CN108337319A - 一种基于甚低频透地通信系统及其数据统筹方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于甚低频透地通信系统及其数据统筹方法，透地通信系统包括井下电台、井下设备端、地面通信站、救援指挥中心、地面设备端五部分组成，井下设备端将信息上发到井下电台，通过甚低频将信息传输到地面通信站，地面设备端对其信息进行检测和记录，救援中心与云端服务连接与地面通信站进行实时数据通信，云端服务负责数据分析存储，并可与地面机动通信站人员实时交互指挥工作。总之，本发明构建了集井下人员、地面机动通信站和救援指挥中心三位一体的数据、语音及短消息通信系统，通过地面通信站和救援指挥中心的双向指挥，大大提高了矿井生产救援通信系统的可靠性。

Description

一种基于甚低频透地通信系统及其数据统筹方法

技术领域

本发明属于通信系统数据统筹领域，具体涉及一种基于甚低频透地通信系统及其数据统筹方法。

背景技术

矿业的安全生产对经济发展和能源储备有着至关重要的作用，保持矿井通信联络通畅是矿业安全生产和灾后快速有效救援的重要保障，目前应用于矿业生产救援中的通信系统主要分为有线和无线两大类，有线通信系统在矿井日常的生产中发挥着极其重要的作用，但在有事故发生时，有线线路设备容易损坏处于瘫痪状态；无线网络由于地质介质的关系造成通信质量差数据传输困难等原因也无法起到很好的救援效果。主流的透地通信技术主要包括三个方向，分别是基于机械振动波的弹性波透地通信技术、基于地电极电流注入的电场透地通信技术和基于天线近场感应的磁场透地通信技术。其中基于天线近场感应的磁场透地通信技术是目前国外学者的主要研究方向，并且已经取得了一定的研究成果。无论是哪种通信方式，其工作频率都处于甚低频、超低频或者更低的频段，且都离不开波在大地介质中的传播。这是因为大地地层对电磁波，尤其是高频的电磁波传输的吸收和衰减异常严重，导致目前主用的无线通信系统不能应用于矿井生产救援通信。而甚低频透地通信系统井下电台与地面基站之间使用甚低频通信。甚低频由于其穿透性高、传输距离远、事故中生存能力强的特点在矿业安全生产及井下事故救援中发挥越来越重要的作用。

因此，针对上述问题，需要设计一套可靠的适用于井下自然资源开采领域的通信系统数据统筹方法，有助于保证生产工作的安全进行，并可在矿井事故发生时快速获知井下情况以便及时开展救援工作，从而最大程度减少人员伤亡。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种基于甚低频透地通信系统及其数据统筹方法。

本发明的技术方案：一种基于甚低频透地通信系统，所述透地通信系统包括井下电台、井下设备端、地面通信站、救援指挥中心、地面设备端五部分组成，所述井下设备端和井下电台之间通过WIFI进行连接，所述井下电台包括输入输出模块、TCP服务器程序模块、甚低频数据传输模块、WIFI网络模块、放大器模块，所述输入输出模块用于井下设备端之间数据进行输入输出，所述TCP服务器程序模块实现双向数据传输，所述甚低频数据传输模块将TCP服务器程序模块处理好的数据通过井下电台发送给所述地面通信站，数据通过地面通信站中的TCP服务器程序模块给所述地面设备端，所述放大器模块用于将处理好的数据信号放大以提高传输的质量和稳定性，所述WIFI网络模块用于为井下的设备结构网络联系，地面通信站与所述地面设备端之间通过WIFI进行连接，对于发送失败和无效的消息进行处理，保证消息正确性，所述救援指挥中心连接云服务器，所述云服务器负责数据分析存储，云服务器将救援指挥中心发送的数据下发给地面通信站，救援指挥中心用于与地面通信站进行实时数据通信，并可与地面机动通信站人员实时交互指挥工作，所述TCP服务器程序模块包括自定义协议模块和错误重发机制模块，确保数据完整性。

进一步地，所述井下设备端之间可以利用井下电台的WIFI进行相互间语音和文字通信。

进一步地，所述透地通信系统提供了文字消息和语音消息两种数据的通信。

进一步地，所述救援指挥中心使用4G网络与所述地面通信站进行实时数据通信，将救援指挥中心的指令下发到井下工作人员，实现救援指挥中心直接指挥救援工作，4G网络传输速度高，使用环境限制小。

