井下异构网络语音通信终端设计与应用

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1、井下异构网络语音通信终端设计与应用第1章绪论1.1课题背景近些年来，虽然我国在新能源领域的研究取得巨大进展，但仍然难以满足我国经济发展的需求[1]。因此，煤炭作为我国能源动力的主要组成部分在化工、电力、钢铁等生产领域依然发挥着重要作用。我们国家地域广阔，煤炭储量和产量都居于世界前列，我国拥有矿山多达3万个，直接或者间接从事井下工作的人员多达10万[2,3]。在煤炭开采过程中，安全事故不仅威胁到工作人员的生命和财产安全也在一定程度上造成了严重的社会影响。作为一个要求严格、结构严谨的系统工程，煤矿开采过程中安全问题至关重要，而井下语音通信系统又在整个安全、高效生产过程中担负

2、着不可替代的使命[4]。随着国家十二五规划的不断推进，相关部门对矿下安全生产进行了大力整治，井下语音通信设备的完善工作得到进一步提高。另一方面，随着通信技术的不断发展，利用无线网络和有线网络协调工作，搭建井下异构网络通信平台，为研发井下语音通信系统提出了全新的研究方法和思路。相比于普通的有线通信网络，异构网络的应用更加灵活，可以通过前端无线网络的搭建而实现即铺即用[5]。相比于无线网络，异构网络在远距离通信时有更好的稳定性和可靠性。在这种背景下，本文提出了基于异构网络的井下语音通信系统，通过调研、设计、研发、测试，成功的将无线传感器网络应用于井下无线通信系统中，极大的提

3、高了井下安全生产和矿难救援的效率[6]。..1.2国内外研究现状井下的地质条件和环境条件与井上大不相同，而且井下煤炭挖掘面窄小、分散，巷道狭长，这些客观条件的存在都在一定程度上限制着井下语音通信技术的发展。目前，我国还没有找到一个非常理想的井下通信平台，用于解决井下人员和井上控制中心、井下不同区域内的工作人员之间的沟通联络问题。近些年来，井下通信平台越来越多的开始使用无线通信技术，井下通信正处在一个由有线通信向无线通信过渡的时期[7]，其中应用较为广泛的井下语音通信方式有以下几种：透地通信是无线电波穿透大地的一种无线通信方式，它是利用地下岩层来传播无线电波的[8]。目前

4、，市场是应用较多的低频透地通信系统是澳大利亚的安非斯公司和矿山技术公司合作研发的PED个人寻呼通信系统。系统的重要组成部分，如发射天线、信息发射机等装置都安装在井上，远离井下危险区域，因此，当矿下发生事故时，并不会影响系统的正常工作。但是，该系统在实际使用过程中仍暴露出一些缺陷和不足。(1)系统在实现数据收发时需要较长的天线，以保证通信的稳定性。但是井下空间狭窄，较长的天线给使用带来了诸多不便，所以该系统只能实现单向通信，即井上发送，井下接收[9]。(2)由于高速的数据传输需要较高通信频率的数字通信系统，所以PED作为低频率的模拟通信系统不适合高速的数据传输。(3)该系

5、统抗干扰能力较差。井下各种大功率电气设备众多且分布集中，这些设备都会对系统的传输信号造成干扰。..第2章系统总体方案论述2.1引言随着有线网络技术的不断成熟和无线通信技术的飞速发展，使得基于异构网络的通信系统被广泛应用于工业生产的各个领域，并发挥了重要作用。无线通信网络节点能耗低，开发成本低廉，对工业生产领域有很大的吸引力。同时，无线通信系统安装方便，不需要通信电缆，这在一定程度上大大提高了工业自动化系统配置的便捷性。而且由于省去了传输介质的影响，无线通信网络可以工作在许多易燃、易爆、易腐蚀的环境中[24]。虽然无线通信网络具有低功耗、低成本等有线网络无法比拟的优势，但

6、是就目前的发展水平而言，无线通信技术还未能完全取代有线通信技术而应用于工业现场的各个领域，通常情况下，无线通信技术应用于工业领域都需要接入上层有线通信网络。首先，无线通信网络中节点的通信信道都是开放的，很容易受到外界干扰，对网络通信的实时性和可靠性等造成影响；此外，由于有线技术已经出现并发展了相当长的一个时期，各种技术手段和设备开发技术有已经相当成熟。所以，与现有的有线通信网络相融合并协调工作将是无线通信技术的一种重要应用方式和手段。鉴于这样的应用趋势，有线通信网络和无线通信网络的异构融合问题将是无线技术在工业生产中大规模应用的关键性技术之一[25]。..2.2系统功能

7、分析本课题的研究以四川攀枝花某煤矿综合通信系统中的语音通信部分为背景，经过调研总结，煤矿中语音通信系统需要完成的具体功能有如下几个方面：(1)为了实现控制中心对井下工作人员的合理分配，控制中心需要无线寻呼井下作业人员，并对其发送人员调度指令或者作业设备调度指令，巡检消息。另一方面，井下作业的矿工也要随时向井上控制中心汇报井下人员和设备的分配情况。(2)井下不同作业区域的工作人员可以随时进行信息沟通，相互报告各自所处环境状况(如瓦斯、甲烷等有害气体参数)和生产设备使用情况，以便互相通报危险情况和提高矿下生产效率。(3)当井下发生异常状况时，