CN103790631B - 一种矿山3g通讯定位综合管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山3G通讯定位综合管理系统，包括：指挥调度中心，包括核心交换机、第一汇聚交换机和第二汇聚交换机，还包括分别与核心交换机连接的网络存储设备、数据库服务器、网络管理综合服务器、人员定位系统服务器和车辆调度系统服务器；网络存储设备与数据库服务器连接，指挥调度中心与地面基站实现通信；3G传输网络，包括无线基站，天线和通讯终端；RFID传输网络，包括分别用于触发通讯终端工作的地标触发器和定位触发器；核心交换机和第三汇聚交换机形成千兆以太网环。本发明充分利用3G宽带网络提供的资源，将无线通讯、人员定位、智能广播、无线调度、车辆调度、无线数据传输等功能高度集成。

Description

一种矿山3G通讯定位综合管理系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种矿山3G通讯定位综合管理系统。

背景技术

矿山企业在经历一段时期高速发展期后，为满足日益提高的企业效率、安全性的目标，对提升矿山现代化、信息化装备形成了充分而迫切的需求。各类为矿山企业打造的信息化系统得到了前所未有的普及使用，在这些系统中，国家更是对与安全有关的几大系统作出明确规定，并强制要求安装。

在这些国家要求必须安装的安全类系统中，与“人”直接有关的系统被作为了重点，如无线通讯系统、调度系统、人员定位系统、井下广播系统等得到了广泛的推广和安装。目前大多数在产矿井都或多或少安装了这些系统，但是在这些系统在实际使用的过程中也暴露了许多问题，尤其是在应用模式和产品的性能、功能的满足上存在着明显的不足，主要体现在：

-随着井下各类系统的不断建设，缺少有效的整体规划，大部分系统都是单独建设，集成度不高，后续功能的扩展性有限，并且施工和后续的维护也非常繁琐；

-随着小灵通的退市，目前井下无线通讯系统的替代方案在通话质量、产品整体的性能、核心设备的稳定性上都存在不少问题；

-目前人员定位系统是安装率比较高、满意率比较低的系统，主要问题在于识别率不过关（井下人数无法精确）、定位方式不合理（井下人员位置无法精确）、数据实时性差、设备可靠性不高等；

-广播系统无法精准地提供广播信息，且无法及时通知到所有人；

-在断电、通讯中断后，没有有效的技术手段来辅助人员的快速和有效撤离。

总的来说，目前的矿山无线通信技术还停留在这样的层面：泄漏通信、井下小灵通（PHS）、WiFi等无线网络建设，由于不受矿山地理位置的限制而发展很快，但是能提供的网络带宽太小，仅能传输参数和报警信息等小容量数据，业务方面也仅能提供语音、SMS、区域定位等公网通信业务，不能加载更丰富的应用；虽然可以实现矿山无线指挥调度的功能，但由于其本地组网方式的限制，延时及QoS指标不能得到有效保证，并且在通过公网实现远程指挥调度时不能无缝连接、在用户容量、井下覆盖距离等方面都不是很理想。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种矿山3G通讯定位综合管理系统，充分利用3G宽带网络提供的资源，将无线通讯、人员定位、智能广播、无线调度、车辆调度、无线数据传输等功能高度集成，来满足当前矿山企业移动安全生产指挥调度方面更高的需求。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种矿山3G通讯定位综合管理系统，其中，包括：

指挥调度中心，包括核心交换机、第一汇聚交换机和第二汇聚交换机，还包括分别与所述核心交换机连接的网络存储设备、数据库服务器、网络管理综合服务器、人员定位系统服务器和车辆调度系统服务器；所述网络存储设备与所述数据库服务器连接，所述指挥调度中心通过所述第一汇聚交换机与地面基站实现通信，所述核心交换机一端连接所述第一汇聚交换机，另一端通过所述第二汇聚交换机连接PC终端设备；

3G传输网络，包括无线基站，天线和通讯终端，所述无线基站连接第三汇聚交换机，所述通讯终端通过所述天线与所述无线基站实现信息交换；

RFID传输网络，包括分别用于触发所述通讯终端工作的地标触发器和定位触发器；

所述核心交换机和所述第三汇聚交换机形成千兆以太网环。

上述矿山3G通讯定位综合管理系统，其中，还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括读卡器，环境传感器和摄像头，所述读卡器内设3G模块，所述环境传感器和所述摄像头将采集到的数据通过所述读卡器的3G模块上传。

上述矿山3G通讯定位综合管理系统，其中，所述读卡器挂接在CAN总线上进行通信，并通过2.45GHz的频段接收位于所述通讯终端内标识卡发出的ID码，且连同所述读卡器的节点地址一起向上发送。

上述矿山3G通讯定位综合管理系统，其中，所述读卡器识别所述标识卡后，通过3G网络或以太网或CAN-BUS接口接入系统上传定位数据。

上述矿山3G通讯定位综合管理系统，其中，所述地标触发器正常工作时会周期性地发射一个唯一的识别码ID，形成一个小范围的有效触发区域，当被受监控的所述通讯终端进入此触发区域时，所述通讯终端接收到此地标触发器ID号码并确认后，将此ID信息以及通讯终端信息一同上传。