进一步地，所述井下电台设有WIFI放大器，可以有效的对WIFI信号进行放大并使传输距离更远。

进一步地，所述井下设备端主要包括信息装置、防碰撞盖、固定环带，所述信息装置分为上盖和下盖，呈上下滑动式结构，通过信息装置的左右两侧的滑槽进行活动，信息装置的上端面设有粉尘检测孔，所述上盖从上到下依次设有人体健康显示器、粉尘浓度指示灯、定位键、求救按健，上盖的左侧面设有通信天线盒，所述通信天线盒内部设有伸缩通信天线，所述下盖设有扬声端口、距离感应键、地图显示屏、麦克风端口、多功能按键，所述扬声端口位于下盖上端的左右两侧面，所述距离感应键位于下盖上端，所述地图显示屏位于下盖中端，所述麦克风端口和多功能按键分别位于下盖下端的左右两侧，所述防碰撞盖位于信息装置的上方，防碰撞盖与信息装置的左端面通过铰链结构连接，防碰撞盖的上端设有聚乙烯泡沫保护层，所述聚乙烯泡沫保护层的下端设有真空层，所述固定环带从外到内设有密封层、透气层、接触隔离层，所述透气层内设有多个凸型缓冲室，所述每个凸型缓冲室中设有弹性小球，所述接触隔离层为半圆形的弹性小球组成，固定环带的连接处设有卡锁和卡扣，所述卡锁的右端设有活动按钮，所述活动按钮下方设有弹簧，卡锁内部上下端设有放置槽，所述卡扣水平中轴位置的内部上侧设有齿条，卡锁通过放置槽和齿条与卡扣连接，所述信息装置为可拆卸结构。

进一步地，所述下盖下端的右下角设有充电口，可使其持续使用，防止电力不足。

一种基于甚低频透地通信系统进行数据统筹的方法如下：

(1)所述井下设备端通过WIFI与所述井下电台连接，将数据传输到井下电台并过TCP协议发送到TCP服务器程序模块中进行数据采集；

(2)所述井下电台将TCP服务器程序模块收到的数据通过甚低频传输模块到地面通信基站，地面通信基站接收的数据通过地面通信站中的TCP服务器程序模块发送到地面设备端，地面设备端通过甚低频信号与井下设备端进行连接，进行指挥救援；

(3)所述地面设备端将采集的数据并通过HTTP协议上传到云端服务器，云端服务器根据数据携带的信号将数据下发到救援指挥中心，所述救援指挥中心分析后将救援指挥指令发送到地面设备端，通过本地电台将救援指挥指令通过甚低频信号转发到井下电台，救援指挥中心可通过地面通信站向井下人员发送消息，进行直接指挥救援；

(4)所述地面设备端可看到指令的传达情况，对于发送失败的信息可以重新发送，井下多个人员之间通过井下设备端利用WIFI网络可相互进行语音和文字消息通信，建立了井下人员、地面通信站、救援指挥中心的三位一体的通信系统，防止信息的无效和错误。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明构建了井下人员、地面通信站、救援指挥中心的三位一体的文字消息、语音对讲、快捷短语通信系统，大大提高救援的效率和矿井生产救援通信系统的可靠性。

(2)本发明对于数据的发送情况，地面工作人员可以从地面设备端清晰的看到结果，知晓当前的指令下达情况。

(3)本发明在接收数据的处理过程中，采用多种效验机制可以确保数据的准确性，并在发送错误时，及时中止转发流程进入重发机制。

(4)本发明设有WIFI放大器可以有效的对WIFI信号进行放大并使传输距离更远，提高救援指挥的可靠性。

(5)本发明在进行救援时可以通过地面信号站和地面设备端第一时间对进行救援工作指导，当有不能决定或无法解决的问题，通过地面设备端将采集数据上传到云服务端，再将数据下发到救援指挥中心，救援指挥中心通过上述方式将指令发送到地面信号站，从而传送到井下人员，实现多元化的救援工作。

