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。     

煤矿智能化与矿用5G

针对煤矿井下电气防爆、无线传输衰减大等特点,分析了矿用5G技术和适用范围:矿用5G宜采用本质安全型防爆;用于控制的矿用5G应具有较强的抗干扰能力;采煤工作面和掘进工作面地面远程控制宜选用矿用5G;煤矿井下车辆无人驾驶地面远程控制宜选用矿用5G;没有针对矿井移动通信特点研发的矿用5G性价比低于矿用WiFi移动通信系统;严禁用矿用5G移动通信系统替代矿用有线调度通信系统;没有针对煤矿安全监控特点研发的矿用5G不能替代煤矿安全监控系统;没有针对矿井动目标精确定位特点研发的矿用5G定位精度低于矿用UWB精确定位系统;450～6 000 MHz频率范围的矿用5G传输速率低于矿用WiFi6;没有针对煤矿井下固定设备监控特点研发的矿用5G可靠性低于矿用有线监控系统。指出了亟需针对煤矿井下安全生产特点,研发矿用5G,而不仅仅是对现有地面5G产品进行防爆改造。     

煤矿井下无线传输衰减分析测试与最佳工作频段研究

5G,UWB,ZigBee,WiFi6等矿井移动通信、人员及车辆定位、无线传输等技术在煤矿井下应用,促进了煤矿安全生产和煤矿智能化建设。然而受电气防爆的限制,煤矿井下无线发射功率不大于6 W,制约着矿井无线传输距离,增加了基站用量和系统成本,不便于系统使用和维护。在无线发射功率受电气防爆限制的条件下,选择传输衰减较小的无线工作频段,可有效提高无线传输距离,减小基站用量和系统成本。为满足矿井无线传输工作频段选择与优化的需求,在国家能源集团国神公司三道沟煤矿的辅助运输大巷和综采工作面分别进行了700 MHz～6 GHz频段的无线传输测试,并对测试结果进行了分析,提出了矿井无线传输优选频段：(1)辅助运输大巷无线传输的最佳工作频段为700～910 MHz。(2)综采工作面无线传输的最佳工作频段为700～1 710 MHz。(3)辅助运输大巷无线传输衰减比综采工作面无线传输衰减小,且随着频率增大,辅助运输大巷与综采工作面无线传输衰减的差值变小。(4)矿井无线传输的最佳工作频段为700～1 710 MHz。     

大柳塔煤矿智能化建设实践

针对智能矿山建设要求,详细介绍了大柳塔煤矿多年来智能化建设成果,主要包括：(1)基础条件建设。亿吨级煤矿生产指挥系统、海量数据综合管控平台、煤矿一体化矿图协同管理平台、煤矿安全监控系统数字化升级改造、信息基础与网络建设。(2)示范工程技术应用成果。中厚煤层智能综采工作面、厚煤层智能综采工作面、连续采远程控制技术、两臂组合式智能锚杆钻车、矿用智能巡检机器人、无人值守带式输送机、采掘工作面智能化远程控制技术、智能喷浆机器人。     

基于3G和H.264的无线视频监控系统的设计

设计了一种基于3G网络和H.264视频压缩技术的无线视频监控系统。相比传统的无线视频监控系统,本文采用3G标准之一的CDMA2000无线传输网络,大大提高的传输速率,而H.264视频压缩技术以其高压缩率大大节省码流,最后在无线视频传输部分引入了RTP协议和RTCP反馈控制使传输效率得到提高。结果表明,该系统设计合理,满足无线视频监控系统的要求。     

矿井宽带无线传输技术研究

提出了矿井宽带无线传输技术是解决采掘工作面移动监控、监视和语音通信需求的关键技术。提出了矿井宽带无线传输应满足传输带宽宽、便于接入有线宽带网络、中继设备少、体积小、发射功率小、电磁兼容性好、安全性好、传输协议标准化、电源电压波动适应能力强等要求。提出了漏泄通信不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下局部通信等;感应通信不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下救灾通信等;透地通信不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下避难硐室等应急通信;小灵通、CDMA、GSM、Bluetooth不能用作矿井宽带无线传输技术;RFID不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿物联网、矿用设备管理和防碰撞等;ZigBee不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下人员、胶轮车、电机车等动目标精确定位和矿用传感器无线传输等;UWB不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下生命探测、防碰撞、煤矿井下人员和胶轮车等动目标精确定位等;WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等3G不能用作矿井宽带无线传输技术,但可用于煤矿井下语音移动通信等。提出了矿井宽带无线传输技术宜采用WiFi,4G有可能成为未来矿井宽带无线传输技术。     

基于H.265标准的高清网络摄像机设计

基于H.265视频压缩标准的500像素高清网络摄像机,具备多种视频预处理功能,有利于提高视频质量.采用H.265视频编码压缩技术,具有较高的压缩比,在较窄的网络带宽条件下,能够传输流畅的高清视频信号,降低了对网络传输带宽的要求,有利于高清视频网络监控的推广和应用.     

