KT101井下无线通信系统在南山矿井下的应用.doc

KT101井下无线通信系统在南山矿井下的应用张庆岐（龙煤鹤岗分公司南山煤矿，黑龙江 鹤岗 154100）摘要：介绍了KT101井下无线通信调度系统解决了南山煤矿井下人员的移动通信及人员的准实时定位问题，改变了目前井下通信手段落后，生产调度指挥不及时的局面,通过先进的定位数据模型算法实现人员的准实时定位。该系统采用的PHS技术是一种成熟的无线通信手段，具备组网灵活、投资省、见效快等优势。关键词：定位数据模型算法；PHS技术；KTW106矿用隔爆型基站 ；组件GIS技术；基站控制器、 0引言随着信息化技术和能源行业的高速发展，煤矿行业的信息化需求日益旺盛。为了解决煤矿行业安全保障、通信管理、生产组织等方面的实际需求，其中KT101井下无线通信调度系统解决了煤矿井下人员的移动通信及人员的准实时定位问题，改变了目前井下通信手段落后，生产调度指挥不及时的局面,通过先进的定位数据模型算法实现人员的准实时定位。该系统采用的PHS技术是一种成熟的无线通信手段，具备组网灵活、投资省、见效快等优势，已经被广泛应用在到多种行业应用当中。1.KT101无线通信在南山矿井下应用区域、覆盖范围1.1项目概述南山煤矿井下通信目前采用固定式防爆电话方式。虽然这种方式在煤矿安全生产、调度指挥和提高生产率方面起到了重要作用，但由于这种防爆电话的通信方式，通信的覆盖范围取决于防爆电话的布设数量与位置，因此，覆盖面小，且只能在固定点使用电话通信。对于井下现场流动的管理人员之间以及管理人员与地面人员之间无法做到随时随地的通话，使得紧急情况下调度指挥无法在第一时间完成，主要负责人不能在第一时间赶到第一现场了解和处理紧急事务，难以满足煤矿安全生产的需要。南山煤矿为建设现代化矿井，提高生产调度效率以及了解下井人员的位置，决定建设矿用小灵通移动通讯系统。作为现代化的移动通讯系统，矿用小灵通系统可以为井下人员提供随时随地的移动通话，实现移动指挥调度功能。同时KT101系统的人员定位功能可以为随时报告下井人员的具体位置，提高煤矿的安全生产。1.2应用区域南山煤矿矿井开拓方式为立井多水平，全矿井划分为三个水平开采。一水平标高-20米，采用集中大巷分组（分区）石门布置。二水平标高-170米，采用中央石门集中大巷布置。三水平标高-320米，采用暗斜井开拓方式，沿井田南、中、北部布置三对机轨下山。立井地面工业广场有矿行政办公大楼、区队办公大楼、三个立井（主、副井及新井）、一条斜井（新西风井）。井田划分为7个自然采区，北五外区、北五区、盆底区、西一区、西二区、西三区、东部区。进行无线系统覆盖，确保生产指挥中心通讯畅通，以达到快速的生产指挥调度、安全生产的目的。1.3覆盖范围根据南山煤矿对无线网络覆盖的要求，无线定位及通信系统对井上、井下的重要区域进行覆盖。南山煤矿需要覆盖的井上、下区域为：井上覆盖区域包括南山地面工业广场、矿办公楼、区队办公楼、职工浴室、主、副井、新井井口、运煤走廊，部分生活区。井下覆盖区域包括西一区、西二区、盆底区、北五外区、一水平大巷、二水平南大巷、二水平北大巷、强力皮带巷、人车暗井系统、西一区采掘工作面、北五区采掘工作面、-180车道、-310机车道、三水平轨道下山、三水平机道下山、三水平南翼轨道下山采区行人及皮带上山、采煤工作面及运输巷道。手机终端提供给主要的基层管理人员和安检、质检等特殊岗位人员。考虑到投资规模及系统网络覆盖的优化过程，系统工程分为主要区域包括地面办公区、井下主要大巷道、主要采煤作业面的信号覆盖。2.KT101井下无线通信的结构及原理2.1网络拓扑结构南山矿无线通信系统是由无线控制平台，基站控制器，无线基站，终端手机组成。系统以E1方式与交换机连接，实现移动与固定电话网的连接。具体的网络拓扑结构见图：2.2网络接口KT101矿用无线通信系统网络侧接口由ECM2000提供，接口包括NO7方式的E1中继接口及IP接口。