附图说明

图1为本发明透地通信系统示意图；

图2为本发明透地通信系统结构图；

图3为本发明井下设备端发送数据到地面设备端的数据传输图；

图4为本发明井下设备端的整体结构示意图；

图5为本发明井下设备端主体的俯视图。

其中，1-信息装置、101-上盖、1011-人体健康显示器、1012-粉尘浓度指示灯、1013-定位键、1014-求救按键、1015-通信天线盒、102-下盖、1021-扬声端口、1022-距离感应器、1023-地图显示屏、1024-麦克风端口、1025-多功能按键、103-粉尘检测孔、2-防碰撞盖、201-聚乙烯泡沫保护层、202-真空层、3固定环带、301-密封层、302-透气层、3021-凸型缓冲室、3022-弹性小球、303-接触隔离层、304-卡锁、3041-移动弹簧按钮、3042-放置槽、305-卡扣、3051-齿条。

具体实施方式

如图1、2、3所示，一种基于甚低频透地通信系统及其数据统筹方法，透地通信系统包括井下电台、井下设备端、地面通信站、救援指挥中心、地面设备端五部分组成，井下设备端和井下电台之间通过WIFI进行连接，井下电台包括输入输出模块、TCP服务器程序模块、甚低频数据传输模块、WIFI网络模块、放大器模块，输入输出模块用于井下设备端之间数据进行输入输出，TCP服务器程序模块实现双向数据传输，甚低频数据传输模块将TCP服务器程序模块将处理好的数据通过井下电台发送给地面通信站，数据通过地面通信站中的TCP服务器程序模块给地面设备端，放大器模块用于将处理好的数据信号放大以提高传输的质量和稳定性，WIFI网络模块用于为井下的设备结构网络联系，井下电台设有WIFI放大器，可以有效的对WIFI信号进行放大并使传输距离更远，井下设备端之间可以利用所述井下电台的WIFI进行相互间语音和文字通信，地面通信站与地面设备端之间通过WIFI进行连接，对于发送失败和无效的消息进行处理，保证消息正确性，救援指挥中心连接云服务器，云服务器负责数据分析存储，云服务器将救援指挥中心发送的数据下发给地面通信站，救援指挥中心用于与地面通信站进行实时数据通信，并可与地面机动通信站人员实时交互指挥工作，所述救援指挥中心使用4G网络与所述地面通信站进行实时数据通信，将救援指挥中心的指令下发到井下工作人员，实现救援指挥中心直接指挥救援工作，4G网络传输速度高，使用环境限制小，TCP服务器程序模块包括自定义协议模块和错误重发机制模块，为确保数据正确传输增加了消息正确性判断，每一次发送都有相应的数据校验，在发生错误后可以及时反馈消息，避免占用资源发送无效信息。对于发送错误的数据有多次重发机制，并且在多次重发依然失败的消息会反馈给设备终端，确保数据完整性。

如图4和5所示，井下设备端主要包括信息装置1、防碰撞盖2、固定环带3，信息装置1分为上盖101和下盖102，呈上下滑动式结构，通过信息装置1的左右两侧的滑槽进行活动，信息装置1的上端面设有粉尘检测孔103，上盖101从上到下依次设有人体健康显示器1011、粉尘浓度指示灯1012、定位键1013、求救按键1014，上盖101的左侧面设有通信天线盒1015，通信天线盒1015内部设有伸缩通信天线，下盖102设有扬声端口1021、距离感应键1022、地图显示屏1023、麦克风端口1024、多功能按键1025，扬声端口1021位于下盖102上端的左右两侧面，距离感应键1022位于下盖102上端，地图显示屏1023位于下盖102中端，麦克风端口1024和多功能按键1025分别位于下盖102下端的左右两侧，下盖102下端的右下角设有充电口4，可使其持续使用，防止电力不足，防碰撞盖2位于信息装置1的上方，防碰撞盖2与信息装置1的左端面通过铰链结构连接，防碰撞盖2的上端设有聚乙烯泡沫保护层201，聚乙烯泡沫保护层的下端设有真空层202，固定环带3从外到内设有密封层301、透气层302、接触隔离层303，透气层302设有多个凸型缓冲室3021，多个凸型缓冲室3021中设有弹性小球3022，固定环带3的连接处设有卡锁304和卡扣305，所述卡锁304的右端设有移动按钮3041，活动按钮3041下方设有弹簧，卡锁304内部上下端设有放置槽3042，所述卡扣305水平中轴位置的上下两侧设有齿条3051，卡锁304通过放置槽3042和齿条3051与卡扣305连接，信息装置1为可拆卸装置，便于工人对其装置的更换，采用这个井下设备端装置可以有效化的提高在井下环境中的要求，使得与救援中心和地面通信站的通讯更加通顺和可靠，并且操作简单，通过防碰撞盖2防止外界带来的冲击力对装置的损坏，加上固定环带的配合作用，井下人员可以按照自身要求绑在手臂的任何位置，佩戴更加舒适，并能定位井下人员的位置和了解井下人员的生命迹象。

