和移动终端性能的不断提高,移动互联网技术日渐成熟,监控系统实时化、移动化成为必然趋势,也是现代煤矿安全监控的必然需求。本文通过对移动互联网技术以及煤矿安全监控系统现状进行分析,提出了基于移动互联网的煤矿智能安全监控系统整体框架设计,详细阐述了系统的层次结构以及关键技术,并在此基础上实现了系统的应用。     

矿用5G频段选择及天线优化设置研究

矿井无线通信和矿用5G移动通信技术是煤矿智能化关键技术之一。为提高煤矿井下无线传输距离、绕射能力及无线通信系统的稳定性和可靠性,减少基站用量、组网成本和维护工作量,研究了矿用5G工作频段和基站天线位置对无线传输损耗和传输距离的影响。主要结论如下:①煤矿井下无线发射功率受本质安全防爆限制,接收灵敏度受电磁噪声限制,天线增益受本质安全防爆和巷道空间限制。在煤矿井下无线发射功率、接收灵敏度、天线增益受限的情况下,应通过优选无线工作频段和优化天线设置位置,提高矿井无线传输距离和绕射能力,提高系统稳定性和可靠性,减少基站用量、组网成本和维护工作量。②矿用5G工作频段应优选700 MHz。煤矿井下700 MHz频段与现有5G其他工作频段2.6,3.5,4.9 GHz相比,具有无线传输损耗小、无线传输距离远、绕射能力强、基站用量少、组网成本低和维护工作量小等优点。③提出的传输损耗/位置变化率分析方法便于分析巷道横向不同区域位置变化引起的无线传输损耗变化情况。④无线基站天线应靠近巷帮设置,距巷帮不小于0.01 m,垂向位于巷道高度约2/5处。这样既不影响行人和行车、便于安装维护,也可以满足无线传输损耗较小、无线传输距离较远的要求。⑤矿用手机、人员定位卡、便携式无线甲烷检测报警仪、多功能无线矿灯、便携式无线摄像机、便携式无线仪器设备、可穿戴无线设备、车辆定位卡、车载无线设备、无线摄像机、无线传感器、物联网设备等无线终端,在不影响使用的条件下应尽量靠近巷道中心,以提高无线传输距离。     

WCDMA无线通信系统在煤矿的应用分析

针对当前煤矿对无线通信系统的要求,分析比较了现有矿用无线通信系统的特点,阐述了WCDMA矿用无线通信系统的优势,并对其关键技术进行分析;介绍了该系统的网络架构和功能特点。应用结果表明,该系统能够满足煤矿日常生产管理的通信需要。     

煤矿井下有线宽带信息传输研究

指出要实现煤矿井下固定岗位无人值守、综采和综放等采煤工作面少人作业,应装备具有地面远程控制功能的煤矿监控系统、监视系统、矿用调度通信系统和矿井移动通信系统等;提出矿井信息传输系统应满足传输带宽宽、有线与无线相结合、抗故障能力强、传输距离远、可靠性高、标准化、安全性好等要求;在分析星型、环型、树型和总线型等煤矿井下有线传输网络结构优缺点的基础上,提出了双巷双缆、单巷双缆、单缆双树冗余结构,认为理想的煤矿井下有线传输网络应采用双巷双缆或单巷双缆双树冗余结构;提出煤矿井下有线宽带传输应采用基于无源光网络的矿用以太网或基于有源光网络的矿用以太网的观点,并提出了这两种矿用以太网的主要性能与技术指标要求。