基于云平台的综采设备群远程故障诊断系统

目前开发的综采设备远程故障诊断系统大多是针对采煤机、刮板输送机、带式输送机等单机设备,以及基于视频或虚拟现实的专家远程指导维护系统,而集云平台、远程故障诊断和专家远程指导维护于一体的设备群故障诊断系统研究很少。针对该问题,设计了一种基于云平台的综采设备群远程故障诊断系统。首先通过传感器采集综采工作面采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、乳化液泵站、带式输送机及供电系统等的状态监测信息;然后通过煤矿井下环网将综采设备群运行状态监测信息传输到地面服务器,地面服务器对接收到的信息进行智能故障诊断分析、数据存储、报警查询等;最后通过MQTT协议将地面服务器的综采设备群状态监测信息按照统一格式传输至云服务器进行数据处理及格式转换,并将转换后的数据利用4G/5G网络传输至移动端和通过MQTT协议传输到PC端,从而实现综采设备群运行状态监测的可视化、故障查询、故障报警及故障预警信息的及时推送。以可视化视频监控为媒介,当综采设备出现故障时,视频信息可实时转接至对应专家,专家通过视频信息远程指导井工人员进行远程维护。该系统在陕西黄陵煤矿综采工作面进行了测试,结果表明:该系统实现了综采工作面设备群的远程故障诊断,通过手机移动平台可以实现综采工作面设备群运行状态实时监测和故障预警信息的及时推送,降低了综采工作面设备群的故障率和非计划停机次数,生产效率提高了约30%。     

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。     

4G离安防还有多远

对布线困难或无法布线的应用场合，无线传输成了实时监管的唯一选择。但在3G时代，3G只是一个噱头，它的应用一直停留在理论值上。以3G中最成熟的WCDMA为例说明，该第三代无线通讯技术的最大理论下行带宽为14AMbps、上行带宽为5．76Mbps，均高于TD—SCDMA和CDMA 2000（EVDORA）。按说，如此大的理论带宽，传输1080P实时视频是没有问题的。但实际应用中，我们发现，采用3G网络传输，连D1格式的标清视频都难以做到实时传输，更别说高清传输了，这一度让车载实时监控、应急指挥等远程无线传输应用陷入两难境地。     

JPEG2000的近距离无线视频传输系统设计

采用现有的3G移动通信网络来实现无线视频传输的方法适合远距离使用,在近距离时使用这种传输方式不仅费用高,而且带宽得不到保证。针对以上问题设计了一种近距离无线视频传输系统。系统采用专用的JPEG2000视频压缩器件ADV212来实现视频压缩;基于多外部接口和低功耗的考虑,选用Cortex-M3内核的嵌入式处理器LPC1768对整个系统进行控制;无线传输采用nRF24LU1+来实现。     

基于物联网的智能家居远程监控系统设计与实现

为了以较低成本实现家居的智能化远程监控,设计一种基于物联网的智能家居远程监控系统。采用Zig Bee、WIFI技术将家电、摄像头、控制器等组成物联网,实现对家电的远程控制和无线视频传输。以JN5139芯片为核心设计了各个Zig Bee终端节点,采用星型网络实现Zig Bee无线组网;以ARM11 S3C6410控制板为核心设计了无线视频监控模块。阐述了Zig Bee无线组网流程和数据帧结构;通过视频压缩编码,降低了视频图像的计算复杂度;采用AT命令驱动EM560 3G模块实现短信传输。系统测试结果表明:该系统Zig Bee无线组网时间约1 s左右,Zig Bee无线通信距离最大可达100 m左右,无线视频传输速率为250 Kb/s,完全满足家庭远程监控的需求。系统具有开发成本低、操作方便、功耗低等优点,具有一定的应用推广价值。     