井下设备端的使用方法：将移动按钮3041下移，把卡扣305上的齿条3051插入到卡锁304上的放置槽3042中，通过移动按钮3041下的弹簧将移动按钮3041向上移动对齿条3051进行锁死，将井下设备端佩戴在手臂上，通过粉尘浓度指示灯的提示，提示井下人员的工作安全性，当遇到突发情况时，将上盖向上推，按下定位键1013和求救按键1014，实现与井下电台的连接，将将预设的信息通过一键上发到地面信号站，发出求救信息，按下距离感应键1022，实现井下人员之间的交流，最大程度得到第一时间的救援，人体健康显示器1011来时刻观察井下人员的生命情况，为救援带来指导性的决策。

上述基于一种基于甚低频透地通信系统及其数据统筹方法，其进行无线传输的方法如下：

(1)所述井下设备端通过WIFI与所述井下电台连接，将数据传输到井下电台并过TCP协议发送到TCP服务器程序模块中进行数据采集；

(2)所述井下电台将TCP服务器程序模块收到的数据通过甚低频传输模块到地面通信基站，地面通信基站接收的数据通过地面通信站中的TCP服务器程序模块发送到地面设备端，地面设备端通过甚低频信号与井下设备端进行连接，进行指挥救援；

(3)所述地面设备端将采集的数据并通过HTTP协议上传到云端服务器，云端服务器根据数据携带的信号将数据下发到救援指挥中心，所述救援指挥中心分析后将救援指挥指令发送到地面设备端，通过本地电台将救援指挥指令通过甚低频信号转发到井下电台，救援指挥中心可通过地面通信站向井下人员发送消息，进行直接指挥救援；

(4)所述地面设备端可看到指令的传达情况，对于发送失败的信息可以重新发送，井下多个人员之间通过井下设备端利用WIFI网络可相互进行语音和文字消息通信，建立了井下人员、地面通信站、救援指挥中心的三位一体的通信系统，防止信息的无效和错误。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于甚低频透地通信系统，其特征在于，所述透地通信系统包括井下电台、井下设备端、地面通信站、救援指挥中心、地面设备端五部分组成，所述井下设备端和井下电台之间通过WIFI进行连接，所述井下电台包括输入输出模块、TCP服务器程序模块、甚低频数据传输模块、WIFI网络模块、放大器模块，所述输入输出模块用于井下设备端之间数据进行输入输出，所述TCP服务器程序模块实现双向数据传输，所述甚低频数据传输模块将TCP服务器程序模块处理好的数据通过井下电台发送给所述地面通信站，数据通过地面通信站中的TCP服务器程序模块给所述地面设备端，所述放大器模块用于将处理好的数据信号放大以提高传输的质量和稳定性，所述WIFI网络模块用于为井下的设备结构网络联系，地面通信站与所述地面设备端之间通过WIFI进行连接，对于发送失败和无效的消息进行处理，保证消息正确性，所述救援指挥中心连接云服务器，所述云服务器负责数据分析存储，云服务器将救援指挥中心发送的数据下发给地面通信站，救援指挥中心用于与地面通信站进行实时数据通信，并可与地面机动通信站人员实时交互指挥工作，所述TCP服务器程序模块包括自定义协议模块和错误重发机制模块，确保数据完整性。

