黄陵二号煤矿多网融合通信系统设计.pdf

收稿日期：作者简介：曹哲哲（），男，陕西咸阳人，工程师，现从事煤矿机电技术管理工作。黄陵二号煤矿多网融合通信系统设计曹哲哲，王江龙（陕西黄陵二号煤矿有限公司，陕西 延安 ），（，）：，“”“”，：；引言随着煤矿开采深度的不断延伸，安全问题日益严重。目前许多煤矿存在通信技术不完善、应急设备资源配置不完善、技术落后的问题 。这些问题导致通信不畅。随着计算机功能的提高，人工智能得到了快速发展 。近些年，人工智能技术被应用到包括煤矿行业的各个领域。然而受到通讯技术的限制，人工智能技术在煤矿井下的发展受到了制约。人工智能等 技术十分依赖通信技术，落后的通信技术影响人工智能作用的发挥 。随着通讯技术迅速发展，通讯在各种场合中得到应用并取得较大成功 。以黄陵煤矿为背景，介绍多网融合通信系统在煤矿的应用情况。系统建设目标 解决的难题系统主要解决“高清视频回传、数据量大、时延较高”、传统的“数据承载能力低下”“地面与井下之间调度难”“传统技术下井下人员 车辆位置信息获第 期曹哲哲王江龙黄陵二号煤矿多网融合通信系统设计摘要：为了解决高清视频回传、数据量大、时延较高、数据承载能力低下、地面与井下之间调度难、传统技术下井下人员 车辆位置信息获取难、井下无线传输网络的冗余连接问题，促进井下交通“从人工走向智能”的形态转换，基于“”的系统框架，以及“多网多融合”的智能化矿山设计理念对通信系统进行设计，系统可实现产业赋能升级、节省运营成本、提升生产效率、实现科学管理、推动煤炭行业高质量发展，对促进煤炭企业发展战略和两化融合体系管理具有重要的推动作用。关键词：智能化矿山；多网融合；通信；系统设计中图分类号：文献标志码：文章编号：（）取难”、井下无线传输网络的冗余连接这 大问题，并促进井下交通“从人工走向智能”的形态转换。技术的大带宽、低延时和广连接能够解决煤矿智能化开采中的数据同步传输、远程实时控制和多传感器集中接入的难题，云计算、和工业互联网的结合能够充分调动计算资源，高效挖掘和利用数据，综合智能优化决策，实现煤炭智能化开采各系统的协调高效运行，推进煤矿智能化建设服务，从而达到工作面减人增效的目的。在分组传送网中，业务类型主要包括 业务和以太网业务。通过 （端到端伪线仿真）实现 等业务的综合承载，在 （分组交换网）中为多种业务提供透明传输通道。在通道中，用户业务相互隔离，传输过程中业务属性不发生改变。集成原有的接入模式和现有的 骨干网，减少 和 。系统支持 技术，该技术是在 的协议栈的 （）和 （）层之间增加一个 层，将业务逻辑层和物理层隔开，通过绑定多条 链路来传输大流量的以太网业务，这样逻辑层面可以实现链路捆绑、子速率、通道化等功能，同时可以方便实现网络切片。系统支持基于灵活以太网的网络切片（）技术，传输网络切片利用网络拓扑资源（如内部资源的链路，节点，端口和网元）虚拟化，按需组织，形成多个虚拟网络 （即切片网络）。整体结构分为客户租户层，业务层，虚拟网络层和物理网络层。虚拟网络（）具有类似物理网络的特点，包括独立的管理平面，控制平面和转发平面。每个虚拟网络（）可以独立支持各种服务，例如 ，和其他部署。该服务在虚拟网络上承载，物理网络不知道该服务 实现物理网络资源的解耦。系统实现矿井的集群调度功能。无线通信系统不仅能支持专业的语音、视频和数据集群等调度业务，而且能将视频数据实时的进行回传和分发，并且能够实现会议、录音、强插、监听、一键紧急呼叫等功能。系统包括人员 车辆位置信息监测功能为行业内最新一代的 精确定位技术，核心是 （）超带宽无线冲激脉冲调制技术。作为一种新兴的无线技术，凭借众多优势得到广泛关注，是因为 采用纳秒级窄脉冲进行信息的传输，主要应用于短距离通信领域。针对传统无线技术在通信过程中存在的种种问题，如信道窄、容量小、易受干扰等，超宽带技术开发了一个具有超大容量的新型无线信道。基于以上技术支持，具有超高信号带宽、对信道衰落高度免疫、时间分辨率极高、穿透力强、功耗小、测距精度高、系统成本低等诸多优点，使其对复杂环境的适应性更强，相比于其他无线定位技术更适合应用于煤矿井下限员作业特殊封闭区域的精确定位，更能够给煤矿井下高精度定位系统的实现带来新的发展机遇。