E1接口可与本地交换机、基站控制器连接；通过IP接口可通过IP连接其它矿的ECM2000，实现全网的联网和漫游功能。3KT101无线通信系统信号覆盖设计根据南山矿提供的矿井图，及相关信息，现作南山矿的无线覆盖初步方案。设计方案从南山矿地面覆盖、井下覆盖分别进行设计。3.1地面无线覆盖设计南山煤矿需要覆盖的井上区域为：井上覆盖区域为南山矿地面工业广场区域。地面工业广场包括地面建筑物为矿办公楼、区队办公楼、职工浴室、主、副井、新井井口、运煤走廊，部分生活区。地面覆盖使用500mW基站为主要无线设备，对建筑物提供较好的无线覆盖并保证足够的通话信道；采用40mW室内基站，对建筑物内部的信号盲区及信道进行补充。现根据南山矿地面环境设计使用3个500mW基站进行地面主要覆盖。3个500mW基站分别安装在职工浴室、区队办公楼、采队办公楼上。在副井口区域设置1个40mW室内基站进行无线信号补充覆盖采队办公楼主办公楼区队办公区500mW基站南山煤矿井上覆盖示意图副井职工浴室机房通信电缆40mW基站3.2井下无线覆盖设计根据南山矿井下覆盖范围，设计使用六个基站控制器，分别控制地面基站与井下基站。考虑系统网络覆盖的优化过程，系统工程为主要区域包括井下主要大巷道、主要采煤作业面的信号覆盖。设计基站控制器位置与连接基站数量如下：1号基站控制器位于二水平机车库，共连接17台井下矿用基站。2号基站控制器位于三水平变电所，共连接17台井下矿用基站。3号基站控制器位于(-225)变电所，共连接9台井下矿用基站。4号基站控制器位于一水平中央变电所，共连接8台井下矿用基站。5号基站控制器位于二水平南大巷变电所，共连接21台井下矿用基站。无线控制平台地面基站控制器基站控制器1控制器控制器1基站控制器2基站控制器3基站控制器4基站控制器5南山矿井下基站控制器连接图4.KT101无线通信系统话务设计及频率计划4.1系统话务设计地面及井下按用户要求设计；地面采用3台500mW地面基站，井下采用72台KTW106矿用隔爆型基站，KTW106矿用隔爆型基站可提供用户信道为3个，500m地面基站可提供用户信道为7个所有井下基站提供的话务量为 720.89964.728 Erlang提供话务信道总数为：723216个地面基站提供的话务量为 15.633 Erlang总话务量为：15.633+21.33637 Erlang根据忙时每用户话务量要求(0.028Erlang)，所能支持的无线用户数为2000左右。4.2频率计划根据国家规定的频段的要求PHS系统频率计划使用如下频点：井下基站与地面基站使用同样的控制载频，共享话务载频。控制载频（C-ch）：第24号或28号载频；话音载频（T-ch）：10号77号载频。5. 无线通信系统流程及业务拓展5.1用户呼叫流程南山矿无线通信系统及今后多矿无线通信系统呼叫流程PSTNPBXPBXECM2000KT103KT103PRI/E1PRI/E1E1PRI/E1PRI/E1南山矿峻德矿井下井上井下井上SIP/IPECM2000KT104KT103123说明：1. 南山矿内的两个移动用户之间的呼叫；2. 南山矿移动用户呼叫矿区甲的固定电话用户；3. 南山矿移动用户呼叫矿区乙的移动用户。5.2定位跟踪及辅助考勤管理业务具有实时井下人员信息显示、精确人员定位跟踪、人员活动轨迹回放、人员考勤管理、个人信息管理和井下设备管理等功能。定位系统基于无线通信平台，在一套系统上既可以实现无线通信，又可以实现人员定位。基站覆盖区域较大，基本上可以做到井下全覆盖，因而实现人员的实时定位跟踪。定位信息包含有定位终端附近基站的信号强度，通过场强比较和定位算法计算，可以把定位精度提高到几十米范围内。在定位器上具有紧急呼叫按钮，并可扩展为紧急通话功能。当出现紧急情况时，井下员工和地面监控台之间可进