2.如权利要求1所述的一种基于甚低频透地通信系统，其特征在于，所述井下设备端之间可以利用所述井下电台的WIFI进行相互间语音和文字通信。

3.如权利要求1所述的一种基于甚低频透地通信系统，其特征在于，所述透地通信系统提供了文字消息、语音消息、快捷短语的通信。

4.如权利要求1所述的一种基于甚低频透地通信系统，其特征在于，所述救援指挥中心使用4G网络与地面通信站进行实时数据通信，将救援指挥中心的指令下发到井下工作人员，实现救援指挥中心直接指挥救援工作。

5.如权利要求1所述的一种基于甚低频透地通信系统，其特征在于，所述WIFI网络模块内部设有WIFI放大器。

6.如权利要求1或2所述的一种基于甚低频透地通信系统，其特征在于，所述井下设备端主要包括信息装置(1)、防碰撞盖(2)、固定环带(3)，所述信息装置(1)分为上盖(101)和下盖(102)，呈上下滑动式结构，通过信息装置(1)的左右两侧的滑槽进行活动，信息装置(1)的上端面设有粉尘检测孔(103)，所述上盖(101)从上到下依次设有人体健康显示器(1011)、粉尘浓度指示灯(1012)、定位键(1013)、求救按键(1014)，上盖(101)的左侧面设有通信天线盒(1015)，所述通信天线盒(1015)内部设有伸缩通信天线，所述下盖(102)设有扬声端口(1021)、距离感应键(1022)、地图显示屏(1023)、麦克风端口(1024)、多功能按键(1025)，所述扬声端口(1021)位于下盖(102)上端的左右两侧面，所述距离感应键(1022)位于下盖(102)上端，所述地图显示屏(1023)位于下盖(102)中端，所述麦克风端口(1024)和多功能按键(1025)分别位于下盖(102)下端的左右两侧，所述防碰撞盖(2)位于信息装置(1)的上方，防碰撞盖(2)与信息装置(1)的左端面通过铰链结构连接，防碰撞盖(2)的上端设有聚乙烯泡沫保护层(201)，所述聚乙烯泡沫保护层的下端设有真空层(202)，所述固定环带(3)从外到内设有密封层(301)、透气层(302)、接触隔离层(303)，所述透气层(302)内设有多个凸型缓冲室(3021)，所述每个凸型缓冲室(3021)中设有弹性小球(3022)，固定环带(3)的连接处设有卡锁(304)和卡扣(305)，所述卡锁(304)的右端设有活动按钮(3041)，所述活动按钮(3041)下方设有弹簧，卡锁(304)内部上下端设有放置槽(3042)，所述卡扣(305)水平中轴位置的内部上侧设有齿条(3051)，卡锁(304)通过放置槽(3042)和齿条(3051)与卡扣(305)连接，所述信息装置(1)为可拆卸装置。

7.如权利要求6所述的一种基于甚低频透地通信系统，其特征在于，所述下盖(102)下端的右下角设有充电口(4)。

8.如权利要求1至7任意一项所述的一种基于甚低频透地通信系统进行数据统筹的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)所述井下设备端通过WIFI与所述井下电台连接，将数据传输到井下电台并过TCP协议发送到TCP服务器程序模块中进行数据采集；

(2)所述井下电台将TCP服务器程序模块收到的数据通过甚低频传输模块到地面通信基站，地面通信基站接收的数据通过地面通信站中的TCP服务器程序模块发送到地面设备端，地面设备端通过甚低频信号与井下设备端进行连接，进行指挥救援；

(3)所述地面设备端将采集的数据并通过HTTP协议上传到云端服务器，云端服务器根据数据携带的信号将数据下发到救援指挥中心，所述救援指挥中心分析后将救援指挥指令发送到地面设备端，通过本地电台将救援指挥指令通过甚低频信号转发到井下电台，救援指挥中心可通过地面通信站向井下人员发送消息，进行直接指挥救援；

(4)所述地面设备端可看到指令的传达情况，对于发送失败的信息可以重新发送，井下多个人员之间通过井下设备端利用WIFI网络可相互进行语音和文字消息通信，建立了井下人员、地面通信站、救援指挥中心的三位一体的通信系统，防止信息的无效和错误。

9.如权利按要求6所述的一种基于甚低频透地通信系统，其特征在于，所述信息装置(1)下端的右下角设有充电口(4)。