安全高效矿井监控关键技术研究

提出安全高效矿井应采用先进可靠的监控技术,实现供电、排水、通风、压风、运输、提升、瓦斯抽采等固定岗位无人值守和地面远程控制,综采、综放等采煤工作面少人作业和地面远程控制;提出供电、排水、通风、压风、运输、提升、瓦斯抽采等监控系统应具有地面远程控制功能;提出具有远程控制、报警联动、调度指挥等功能的煤矿调度指挥控制中心;提出整合计算机网络机房、程控交换机机房、调度交换机机房、监控系统机房等的数据中心;提出基于煤层瓦斯压力和瓦斯含量、综合指标、钻屑瓦斯解吸指标、复合指标、R值指标、瓦斯涌出量(根据瓦斯体积分数和风量计算)、巷道位置、微震、地音、温度等及其变化的煤与瓦斯突出预警方法;提出基于WiFi的矿用无线传输接口,以便于互通互联;提出通过分布式光纤测温预警煤炭自然发火,较通过监测CO等煤炭自然发火标志气体更直接、更及时、更可靠;提出根据运煤量实时调整输送带速度:当煤量较小时降低输送带运行速度,当煤量较大时提高输送带运行速度,以提高运输效率,减少设备磨损;提出基于光纤综合保护的供电监控系统具有防越级跳闸、地面远程整定和地面远程控制功能,提高了煤矿供电的可靠性,可实现煤矿井下机电硐室无人值守;提出具有煤岩识别与滚筒自动调高,采煤机、刮板机、液压支架3机联动,记忆割煤,地面远程、顺槽近程、手动控制和紧急停机,放顶煤量和煤矸控制,采煤机和刮板机等大型机电设备故障诊断等功能的采煤工作面监控系统。     

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。     

矿用5G通信演进技术研究

矿用5G是智能矿山建设的基础,为满足智能矿山多样化的应用需求,需要依托5G通信演进技术推动矿用5G通信演进系统的实现。梳理了矿用5G技术研究及系统部署现状：矿用5G初步实现了音视频通话、高清视频分析、装备远程控制等应用,但存在终端形态单一、上行链路负荷较重、5G通信系统与定位系统分立建设等问题。分析了3GPP Release 17的5G通信演进技术在矿用5G通信中的适用性,指出RedCap轻量化终端技术、NR直连通信技术、NR定位技术将成为矿用5G通信演进的关键技术。研究了矿用5G通信演进关键技术：RedCap轻量化终端技术能够满足矿用无线传感器、单路无线传输的矿用视频监控设备、智能矿灯、智能穿戴设备的低功耗、低成本的多模态终端研发需求;NR直连通信技术应用于矿井自动驾驶车载终端与巷侧设备、应急通信中继设备,可满足矿井自动驾驶和应急通信的低时延、高可靠传输需求;NR定位技术应用于矿井通信定位一体化,可满足矿井通信定位系统融合的技术需求。提出了矿用5G通信演进系统架构,为建设矿用5G全连接矿井、支持多链路无线接入、实现通信感知一体化提供了方向。     

综采工作面视频监控系统优化设计

针对现有综采工作面视频监控系统占用网络带宽大、视频存储不完整、采煤机截割画面不突出、视频拼接画面参差不齐等问题,从系统硬件和软件、视频压缩和拼接算法等方面进行优化设计。硬件方面,引入硬盘录像机,以降低网络带宽占用率,解决视频传输卡顿问题;采用本地存储与远程存储相结合的方式,有效解决了视频存储丢失的问题。软件方面,以突出重点、局部放大为原则,采用实时视频与动画模拟结合的方式显示综采工作面视频画面与设备状态参数,解决了采煤机截割画面不突出的问题。算法方面,提出了基于深度学习的视频压缩方法,除压缩视频数据本身外,对帧间数据也进行压缩,有效降低了算法的码率;采用非线性损失真模型(NAM)矫正算法消除图像畸变,采用加速稳健特征(SURF)检测算法进行特征点检测,并通过双线性插值方法进行图像融合,从而实现全景视频拼接。探讨了综采工作面视频监控技术发展方向,包括摄像仪自清洁技术、智能识别技术、工作面全景视频拼接技术、5G与WiFi6融合通信技术、煤岩界面识别技术。     

基于3G无线网络的高质量实时视频监视系统的设计*

提出了利用3G无线网络传输视频信号的新一代无线视频监控系统,该系统将现场采集的图像经过视频压缩编码模块压缩编码,通过3G无线网络发射到远程监控中心,实现了高质量无线实时远程监控.     

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。     

综采工作面虚拟现实监控系统设计

针对目前综采工作面自动化生产过程中视频监控图像效果差的问题,设计了综采工作面虚拟现实监控系统,详细介绍了系统功能设计、结构组成及系统实现的关键技术。该系统采用虚拟现实技术构建出了高仿真度的虚拟矿井作业场景,实现了综采工作面生产设备实时状态信息的采集、传输、显示、预警以及反向控制等功能,满足了综采工作面自动化生产监控的需求。     

煤矿掘进面远程视频监控系统的设计与应用

针对煤矿井下工作面掘进机采用人工操作方式而导致操作人员得不到人身安全保障的问题,设计了一套基于无线网络传输的煤矿掘进面远程视频监控,介绍了该系统的组成、功能特点及在云驾岭煤矿12113工作面的应用情况。应用结果表明,该系统运行状况良好,能在多煤尘且剧烈振动的环境下进行视频采集、分析、处理及数据传输,在掘进巷道中的无线视频传输距离达40m,视频监控距离达500～20 000m,实现了掘进机的远程可视化监控。