上述矿山3G通讯定位综合管理系统，其中，所述通讯终端为手机。上述矿山3G通讯定位综合管理系统，其中，所述3G传输网络基于WCDMA协议实现。

与已有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）采用了目前技术成熟、性能优越的3G技术，实现了井下3G语音通讯和数据传输的高可靠性和高性能；

（2）基于新一代多频RFID技术和创新的解决方案，解决了井下人员定位系统自动考勤的准确性，确保100%的识别率，同时方便、可靠的实现井下人员的精确定位，另外跟现有的定位系统相比，真正解决了定位数据上传的实时性，确保定位数据的准确性；

（3）定位功能的实现方式与传统的定位系统相比，除了功能、性能上的提升外，实现方式上有了革命性的改变，井下无需布线、无需供电，只要按需要放置定位器即可实现各种精度的定位要求，定位器可实现长期（3年以上）免维护性能；

（4）紧急情况下，即使井下供电中断、通讯线路中断的情况下，也可借助手机和定位器，实现自我井下定位、逃生线路导航；

（5）使用电话线可实现2M/6公里的数据传输能力，可解决在工作面等特殊场所使用光纤存在的方便性等问题；

（6）系统可分步建设，即可先实现部分功能，也可先小规模安装，同时系统具备强大的功能拓展性，可方便实现以井下物联网为模型的更多种应用。

附图说明

图1是本发明矿山3G通讯定位综合管理系统的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。

本发明一种矿山3G通讯定位综合管理系统，请参考图1所示，包括指挥调度中心，3G传输网络和RFID传输网络等。

指挥调度中心包括核心交换机、第一汇聚交换机和第二汇聚交换机，还包括分别与核心交换机连接的网络存储设备、数据库服务器、网络管理综合服务器、人员定位系统服务器和车辆调度系统服务器；网络存储设备与数据库服务器连接，指挥调度中心通过第一汇聚交换机与地面基站实现通信，核心交换机一端连接第一汇聚交换机，另一端通过第二汇聚交换机连接PC终端设备。

第二汇聚交换机可以采用的型号有WS-C3550或WS-C3750等。

3G传输网络基于WCDMA协议实现，包括无线基站，天线和通讯终端，无线基站通过光口连接第三汇聚交换机，通讯终端通过天线与无线基站实现信息交换。

3G功能主要技术指标：

无线接入方式：WCDMA2100MHZ；

工作频率：接收频率：2014.4～2167.6MHz；发射频率：1922.4～1977.6MHz；接收灵敏度：≤-106.7dBm/m；与配套基站无线通信距离：半径≤400m。

RFID传输网络包括分别用于触发通讯终端工作的地标触发器和定位触发器。地标触发器正常工作时会周期性地发射一个唯一的识别码ID，形成一个小范围的有效触发区域，当被受监控的通讯终端进入此触发区域时，所述通讯终端接收到此地标触发器ID号码并确认后，将此ID信息以及通讯终端信息一同上传。

继续参看图1所示，核心交换机和第三汇聚交换机形成千兆以太网环。

在本发明具体实施例中，通讯终端为定位手机，手机携带方便，便于请外部厂家进行定制，手机内部设置有RFID标识卡和相应的通讯模块。

本发明系统还包括数据采集系统（图中未标出），作为扩展系统业务，数据采集系统包括读卡器，环境传感器和摄像头，读卡器内设3G模块，环境传感器和摄像头将采集到的数据通过读卡器的3G模块上传。

读卡器挂接在CAN总线上进行通信，并通过2.45GHz的频段接收位于通讯终端内标识卡发出的ID码，且连同读卡器的节点地址一起向上发送。读卡器识别标识卡后，通过3G网络或以太网或CAN-BUS接口接入系统上传定位数据。

2.45GHz射频参数：

调制方式：GFSK；射频工作频率：2.4GHz±0.08；射频发射功率：>-31dBm；射频距离：不小于50m；发射电流：≤15mA；静态电流：≤10μA；

需要进一步说明的是，本发明系统在主干线路通过光纤进行传输，枝干部分可直接采用电话线或工业以太网线进行传输，通过此通信平台，井上管理部门可以根据需要直接拨打下井人员携带的智能定位手机和定位手机号码实现语音通话。定位手机可直接拨打给对应的管理部门进行语音通话，通过权限的设置井下工作的领导可以根据需要，对在井下进行作业的矿工进行语音通话。

本系统主要实现井下人员位置定位和人员考勤，首先根据企业实际需要在井下区域和巷道中根据现场具体情况（比如井下主要巷道、交叉道口、必经之路等重要位置）放置一定数量的地标触发器和区域定位触发器，典型情况下每隔800米布置一台无线基站，可保证网络覆盖范围内定位手机。地标触发器布置于交叉道口和关键区域入口，通过115KHz频段与定位手机进行相互通信。区域定位触发器可长期自主供电且安装便利，可根据井下情况随时随地增加定位点，以提高系统的定位精度。