系统利用井下先进的 无线传输通信技术，将地面超融合调度通信平台、矿用本安手机以及矿方其他的终端设备通过无线的方式进行紧密的连接，井下建设的融合型分站 内包含 无线通信功能板卡，只需要安装若干个融合分站。为了减少井下运输事故的发生，提高井下运输的效率，同时满足煤矿的安全生产需求，车辆辅助运输管理系统基于 精确定位及 无线通信技术的智能车辆辅助运输管理系统。该系统根据井下车辆的位置、运行状态进行用车调度，红绿灯区间闭锁控制，同时车内后续可扩展安装智能车载终端和对应的前后车载摄像头，以采集车前 车后的视频信息。系统目标建设一套基于“”多网融合通信及 精确定位系统，覆盖井下必要巷道和区域，其中 个综采工作面和 个掘进工作面采用 无线通信网络，其他区域采用 无线通信网络。建设一套 万兆工业环网，作为整体系统的中枢“硬核”传输通道；建设一套无轨胶轮车管理系统；本项目所需的软硬件、传输线缆等采购、施工、安装、调试。整个系统建设完成后，将实现以下建设目标：井下重点区域覆盖 信号，其余必要的巷道覆盖 、和 信号，与地面平台实现数据传输，做到井上、下各系统互联互通。个综采工作面和 个掘进工作面覆盖 信号，实现端到端的 远程控制；工作面实现 超大带宽上传及工作面 通信、精确定位等功能。井下胶带大巷、辅运大巷及关键硐室 信号的全覆盖，实现井下人员、车辆的精确定位、语音通信等功能，并且静态的定位精度在 以内，动态精度在 以内。井下特殊岗位人员运动状态、生命体征实时监测。整合现有的有线调度系统、广播系统，各系统之间数据互联互通，实现统一调度，并且开放系统数据接口和协议。陕西煤炭 年 整体设计概述系统包括：一套 无线通信系统、一套 无线通信系统、一套 精确定位系统、一套 万兆全光网络 环网系统、一套车辆辅运管理系统、一套视频监控系统和一套超融合集中管控系统。系统架构示意如图 所示。整体设计理念系统基于“”的系统框架，以及“多网多融合”的智能化矿山的设计理念。?图 系统整体示意 “”的系统架构之“”个上层平台：十万兆环网网络平台、大数据传输平台、统一通信调度平台和智能综合管理平台。“”的系统架构之“”个核心设备：十万兆环网核心设备、基站核心设备和融合型基站。“”的系统架构之“”个终端设备：定位矿灯、智能矿灯、智能手机、智能车载终端、智能手环、智能摄像仪等，如图 所示。“多网多融合”的理念，即井下采用一台 网络接口的多功能型基站，实现 无线信号覆盖、无线信号覆盖、精确定位信号和开放网络设备接入功能，如图 所示。设备感知层设备感知层是以物联网等技术为核心，主要通过移动设备、多功能分站将矿井前端感知到的生产数据、管控数据、人员和车辆的地理位置数据、智能化应用和成果数据进行集中采集，是智能矿山的支撑体系。第 期曹哲哲王江龙黄陵二号煤矿多网融合通信系统设计?图 系统框架示意?图 多网多系统融合设计理念 基础设施层基础设施层也称网络传输层，是设备感知层和数据支撑层的桥梁，主要是利用井下视频有线专网和有线、无线网络（、）等将设备感知层采集到的数据进行传输。数据支撑层数据支撑层是由煤炭企业基础信息、共享交换信息、业务信息、物联网信息、互联网信息建立的数据库，实现数据融合与应用融合。应用决策层应用决策层面向不同业务部门实现按需服务，通过智能安全监测、智能视频分析、车辆智能运输、智能接入网关、智能调度管理来实现安全生产闭环管理、智慧决策支持和深度应用，并通过 应用端、移动 、调度大屏（可利旧现有）、门户网站多种方式进行展示，实现企业不同用户需求。响应招标要求并结合实际情况，设计为二号煤矿企业打造智能矿山的 大系统。主要包括 无线传输系统（含 智能应用终端）、无线通信系统、井下“”一站接入式融合平台、人员与车辆精确定位系统（含人员单兵智能装备和二 三维切换展示功能）、车辆辅助运输及管理系统（含车载调度终端、智能红绿灯和井口智能放行功能）和 万兆网络承载传输系统。预期效益 预期经济效益系统整体应用云计算、物联网、大数据等为代表的新一代信息技术与传统煤炭行业技术融合创新，构建结构合理、功能完整、安全稳定、管控有效、服务全面的智慧运行体系。通过建设这套煤矿智能化系统，新一代信息技术与传统煤炭行业技术融合创新可实现产业赋能升级，推动煤炭行业高质量发展。预期社会效益系统整体结合企业实际，以“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念为引领，适应经济新常态、能源发展新格局和供给侧结构性改革的新要求。以提质、增效为中心，以改革创新为动力，以升级转型为主线。数字化和信息化技术日益发展，促使人类生产和生活迈向新的阶段。随着矿山技术和市场的不断转型升级，矿山竞争的核心已经由传统的资源 结论（）解决高清视频回传、数据量大、时延较高、陕西煤炭 年竞争逐渐转化为高度信息化、集成化的科技竞争，智能化矿山建设应运而生。项目实施完成后，最终将能够节省运营成本，提升生产效率，对实现科学管理具有十分重要的意义，对促进企业战略管理和两化融合体系管理在煤矿行业的应用具有重要的推动作用。数据承载能力低下、地面与井下之间调度难、传统技术下井下人员 车辆位置信息获取难、井下无线传输网络的冗余连接问题，促进井下交通“从人工走向智能”的形态转换。（）通过井下 台 网络接口的多功能型基站，实现 无线信号覆盖、无线信号覆盖、精确定位信号和开放网络设备接入功能。（）该系统可实现产业赋能升级，节省运营成本，提升生产效率，推动煤炭行业高质量发展。参考文献：李小良，韩国庆，何莉 基于 的煤矿通信设备智能管控系统的研究 煤炭与化工，（）：，白苗 无线以太网技术在煤矿通讯系统中的应用 中国新通信，（）：边文宇 煤矿无线通讯新技术的应用 电子技术与软件工程，（）：卞子琪，黄莉莉 人工智能产业发展与资本布局 通信企业管理，（）：王艳芳，穆红涛 人工智能在计算机网络技术中的应用分析 技术与市场，（）：邹易奇 人工智能在计算机网络技术中的应用 科技与创新，（）：任峰 信息通讯技术在人工智能中的使用 长江信息通信，（）：，杨震，赵建军，黄勇军，等 基于网络演进的人工智能技术方向研究 电信科学，（）：李珂，武熙，孟庆灵，等 人工智能技术在煤矿中的应用 山西焦煤科技，（）：陈杰 煤矿人工智能视频分析系统架构体系及关键技术 煤矿安全，（）：焦东瑞 智能化综采工作面数据通讯技术的应用 山西焦煤科技，（）：姚炳军 煤矿通讯系统中应用无线以太网技术研究 通讯世界，（）：王运成 有线调度通讯系统在煤矿中的改造研究 煤炭技术，（）：檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 （上接第 页）结论（）矿区内原始数据经 软件处理后，进而利用滤波技术处理，可以更加高效输出高质量信号图像，对比不同滤波方法，维纳滤波和导向滤波处理能够大幅度提高层析剖面的精度、连续性和分辨率。为以后层析成像剖面处理解释提供了参考。（）维纳滤波与导向滤波相结合，起到了增强层析剖面图像效果，但是在不同的数据采集环境与采集距离中，为了更好地体现地质构造，需要不断深化滤波方法的组合处理方式，以达到更好的效果。参考文献：庞振兴，中旦增，孙军 利用 软件对重力异常数据格网化方法的研究 河南测绘，（）：陈友淦，许肖梅 基于 的维纳滤波器仿真研究 中国新通信，（）：邓自立 卡尔曼滤波与维纳滤波 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，黄磊，吴顺君，张林让 基于多级维纳滤波器的信号子空间拟合算法 电子与信息学报，（）：李军侠，水鹏朗，郑勇 小波变换实现图像导向滤波 电子与信息学报，（）：沈学举，王永仲，李英华，等 非约束维纳滤波综合鉴别函数算法研究 光子学报，（）：北京恒信潜能地球物理技术有限公司 数据处理与地质解释 北京：石油工业出版社，崔晓杰 维纳滤波的应用研究 西安：长安大学，陈庆宣 岩石力学与构造应力场分析 北京：地质出版社，黄昆 固体物理学 北京：北京大学出版社，付小敏，邓荣贵 典型岩石应力 应变全过程变形的试验研究 付小敏 第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集 北京：科学出版社，：邓宏文 高分辨率层序地层学：原理及应用 北京：地质出版社，景锋，盛谦，张勇慧，等 不同地质成因岩石地应力分布规律的统计分析 岩土力学，（）：第 期曹哲哲王江龙黄陵二号煤矿多网融合通信系统设计的