115KHz低频参数：

载波频率：110～150KHz；接收灵敏度：100μVrms。

为需要定位的普通下井人员携带一台KT274-S2矿用本安型定位手机（管理人员则携带KT274-S1矿用本安型智能定位手机），当井下人员进入井下以后，只要在井下网络覆盖范围内，手机内的定位模块在任何时刻被任意地标器或区域定位器触发后，基站都可以接收到定位信号，并上传到指挥调度中心（信息工作站），经过人员定位系统服务器、数据库服务器和网络存储设备等设备上的软件处理，得出各具体信息（比如：是谁，在哪个位置，具体时间），同时可把它动态显示（实时）在PC终端大屏幕上，并作好备份，井上人员可随时了解井下人员的状态。

管理者在井上可以根据PC终端大屏幕，同时在井下也可以通过观看智能定位手机上的分布示意图查看某一区域，计算机即会把这一区域的人员情况统计并显示出来。管理者能实时观察到井下工作人员的即时位置，实现井下人员定位。另外一旦井下发生事故，可根据电脑或手机中的人员定位分布信息马上查出事故地点的人员情况，并实时以便帮助营救人员以准确快速的方式营救出被困人员。

一旦井下发生突发情况，井下人员可通过所携带的定位手机发出警报，井下人员只要按定位触发器上的报警按钮即可发出报警或进行紧急通话。井下人员进入限制区域时经手机自身判断后进行报警，并上传系统在井上监控室的动态显示界面会立即弹出红色报警信号。在发生井下通信链路中断的情况下，通过定位手机本身实现脱机定位功能，并计算出最佳的逃生线路显示在定位手机地图上，帮助被困人员逃生。

本发明系统还可以根据井下人员与车辆的实时位置信息，通过指挥调度中心系统的通播、组播、会议等方式快速下达命令，进行井下调度，实现多点的协同工作。

本发明系统中可使用读卡器（或读卡分站）识别2.45G标识卡后，通过3G网络上传系统，并可将读卡器（或读卡分站）安装在没有3G网络覆盖的巷道环境中，通过其以太网或CAN-BUS接口接入系统上传定位数据，从而解决系统中“最后一公里”的问题。

本发明系统通过各种环境传感器（比如温度传感器或者湿度传感器）、摄像头实时采集现场开关信息、环境变化信息（温度变化或者湿度变化等）和图像信息，采用3G数据采集器将采集数据通过3G网络实时进行上传。管理人员通过采集上述数据以对矿山/矿道内的环境进行实时监控。

本发明充分利用3G宽带网络提供的资源，将无线通讯、人员定位、智能广播、无线调度、车辆调度、无线数据传输等功能高度集成，来满足当前矿山企业移动安全生产指挥调度方面更高的需求。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种矿山3G通讯定位综合管理系统，其特征在于，包括：

指挥调度中心，包括核心交换机、第一汇聚交换机和第二汇聚交换机，还包括分别与所述核心交换机连接的网络存储设备、数据库服务器、网络管理综合服务器、人员定位系统服务器和车辆调度系统服务器；所述网络存储设备与所述数据库服务器连接，所述指挥调度中心通过所述第一汇聚交换机与地面基站实现通信，所述核心交换机一端连接所述第一汇聚交换机，另一端通过所述第二汇聚交换机连接PC终端设备；

3G传输网络，包括无线基站，天线和通讯终端，所述无线基站连接第三汇聚交换机，所述通讯终端通过所述天线与所述无线基站实现信息交换；

RFID传输网络，包括分别用于触发所述通讯终端工作的地标触发器和定位触发器；

所述核心交换机和所述第三汇聚交换机形成千兆以太网环；

还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括读卡器，环境传感器和摄像头，所述读卡器内设3G模块，所述环境传感器和所述摄像头将采集到的数据通过所述读卡器的3G模块上传；

所述读卡器挂接在CAN总线上进行通信，并通过2.45GHz的频段接收位于所述通讯终端内标识卡发出的ID码，且连同所述读卡器的节点地址一起向上发送。

2.根据权利要求1所述矿山3G通讯定位综合管理系统，其特征在于，所述读卡器识别所述标识卡后，通过3G网络或以太网或CAN-BUS接口接入系统上传定位数据。

3.根据权利要求1所述矿山3G通讯定位综合管理系统，其特征在于，所述地标触发器正常工作时会周期性地发射一个唯一的识别码ID，形成一个小范围的有效触发区域，当受监控的所述通讯终端进入此触发区域时，所述通讯终端接收到此地标触发器ID号码并确认后，将此ID信息以及通讯终端信息一同上传。

4.根据权利要求1所述矿山3G通讯定位综合管理系统，其特征在于，所述通讯终端为手机。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述矿山3G通讯定位综合管理系统，其特征在于，所述3G传输网络基于WCDMA协议实现。

6.根据权利要求5所述矿山3G通讯定位综合管理系统，其特征在于，所述矿山3G通讯定位综合管理系统的主干线路通过光纤进行传输，所述矿山3G通讯定位综合管理系统的枝干部分采用电话线或工业以太网线进行传输。